Βελτιστοποίηση ΕΠ µέσω των Cortona Tools

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Βελτιστοποίηση ΕΠ µέσω των Cortona Tools Οι παρακάτω βελτιώσεις VRML αρχείων χρησιµοποιούν το απλούστερο από τη σειρά των Cortona Tools, το VRMLPad. Στην εφαρµογή αυτή φορτώνεται το αρχείο VRML που παρήγαγε το 3DStudio Max, για επιπλέον ρυθµίσεις/βελτιώσεις. Παρατήρηση: Η χρήση των Cortona Tools στο VRML αρχείο που παράγει το 3DStudio Max δεν αλλάζει το µοντέλο που χρησιµοποιήθηκε αρχικά. Συνεπώς επόµενες αλλαγές στην αρχική γεωµετρία ή λειτουργικότητα στο 3DStudio Max ακυρώνουν/καταργούν τις αλλαγές στο VRML (το VRML αρχείο αντικαθίσταται κάθε φορά που γίνεται export). Προτείνεται λοιπόν ο σταδιακός έλεγχος των βελτιώσεων που είναι επιθυµητές µέσω Cortona Tools, σηµείωση αυτών και µετά την ολοκλήρωση του µοντέλου, υφών, animations, κοκ στο 3DStudio Max, ένταξη των βελτιώσεων στο Cortona Tools για µία τελευταία φορά πριν την τελική παρουσίαση. Προσθήκη video Τα αρχεία βίντεο αν και έχουν κοινές τις βασικές παραµέτρους υλοποίησης µε τις υφές (textures) url, mapping, κοκ δεν υποστηρίζονται από το 3DStudio Max. Λόγω των κοινών χαρακτηριστικών τους και του τρόπου µε τον οποίο αυτά εκφράζονται στο VRML, προτείνεται η χρήση υφής και στη συνέχεια η αλλαγή του ImageTexture σε MovieTexture µε τον ακόλουθο τρόπο. ImageTexture σε MovieTexture Βρίσκουµε το ImageTexture node και αλλάζουµε το τίτλο του σε MovieTexture, το όνοµα αρχείου στο βίντεο που θέλουµε (υποστηρίζονται αρχεία MPEG και AVI αλλά όχι MOV). Επίσης προσθέτουµε το loop TRUE και το speed 1.0, αυτά καθορίζουν τη συνεχή επανάληψη του βίντεο και τη ταχύτητα αναπαραγωγής αντίστοιχα. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 87

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Κίνηση και Βαρύτητα Η χρήση του NavigationInfo node στο 3DStudio Max, αυτόµατα περιορίζει τις δυνατότητες κίνησης του χρήστη σε µία από τις τέσσερις επιλογές των WALK, FLY, EXAMINE, NONE. Πολύ συχνά απαιτείται η αλλαγή από ένα τύπο κίνησης σε άλλο µέσα στο ίδιο περιβάλλον. Τυπική περίπτωση είναι η επιθυµία αλλαγής από υποστήριξη βαρύτητας (WALK mode) σε έλλειψη αυτής (FLY ή EXAMINE mode). Η λύση είναι να προστεθούν στο type του NavigationInfo node εναλλακτικές µορφές κίνησης/πλοήγησης µε αλλαγή του type WALK ή type FLY σε type ["WALK", "FLY"] προσέχοντας να πληκτρολογηθούν οι αγκύλες που εγκλείουν τις µορφές κίνησης και το κόµµα µεταξύ αυτών. Κίνηση και Collision Detection Ο χειρισµός του 3DStudio Max δηµιουργεί VRML αρχεία στα οποία υποστηρίζεται η λειτουργία collision detection µόνο όταν ο χρήστης είναι σε navigation mode µορφής WALK. Πολύ συχνά υπάρχει η ανάγκη για ελευθερία κίνησης ( FLY mode) χωρίς βαρύτητα αλλά µε υποστήριξη collision detection. Αυτό είναι εφικτό µε τη χρήση του collide node. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτού του node είναι η δυνατότητα επιλογής της γεωµετρίας που είναι µή διαπερατή (όπου δηλαδή ενεργοποιείται η λειτουργία collision detection), ενώ κάποια άλλα κοµµάτια του µοντέλου µπορεί να είναι διαπερατά. Κάθε τµήµα της γεωµετρίας που θέλουµε να είναι µή διαπερατό πρέπει να περικλειστεί µε τα εξής: Collision { Collide TRUE Children [ και ] } Συνήθως, οµαδοποιείται η γεωµετρία που θα ενεργοποιηθεί το collision και χρησιµοποιείται το Collision node µόνον µία φορά όπως στο παράδειγµα που ένα collision node καλύπτει τη γεωµετρία των Box01 και Box02. 88

