Χρήση 3DStudio Max για το σχεδιασµό ΕΠ

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Χρήση 3DStudio Max για το σχεδιασµό ΕΠ Η εφαρµογή 3DStudio Max (ΤΜ) χωρίς να είναι σχεδιασµένη για τη παραγωγή ΕΠ, διαθέτει (στις εκδόσεις µετά την 3.0) σειρά εργαλείων που επιτρέπουν την βασική σχεδίαση και υλοποίηση ΕΠ στη µορφή VRML δεύτερης γενιάς (version 2 ή, όπως έχει επικρατήσει, VRML97). Στις επόµενες σελίδες θα παρουσιαστούν οι δυνατότητες που δίνονται στο χρήστη στα πλαίσια του: γενικού στησίµατος του ΕΠ σχεδιασµού (modeling) φωτισµού (lighting) υλικών-υφών (materials) αλληλεπίδρασης (sensors) Παρατήρηση: οι διάλογοι του προγράµµατος που παρουσιάζονται είναι από την έκδοση 4.2. Μικρές αλλαγές µε προηγούµενες και επόµενες εκδόσεις είναι πιθανές αλλά όχι κρίσιµες σε λειτουργικό επίπεδο. Όπως θα αναλυθεί στις επόµενες σελίδες, πολλές λεπτοµέρειες στον τρόπο που χειρίζεται το 3DStudio Max τη παραγωγή VRML είναι απλοϊκός και µη βελτιστοποιηµένος οδηγώντας κάποιες φορές σε δύσχρηστα, µεγάλα σε µέγεθος, αρχεία. Ο λόγος είναι προφανής, η δυνατότητα παραγωγής VRML αρχείων είναι απλά ένα επιπλέον εργαλείο του τρισδιάστατου σχεδιαστικού πακέτου, που δεν επιδιώκει να θεωρηθεί ειδικευµένη εφαρµογή σχεδιασµού ΕΠ και VRML. Ο λόγος που επιλέγεται το 3DStudio Max είναι πρώτον η σχετική εξοικείωση των φοιτητών από προηγούµενα έτη και δεύτερον η µεγάλη (αναλογικά) ευκολία χρήσης του σε σχέση µε ειδικές VR εφαρµογές (WorldUp, WorldToolkit, Cortona Tools, κοκ) Στην ενότητα που ακολουθεί αυτή τη περιγραφή των δυνατοτήτων του 3DStudio Max, (Χρήση των Cortona Tools της ParallelGraphics για τη βελτιστοποίηση ΕΠ) µια σειρά από ειδικευµένες, αλλά και πιο δύσχρηστες εφαρµογές θα χρησιµοποιηθούν για τη βελτίωση των VRML αρχείων που παράγονται µε τη βοήθεια του 3DStudio Max. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 71

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Γενικό Στήσιµο Περιβάλλοντος Ξεκινώντας το σχεδιασµό ενός ΕΠ µε τη χρήση του 3DStudio Max, υπάρχουν µία σειρά εργαλείων ειδικών για τη παραγωγή VRML αρχείων µε τα οποία απαιτείται εξοικείωση και κατανόηση της λειτουργικότητάς τους καθώς αυτή είναι αποµακρυσµένη από το καθαρό modeling. Τα εργαλεία αυτά (VRML Helper tools) ευρίσκονται κάτω από το Create > Helpers > VRML97 menu και καλύπτουν τις µη άµεσα σχεδιαστικές ανάγκες της παραγωγής VRML, συµπληρώνοντας τα καθαρά γεωµετρικά / σχεδιαστικά εργαλεία του προγράµµατος. Αυτά τα εργαλεία καλύπτονται από την ανάλυση που ακολουθεί στην ενότητα αυτή καθώς και σε αυτές του σχεδιασµού και της αλληλεπίδρασης. NavigationInfo Node: ίνει γενικές πληροφορίες πλοήγησης στο σύστηµα ΕΠ. Ο τύπος κίνησης (Type) ελέγχει τον τρόπο µε τον οποίο γίνεται η περιήγηση στο ΕΠ, Περπατώ (WALK), Ελέγχω (EXAMINE), Πετώ (FLY) και τέλος µη κίνηση. Βαρύτητα και αδυναµία πρόσκρουσης/ διείσδυσης (collision detection) υποστηρίζεται µόνο στο WALK mode. Το Headlight προσοµοιάζει κατευθυντικό φως που παρακολουθεί τη κάµερα. Πρέπει να αποφεύγεται εφόσον υπάρχουν ορισµένα φώτα στο περιβάλλον καθώς έχει την τάση να υπερφωτίζει τη σκηνή. Το Visibility Limit ορίζει την µέγιστη απόσταση αντικειµένων του περιβάλλοντος από την κάµερα. Χρήσιµο σε συνδυασµό µε το Fog για µείωση του βάρους της προσοµοίωσης ενός περίπλοκου ΕΠ. Η παράµετρος Speed καθορίζει τη ταχύτητα πλοήγησης σε µονάδες µεγέθους ανά δευτερόλεπτο. Για χώρους µεγαλύτερους των 30-60 µονάδων η τιµή αρχίζει να γίνεται ανεπαρκής και απαιτεί αύξηση. Οι παράµετροι του Avatar Size καθορίζουν: Collision: απόσταση του χρήστη από αντικείµενα / στοιχεία του περιβάλλοντος που δεν µπορεί να διαπεράσει Terrain: απόσταση της κάµερας από το έδαφος όταν ακολουθεί καθορισµένη γεωµετρία Step Height: Ορίζει το µέγιστο ύψος αντικει- µένων που ο χρήστης µπορεί να υπερπηδήσει Παρατήρηση: Προβλήµατα ορατότητας στο ΕΠ (εξαφανίζονται όλα τα αντικείµενα που έχουν σχεδιαστεί) συχνά οφείλονται στη χρήση VisibilityLimit µε πολύ µικρή τιµή. Η τιµή µηδέν απενεργοποιεί τη λειτουργία αυτή επιτρέποντας έλεγχο λάθους. 72

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Background Node: Ορίζει τα χρώµατα ή τις εικόνες που προβάλλονται σαν φόντο στο ΕΠ. Όσον αφορά στα χρώµατα, αυτά υλοποιούνται σαν χρωµατικές διαβαθµίσεις σε µία άπειρου µεγέθους σφαίρα που περικλείει το περιβάλλον. Το άνω ηµισφαίριο (ουρανός) χρωµατίζεται µε τις επιλογές του Sky Colors ενώ το κάτω ηµισφαίριο (γη) από τα Ground Colors. Μπορούν να χρησιµοποιηθούν έως τρία χρώµατα τα οποία καταλαµβάνουν τµήµα της σφαίρας σύµφωνα µε τις γωνίες σε µοίρες από το κατακόρυφο άξονα χρησιµοποιώντας οµαλές διαβαθµίσεις µεταξύ τους. Η επιλογή εικόνων ακυρώνει τις όποιες επιλογές χρωµάτων επιθέτοντας 6 εικόνες στην εσωτερική πλευρά ενός απείρου µεγέθους κύβου. Οι εικόνες µπορεί να είναι σε µορφή GIF, JPG είτε PNG. Η επιλογή αυτή είναι χρήσιµη στη δηµιουργία αίσθησης περιβάλλοντος που θα στηριχθεί σε renders ρεαλιστικών ή καλύτερα µη χώρων. Επίσης βοηθά στην οργάνωση του περιβάλλοντος δίνοντας οπτικές νύξεις για αυτό. Fog: ίνει τη δυνατότητα προσοµοίωσης συνθηκών οµίχλης επιτρέποντας είτε ένα πιο φυσικό χώρο είτε µε το κατάλληλο χρωµατικό συνδυασµό Fog και Background µία υπέρβαση που µπορεί να εστιάζει τη προσοχή του χρήστη σε συγκεκριµένα τµήµατα του περιβάλλοντος. Οι δύο τύποι οµίχλης που υποστηρίζονται είναι η Γραµµική (Linear) και η εκθετική (Exponential) που δηµιουργεί µια πιο φυσική αίσθηση. Το Visibility Range καθορίζει όπως ακριβώς και το Visibility Limit του Background Node την απόσταση από τη κάµερα στην οποία τα αντικείµενα υπερκαλύπτονται πλήρως από την οµίχλη. Μηδενισµός της τιµής ακυρώνει το φαινόµενο. Παρατήρηση: η επικάλυψη των αντικειµένων µε το χρώµα της οµίχλης δηµιουργεί ένα ιδιάζων αποτέλεσµα ειδικά όταν υπάρχει χρωµατισµός του background ή υφές. Ιδανικά, η χρήσης του fog πρέπει να συνδυάζεται µε background ιδίου ακριβώς χρώµατος µε την οµίχλη έτσι ώστε η γεωµετρία να χάνεται µέσα στο περιβάλλον. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 73

