Данная статья является логическим продолжением научно-исследовательских
работ студентов ДонНТУ, которые были начаты в инициативном порядке в 2000-м году. Тогда было принято решение о создании виртуальных моделей всех корпусов
университета, студенческого городка и прилежащих территорий. Несмотря на большие
масштабы данного проекта, на сегодняшний день уже существуют трехмерные
виртуальные модели восьми корпусов, четырех общежитий и спортзала. Моей задачей
было создание моделей недостающих корпусов университета, на более высоком уровне
детализации и фотореализма.
Так, как одна из основных задач работы – максимальная степень реалистичности
финальной сцены, то сначала необходимо определить, что именно придает сцене такой
вид. При моделировании городской среды и природных ландшафтов можно выделить 8
основных принципов фотореализма:
1. «Беспорядок и хаос» – в моделируемой сцене не должно быть симметрично расположенных объектов, групп, образующих геометрически верные фигуры и
необходимы объекты, чье местоположение случайно и хаотично.
2. «Правдоподобие изображения» – все объекты сцены должны быть
правдоподобны, то есть – узнаваемы и знакомы зрителю из его жизненного опыта.
3. «Текстура поверхности» – каждая модель сцены должна иметь характерную
поверхность, достоверно отображающую ее свойства, такие, как шероховатость и пр.
4. «Пыль, грязь и гниль» – основные характеристики поверхности,
отображающие ее возраст и принадлежность к «реальному» миру.
5. «Трещины, прорехи и щели» – свойства модели, отражающие ее
взаимодействие с другими объектами и природными явлениями.
6. «Закругленные края» – в природе нет прямых линий и, соответственно, в
сцене, претендующей на фотореалистичность их тоже быть не должно.
7. «Толщина материала объекта» – все, даже самые тонкие моделируемые
объекты должны иметь некоторую толщину.
8. «Рассеянный свет» - отраженный свет, распределенный между объектами.
Почти все предметы окружающего мира в той или иной степени отражают свет.
Основываясь на данных принципах и учитывая степень развития
вычислительных технологий, и возможности, предоставляемые программными
продуктами, на сегодняшний день, можно создать сцену, которую будет невозможно
отличить от фотоснимка. Тем не менее, есть ряд ограничений, с которыми приходилось
считаться при создании модели 6 корпуса ДонНТУ и окружающей его территории.
Основное ограничение – это ориентация финального продукта на использование
в среде Интернет. На данный момент трехмерные модели во всемирной сети
поддерживаются в достаточно ограниченном виде. Так, например плагины,
предоставляющие возможность просмотра модели в окне браузера имеют ряд
ограничений, не позволяющих в реальном времени отображать высоко-
детализированную фотореалистичную модель. Также скорость доступа к информации
во всемирной сети Интернет, у большинства пользователей, пока не достаточно велика,
что не дает возможности комфортно работать со сложной моделью.
Учитывая, все требования и ограничения данного проекта, было принято
решение развивать его параллельно в двух направлениях.
Первое и основное из них – получение фотореалистичной низкополигональной сцены,
для дальнейшего ее использования в среде Интернет и при возможном создании
анимаций или интерактивных сцен. При создании такой сцены использовалось
минимально возможное количество полигонов на объект. Большинство особенностей
геометрии моделей передавалось текстурой. В сцене использовалось минимальное
количество источников света и применялся самый простой, и наименее ресурсоемкий
алгоритм построения теней. Были отключены все дополнительные атмосферные
эффекты. Первый, третий, четвертый и пятый принципы фотореализма, достигались
использованием в сцене заранее подготовленных растровых текстурных карт или
процедурных карт типа «шум» и «дым». От рассеянного света пришлось отказаться
вовсе, т. к. использования большого количества осветителей в сцене делает ее
громоздкой и сильно замедляет расчет финального вида. Таким образом, была
получена сцена, пригодная к использованию в Интернет.
Второе направление развития данного проекта – получение высоко-
детализированной фотореалистичной сцены, отображающей часть корпуса и
прилегающую территорию с некоторого конкретного ракурса. Суть данного подхода
заключается в том, что при моделировании используются только те фрагменты модели,
которые будут видны с определенной виртуальной камеры. Это позволяет в разы
увеличить детализацию и фотореализм сцены и одновременно снизить время
окончательной визуализации и относительно уменьшить ресурсоемкость проекта.
Также, при моделировании по данной схеме возможно применение всех
вышеописанных принципов фотореализма. Однако данный подход имеет один
существенный недостаток – сцена разрабатывается с расчетом на то, что положение
камеры не будет изменено, т.е. посмотреть сцену с разных ракурсов невозможно.
На рис.1 показан фрагмент сцены, рассчитанной на применение в среде
Интернет и вид корпуса с того же ракурса, но разработанный по второму пути, с
соблюдением всех принципов фотореализма.
 
Рис.1. – вид 6 корпуса ДонНТУ
|