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Λείανση Επιφανειών-creaseAngle Η αναλυτική παρουσίαση πρωτογενών µορφών ή ακόµη και η δηµιουργία περίπλοκων Boolean δράσεων (συνένωση, αφαίρεση, κλπ) οδηγεί συχνά στην εµφάνιση ακµών γύρω από κάθε µονάδα επιφάνειας (tessellation). Η λύση της δηµιουργίας διανυσµάτων καθετότητας (normal vectors) στο 3DStudio Max οδηγεί σε σηµαντική αύξηση του µεγέθους αρχείου (τάξεως 15-20%). Εναλλακτικά, µπορεί να προστεθεί τιµή στη µεταβλητή creaseangle που υπάρχει σε ElevationGrid, Extrusion, and IndexedFaceSet (τρόποι περιγραφής µή πρωτογενών µορφών γεωµετρίας από το VRML). Η τιµή της µεταβλητής είναι µή αρνητική (0- ) γωνία µε µονάδα µέτρησης το radian (ακτίνιο). Τιµές γύρω στο 0.3-0.6 επιτυγχάνουν τη λείανση επιφανειών ενώ τιµές πάνω από τις 90 ο (π/2 ή αλλιώς περίπου 1.57) οδηγούν σε πλήρη λείανση ακόµη και κύβων µε αµφίβολα αισθητικά αποτελέσµατα. Εµφάνιση κρυµµένων επιφανειών-solid Γεωµετρία που εισάγεται από άλλα σχεδιαστικά πακέτα (AutoCAD, ArchiCAD, κοκ) τις περισσότερες φορές δηµιουργεί IndexedFaceSets βασισµένα σε τρίγωνα ή τετράγωνα επίπεδα στο χώρο. Για λόγους ταχύτητας rendering και γενικής απόδοσης του συστήµατος απεικόνισης των ΕΠ, οι επιφάνειες που παράγονται είναι ορατές µόνο από την εξωτερική πλευρά του σχήµατος (όπως αυτό γίνεται κατανοητό, ή έχει σχεδιαστεί στο αρχικό πρόγραµµα). Το αποτέλεσµα είναι ότι συχνά επιφάνειες που είναι σχεδιασµένες να λειτουργούν ελεύθερες / περίοπτες στο χώρο, είναι ορατές µόνον από τη µία τους πλευρά. Για να αποφευχθεί αυτό πρέπει να αλλαχθεί στο IndexedFaceSet η τιµή της παραµέτρου solid από TRUE σε FALSE καθώς να µην παραχθεί το VRML αρχείο µε την επιλογή Generate Normals στο διάλογο του VRML97 Exporter. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 89

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Ταχύτητα Animation Η ταχύτητα µε την οποία κυλούν animations ρυθµίζεται από το cycleinterval του TimeSensor node µε µονάδα µέτρησης το ένα δευτερόλεπτο. Η ταχύτητα αυτή µπορεί να αλλάξει µέσα από το 3DStudio Max µε αύξηση/µείωση του συνολικού αριθµού των keyframes ή απλά ρυθµίζοντας τη τιµή της παραµέτρου cycleinterval στο TimeSensor του συγκεκριµένου animation: ράσεις στο χώρο επιρροής ProximitySensor Ένα σηµαντικό πρόβληµα που αντιµετωπίζει κανείς χρησιµοποιώντας ProximitySensor για την ενεργοποίηση ενός animation µέσω του 3DStudio Max είναι ότι δεν υπάρχει τρόπος να δοθεί µία εντολή όταν ο χρήστης βρεθεί πάλι εκτός πεδίου επιρροής του ProximitySensor. Η λογική της ενεργοποίησης µίας εντολής (π.χ. του ανοίγµατος µιας πόρτας) όταν ο χρήστης βρεθεί εντός πεδίου και κατόπιν µιας άλλης εντολής (π.χ. κλεισίµατος της ίδιας πόρτας και συνεπώς επαναφορά της στην αρχική θέση) όταν ο χρήστης ξαναβρεθεί εκτός πεδίου δεν είναι εφικτή. Είναι όµως δυνατή µε τη βοήθεια του VRMLPad. Έχοντας δηµιουργήσει την κίνηση του αντικειµένου και τους δύο TimeSensors (βλέπε σελ. 83-84) στη συνέχεια συνδέονται οι TimeSensors µε τον ProximitySensor, o οποίος µε τη σειρά του συνδέεται µε το αντικείµενο που θα κινηθεί (στο 3DStudio Max). Εάν τώρα ελέγξουµε τη λειτουργία της πόρτας σε VRML θα παρατηρήσουµε ότι µπαίνοντας ο χρήστης στο πεδίο του ProximitySensor, η πόρτα ανοίγει και κλείνει αυτόµατα (τρέχει το πλήρες µήκος του animation και συνεπώς δεν παραµείνει ανοικτή) ενώ βγαίνοντας από το πεδίο του ProximitySensor, δεν συµβαίνει τίποτε. Τα στάδια που ακολουθούνται είναι: 1. η κατάργηση του TimeSensor που τοποθετεί αυτόµατα το 3DStudio Max µέσα στη περιγραφή του αντικειµένου που γίνεται animated στη περίπτωση αυτή, της πόρτας. 90