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Σχεδιασµός Η δηµιουργία ενός ΕΠ ξεκινά από την πλάσιµο /χτίσιµο της γεωµετρίας του. Τα δοµικά εργαλεία του 3DStudio Max βοηθούν στη δηµιουργία µε τη βοήθεια πρωτογενών µορφών (box, cone, sphere, geosphere, tube, cylinder, pyramid, plane) εκτεταµένων πρωτογενών µορφών (hedra, torus, Prism, Hose, Spindle), σύνθεση στερεών (Boolean operations), κοκ. Πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην περιπλοκότητα των γεωµετρικών µορφών που υλοποιούνται καθώς σχεδιάζοντας περιγράφουµε δοµές µε όσο το δυνατόν µικρότερο αριθµό επιπέδων/ τριγώνων. Σε αυτό βοηθά ιδιαίτερα το Mesh Edit/Optimize που βελτιστοποιεί τη γεωµετρία χωρίς να αλλοιώνει φυσικά και οπτικά χαρακτηριστικά. Οι τιµές του Face Thresh και Bias είναι αυτές που επιφέρουν τις µεγαλύτερες αλλαγές στη γεωµετρία. Το Auto Edge και το Smooth Boundaries είναι χρήσιµα καθώς µειώνουν τον αριθµό των τριγώνων χωρίς να επηρεάζουν την εξωτερική µορφή (σε περιπτώσεις όπου αντικείµενα γειτνιάζουν). Οι τιµές στο Last Optimize Status είναι ενδεικτικές της βελτίωσης της γεωµετρίας σε αριθµό τριγώνων και συνδυαζόµενη µε τη real-time προεπισκόπιση που επιτρέπει το 3DStudio Max µπορεί να οδηγήσει σε υψηλού βαθµού µειώσεις στο µέγεθος και πολυπλοκότητα των αρχείων VRML που παράγονται. Το δεύτερο σηµαντικό εργαλείο στη προσπάθεια να κρατηθούν µικρά τα παραγόµενα αρχεία VRML, είναι η χρήση Blocks/Instances. Γεωµετρία που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί πολλές φορές στο ΕΠ σχεδιάζεται και βελτιστοποιείται αρχικά και στη συνέχεια αναπαράγεται µε τη χρήση του Clone / Instance. Η λειτουργία αυτή επιτρέπει στη γεωµετρία και τις συµπεριφορές της να επαναληφθεί µε το λιγότερο δυνατό κόστος στο ΕΠ. Επίσης επιτρέπει την εύκολη αναβάθµιση, βελτίωσή της καθώς αλλαγές σε οποιοδήποτε αντίγραφο αυτόµατα µεταφέρονται και στα υπόλοιπα. 74

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Στη συνέχεια παρουσιάζονται εργαλεία/concepts VRML και ο τρόπος υλοποίησής τους µέσα από το 3DStudio Max. Billboard: Εξελίχθηκε από την ανάγκη να υπάρχουν τµήµατα της γεωµετρίας τα οποία είναι µονίµως στοιχηµένα και κάθετα µε τη κάµερα / θέση του χρήστη. Ιδιαίτερα χρήσιµο για υφές που προσοµοιάζουν στοιχεία του φυσικού περιβάλλοντος και ένας εύκολος και απλός τρόπος να αφαιρεθεί γεωµετρία από µεγάλα περιβάλλοντα. Έχει ευρέως χρησιµοποιηθεί για δένδρα, ανθρώπινες φιγούρες και σύννεφα υφή µε διαφάνεια προσκολληµένη σε επίπεδο. Η επιλογή Screen Alignment επιτρέπει στη γεωµετρία να παρακολουθεί σε ορθή προβολή τη κίνηση της κάµερας / χρήστη ακόµη και όταν κινείται στη Τρίτη διάσταση καθ ύψος ή κάνει tilt, roll κοκ. Ακυρώνει ένα βαθµό ρεαλισµού που επιτρέπει η δέσµευση της κίνησης στο επίπεδο της κάτοψης αλλά ιδιαίτερα χρήσιµο σε µη ρεαλιστικά ΕΠ για τη δηµιουργία σηµείων αναφοράς. Οποιοδήποτε αντικείµενο µπορεί να συνδεθεί µε το Node αυτό, προτιµάται όµως η χρήση απλών επιπέδων (όπως παράγονται από τις πρωτογενείς µορφές µε το Create / Standard Primitives / Plane) και µάλιστα µε χαµηλό αριθµό τριγώνων (κρατώντας την τιµή των Length & Width Segs στο 1 ή 2). Με αυτό τον τρόπο, χρησιµοποιώντας µια υφή σε µορφή GIF είτε PNG µε διαφάνεια (alpha channel) µπορούµε να έχουµε την αίσθηση ενός αντικειµένου (ελεύθερης µορφής) που παρακολουθεί τις κινήσεις του χρήστη στο περιβάλλον. Το Billboard Node αφού εισαχθεί στο µοντέλο του 3DStudio Max συνδέεται µε τη γεωµετρία/υφή. Η διαδικασία της διασύνδεσης της γεωµετρίας µε το Node γίνεται επιλέγοντας το Select and Link button από το κεντρικό Toolbar και τη γεωµετρία. Στη συνέχεια, τραβάµε το εικονίδιο που εµφανίζεται στην άκρη του cursor στο Billboard Node και το επιλέγουµε για να ολοκληρωθεί η σύνδεση. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 75

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Sound: Εργαλείο που επιτρέπει τη τοποθέτηση ηχητικών πηγών µέσα στο ΕΠ. Οι πηγές µπορούν να είναι όσα τα κανάλια ήχου που επιτρέπει το σύστηµα στο οποίο θα αναπαραχθούν προτιµότερο να µην υπερβαίνουν τα 4-5. Οι ηχητικές αυτές πηγές µπορεί να είναι χωρικές ή απλά περιβαλλοντικές ανάλογα µε την επιλογή Spatialize του διαλόγου. Οι χωρικές ηχητικές πηγές χαρακτηρίζονται από το σηµείο αναφοράς / εκποµπής, τα δύο ελλειψοειδή που ορίζουν τη µέγιστη ισχύ (µπλε χρώµα) και το όριο ακουστότητας (κόκκινο χρώµα) αντίστοιχα, καθώς και την ένταση (Intensity) 1 είναι η µέγιστη τιµή. Σε περίπτωση χρήσης πολλών ηχητικών πηγών, τα δύο ελλειψοειδή του χώρου επιρροής κάθε ήχου µπορούν (σε Top View) να βοηθήσουν στην χωροθέτηση και διαστασιολόγηση έτσι ώστε ήχοι να διασταυρώνονται και να υπερκαλύπτονται ή όχι. Πριν τοποθετηθεί ένα Sound Node στο 3DStudio Max, πρέπει να έχει ορισθεί ένα τουλάχιστον AudioClip Node. Για καλύτερη οργάνωση του τελικού VRML, και λαµβάνοντας υπόψη ότι το τελικό προϊόν δεν εµπεριέχεται σε ένα µόνο αρχείο, είναι καλό να δηµιουργηθεί ένα directory µε το όνοµα sounds εκεί όπου θα βρίσκεται το αρχείο VRML. Συνεπώς το URL περιλαµβάνει το όνοµα του αρχείου ήχου στο directory sounds/. Τύποι ήχων που υποστηρίζονται χωρικά είναι WAV και MP3 τα αρχεία MIDI υποστηρίζονται µόνον για περιβαλλοντικούς ήχους. Υπάρχει δυνατότητα ρύθµισης του ηχητικού τόνου (Pitch) µε 1 να είναι η πραγµατική τιµή, 0.5 µία οκτάβα κάτω, κοκ. Η επιλογή Loop επαναλαµβάνει τον ήχο µόλις φτάσει στο τέλος του, ενώ το Start on World Load είναι απαραίτητο εάν δεν πρόκειται να χρησιµοποιηθούν κάποιου είδους αισθητήρες (triggers) για να εκκινήσουν την αναπαραγωγή. 76