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας 2. η σύνδεση (ROUTE) του πρώτου TimeSensor (άνοιγµα πόρτας) µε τον ProximitySensor αλλαγή υπάρχουσας σύνδεσης: ROUTE ProxSensor01.enterTime TO Door-TIMER.startTime σε ROUTE ProxSensor01.enterTime TO TimeSensor01-TIMER.startTime Και αλλαγή του συνδέσµου που οδηγεί την περιστροφή της πόρτας στο µισό animation: ROUTE Door-TIMER.fraction_changed TO Door-ROT-INTERP.set_fraction σε ROUTE TimeSensor01-TIMER.fraction_changed TO TimeSensor01-SCRIPT.fractionIn ROUTE TimeSensor01-SCRIPT.fractionOut TO Door-ROT-INTERP.set_fraction 3. και η ενεργοποίηση του δεύτερου TimeSensor (κλείσιµο πόρτας) µε την έξοδο του χρήστη από το χώρο επιρροής του ProximitySensor. ROUTE ProxSensor01.exitTime TO TimeSensor02-TIMER.startTime Και δηµιουργία του συνδέσµου που οδηγεί το animation του δεύτερου µισού της περιστροφής της πόρτας: ROUTE TimeSensor02-TIMER.fraction_changed TO TimeSensor02-SCRIPT.fractionIn ROUTE TimeSensor02-SCRIPT.fractionOut TO Door-ROT-INTERP.set_fraction Τα παραδείγµατα του VRML αρχείου όπως δηµιουργείται από το 3DStudio Max καθώς και αυτού µε τις ανωτέρω επεµβάσεις βρίσκονται στη διεύθυνση: http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/05_basic_design_tools/vrml/door_3dsmax.wrl και http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/05_basic_design_tools/vrml/door_corrected.wrl αντίστοιχα. Material Transparency Animation Οι ιδιότητες υλικών δεν µπορούν να γίνουν animated µέσω του 3DStudio Max καθώς δεν εµπίπτουν στους γεωµετρικούς µετασχηµατισµούς που υποστηρίζει το VRML export. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένας τρόπος να υλοποιηθεί αλλαγή διαφάνειας ενός αντικειµένου. Για κάθε animation είναι απαραίτητες οι τιµές της µεταβλητής που αλλάζει και οι χρονικές περίοδοι που γίνονται αυτές οι µεταβολές. Στη προκειµένη περίπτωση αυτό γίνεται µε το ScalarInterpolator http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 91

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης όπου οι τιµές key είναι ο χρόνος (0 1) και οι τιµές keyvalue που θα πάρει η µεταβλητή διαφάνεια υλικού στις αντίστοιχες τιµές χρόνου. Ένα TimeSensor ορίζει τη ταχύτητα του animation και τη συνεχή λειτουργία της ενώ η γεωµετρία (το Shape node) ορίζει το σχήµα και το χρώµα του αντικειµένου. Τέλος τα δύο ROUTEs ενεργοποιούν το animation. Material Colour Animation Όπως αναφέρθηκε προηγούµενα, ιδιότητες υλικών δεν µπορούν να γίνουν animated µέσω του 3DStudio Max. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένας τρόπος να υλοποιηθεί η αλλαγή χρώµατος ενός αντικειµένου. Για κάθε animation είναι απαραίτητες οι τιµές της µεταβλητής που αλλάζει και οι χρονικές περίοδοι που γίνονται αυτές οι µεταβολές. Στη προκειµένη περίπτωση αυτό γίνεται µε το ColorInterpolator όπου οι τιµές key είναι ο χρόνος (0 1) και οι τιµές keyvalue που θα πάρει η µεταβλητή χρώµα υλικού στις αντίστοιχες τιµές χρόνου. Το χρώµα δίνεται µε τις τρεις τιµές RGB (Red, Green και Blue) που για κάθε χρώµα κυµαίνονται από 0 έως 1 το οποίο αντιστοιχίζεται (εσωτερικά από το πρόγραµµα) στη συνηθισµένη κλίµακα 0-255. Ένα TimeSensor ορίζει τη ταχύτητα του animation και τη συνεχή λειτουργία της ενώ η γεωµετρία (το Shape node) ορίζει το σχήµα και το χρώµα του αντικειµένου. Τέλος τα δύο ROUTEs ενεργοποιούν το animation. Το ColorInterpolator είναι ένα από τα έξι είδη Interpolators που υποστηρίζει το VRML αλλά δεν υποστηρίζεται από το 3DStudio Max 92

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας HOW TO: Χρήση του εσωτερικού χώρου στερεών Στερεά σχεδιασµένα στο 3DStudio Max (και όχι γεωµετρία που εισήχθηκε από άλλα προγράµµατα) δηµιουργούν σε VRML µορφές βελτιστοποιηµένες έτσι ώστε εάν βρεθεί κανείς στο εσωτερικό τους (είτε µε προκαθορισµένο viewpoint, είτε µε έλλειψη collision) είναι απολύτως αόρατες. Συχνά υπάρχει η ανάγκη να χρησιµοποιηθεί το εσωτερικό ενός τέτοιου στερεού για παρουσίαση δεδοµένων (βίντεο, εικόνες, κείµενο, κοκ). Η δυνατότητα χρήσης υφών στην εσωτερική επιφάνεια αυτών δηµιουργεί προβλήµατα καθώς οι υφές παρουσιάζονται ανεστραµµένες η διαδικασία material mapping γίνεται πάντα από έξω προς το µέσα. Η λύση στις περιπτώσεις αυτές είναι είτε η δηµιουργία ενός εσωτερικού στερεού (χωρίς να χρησιµοποιηθούν πρωτογενείς µορφές του 3DStudio από ανεξάρτητα επίπεδα) στο οποίο γίνεται map σε κάθε πλευρά η απαιτούµενη υφή, είτε η χρήση ενός µόνον επιπέδου προβολής µε billboard έτσι ώστε να είναι ορατό από οποιοδήποτε σηµείο του εσωτερικού του στερεού. Ενεργοποίηση κίνησης κάµερας µε ProximitySensor Τα action objects ενός Sensor περιλαµβάνουν γεωµετρία ή γενικότερα αντικείµενα που έχουν προγραµµατισµένο animation όσον αφορά στη θέση, προσανατολισµό και κλίµακα τους. Συνεπώς, µπορεί ένας τέτοιος αισθητήρας να ενεργοποιεί animation κάµερας (Viewpoint σε VRML). http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 93

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Παράλληλη παρουσίαση VR µε κείµενο, εικόνα ή βίντεο Η προσπάθεια εµπλουτισµού του ΕΠ µε στοιχεία από κλασσικότερες εκφράσεις των πολυµέσων συχνά οδηγεί σε λύσεις χωρισµού της οθόνης σε τµήµατα µε διακριτές λειτουργίες, λ.χ. τµήµα VR, τµήµα HTML µε κείµενα επεξηγηµατικά, εικόνες και βίντεο όταν και εφόσον χρειαστεί. Το ενδιαφέρον είναι η δυνατότητα µονόδροµης και σε µερικές περιπτώσεις αµφίδροµης επικοινωνίας µεταξύ των δύο µέσων. Η υλοποίηση αυτή γίνεται µε τη χρήση frames σε HTML. Το βασικό αρχείο ρυθµίζει τις σχετικές διαστάσεις των επιµέρους frames και καθορίζει τα ονόµατα αρχείων για το VRML και για το κείµενο. <html> <head> <title>your Title</title> </head> <frameset framespacing="0" border="false" frameborder="0" cols="65%,35%"> <frame SRC="your_file.wrl" NAME="VR_wrld" scrolling="no" noresize target="_self"> <frame SRC="text.htm" NAME="VR_text" target="_self" scrolling="auto" noresize> </frameset> </html> Οι τιµές στη παράµετρο cols ορίζει την αναλογία του φάρδους των δύο frames και το your_file.wrl θα είναι το όνοµα του VRML αρχείου που έχετε σχεδιάσει. Αλλάζοντας τη σειρά των δύο γραµµών frame αλλάζουν θέση τα δύο frames, το VRML δεξιά και το κείµενο αριστερά. Για να αλλάξει το κείµενο (δηλ. το αρχείο text.htm) χρησιµοποιούµε Anchor node στο VRML µε το parameter target να αναφέρεται στο κατάλληλο frame ενώ το url ορίζει το όνοµα αρχείου που θα αντικαταστήσει το text.htm Παράδειγµα βρίσκεται στη σελίδα: http://vr.arch.uth.gr/05_basic_design_tools/vrml/frames/index.htm 94

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Αναπαραγωγή ήχων Για να λειτουργήσει µία ηχητική πηγή σε ένα εικονικό περιβάλλον VRML, πρέπει να είναι ορισµένα το Sound και το AudioClip node. Συνήθωςν ο ήχος ενεργοποιείται µε την είσοδο στο περιβάλλον αλλά είναι δυνατόν να αναπαραχθεί µε βάση άλλες συνθήκες. Η επιλογή spatialize επηρεάζει την κατευθυντικότητα του ήχου διατηρώντας πάντα τη θέση του στο χώρο και την εµβέλειά του. Έναρξη αναπαραγωγής ήχου µε βάση ένα proximitysensor: Στην περίπτωση αυτή το AudioClip δεν έχει επιλεγµένο το Start on World Load αλλά χρησιµοποιείται σαν το action object ενός proximitysensor. Έναρξη αναπαραγωγής ήχου µε touchsensor: Στην περίπτωση αυτή το AudioClip δεν έχει επιλεγµένο το Start on World Load και χρησιµοποιείται σαν το action object ενός touchsensor. Η επιλογή Loop του AudioClip node καθορίζει εάν ο ήχος θα αναπαραχθεί µία φορά ή επ άπειρο. Παρατήρηση: Σε όλες τις περιπτώσεις αναπαραγωγής ήχων, το action object των touch/proximity Sensors είναι το AudioClip node και όχι το Sound node. Η ενεργοποίηση ενός AudioClip σηµαίνει έναρξη αναπαραγωγής του ήχου αυτού από όλα τα Sound nodes που το χρησιµοποιούν. Λήξη αναπαραγωγής ήχου µε proximitysensor: Με τη προσθήκη µίας γραµµής κώδικα στο VRML αρχείο είναι δυνατή η απενεργοποίηση ενός AudioClip node στο περιβάλλον. Θεωρώντας ProxSensor01 τον αισθητήρα θέσης στο περιβάλλον και AudioClip01 το ηχητικό node που λειτουργεί, η προσθήκη της γραµµής που ακολουθεί θα σταµατήσει την αναπαραγωγή του ήχου µόλις ο χρήστης βρεθεί εκτός πεδίου επιρροής του ProxSensor01: ROUTE ProxSensor01.exitTime TO AudioClip01.set_stopTime http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 95

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Αλλαγή και animation κάµερας µέσω sensors Η αλλαγή Viewpoint (κάµερας) σε VRML µέσω αισθητήρων είναι συχνά αναγκαία και µπορεί να συνδυαστεί µε κίνηση κάµερας. Με αυτό το τρόπο ο χρήστης καθοδηγείται στα σηµαντικότερα σηµεία του περιβάλλοντος και αποκτά µία εµπεριστατωµένη εικόνα του µοντέλου. Η αλλαγή κάµερας γίνεται µε τη προσθήκη της ακόλουθης γραµµής στο VRML αρχείο: ROUTE TouchSensor01.touchTime TO ani_cam.set_bind θεωρώντας ότι η ενεργοποίηση της αλλαγής κάµερας γίνεται µέσω του touchsensor01 και η νέα κάµερα που επιθυµούµε είναι η ani_cam. Σε περίπτωση που η ενεργοποίηση γίνεται µέσω proxsensor τότε η εντολή αλλάζει σε: ROUTE ProxSensor01.enterTime TO ani_cam.set_bind Σε κάθε περίπτωση, η κάµερα αυτή µπορεί να έχει προγραµµατισµένη κίνηση (µέσω των keyframes του 3DStudio Max) στην οποία περίπτωση το touch/prox Sensor θα έχει σαν action object την κάµερα αυτή. 96