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Level of Detail (LOD): Η λειτουργικότητα του εργαλείου αυτού έχει ήδη αναλυθεί σε προηγούµενη ενότητα, υλοποιεί µε τεχνικό µη αυτοµατοποιηµένο τρόπο τις φυσικές ιδιότητες του ανθρώπινου µατιού αλλάζοντας τη περιπλοκότητα και υπολογιστικό βάρος υποενοτήτων του περιβάλλοντος ανάλογα µε την απόστασή τους από το χρήστη. εν υπάρχει όριο στον αριθµό εναλλακτικών γεωµετριών που υποστηρίζονται αλλά υπερβαίνοντας τις τρεις εκδόσεις, η επιβάρυνση του συστήµατος σε υπολογισµούς απόστασης είναι µεγαλύτερη από αυτή του rendering της επιπλέον γεωµετρίας. Παρατήρηση: Συχνά το LOD χρησιµοποιείται για να εξαφανίσει κοµµάτια του µοντέλου πάνω από µία καθορισµένη απόσταση αυτό επιτυγχάνεται µε προσθήκη ενός τελευταίου LOD χωρίς γεωµετρία (ή µε κρυµµένη γεωµετρία µέσω των επιλογών του 3DStudio Max). Η τοποθέτηση του LOD Node στο περιβάλλον γίνεται στο κέντρο της γεωµετρίας που θα επηρεάσει για µεγαλύτερη ακρίβεια στην αλλαγή σύµφωνα µε την απόσταση από το χρήστη. Με το Pick Objects µπορούν να επιλεγούν οι εναλλακτικές αναπαραστάσεις και να τεθεί η παράµετρος Distance. Η ιεράρχηση των αναπαραστάσεων στηρίζεται στις αποστάσεις που αντιστοιχούν σε αυτές. Συνεπώς υψηλή ανάλυση της γεωµετρίας έχει και µικρότερη απόσταση χρήστη LOD. Η απόσταση της τελευταίας και χαµηλότερης ανάλυσης δεν χρησιµοποιείται αλλά παρόλαυτα πρέπει να καταγράφεται. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 77

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Μετά την ολοκλήρωση της παρουσίασης βασικών γεωµετρικών/ηχητικών εργαλείων για την παραγωγή ΕΠ, θα µελετηθούν δύο εργαλεία µε τη βοήθεια των οποίων η γραµµικότητα της αφήγησης και η συνέχεια του ΕΠ µπορεί να αλλοιωθεί, διαταραχθεί και αναµορφωθεί όπως επιθυµεί ο δηµιουργός ή/και ο χρήστης. Anchor: Εργαλείο που δίνει τη δυνατότητα µη γραµµικής µετάβασης σε άλλο σηµείο του ιδίου ΕΠ ή σε νέο ΕΠ είτε ακόµη σε ιστοσελίδες στο Ιντερνετ. Το εργαλείο αυτό ενεργοποιείται µε την επιλογή (click) σε κάποιο αντικείµενο του περιβάλλοντος που επιλέγεται µε το Pick Trigger Object. Το πεδίο περιγραφής (Description) δίνει γενικές πληροφορίες για τη µετάβαση που στη συνέχεια εµφανίζονται σαν pop-up παράθυρο µέσα στο ΕΠ. Hyperlink Jump: Η µετάβαση σε άλλο περιβάλλον καθορίζεται από τη διεύθυνση (URL) που µπορεί να είναι άλλο VRML αρχείο στο ίδιο directory, CD-ROM, web server ή οπουδήποτε στο Ιντερνετ, είτε άλλου είδους αρχείο (HTML, Image, Video, κοκ). Στο πεδίο Parameter τοποθετούνται επιπλέον πληροφορίες για τη θέση στο νέο αρχείο ή τη τοποθέτησή του στα Frames του Web Browser. Camera: Η µετακίνηση µέσα στο ίδιο περιβάλλον γίνεται µε τη επιλογή άλλης κάµερας. Inline: Το εργαλείο αυτό επιτρέπει την καλύτερη οργάνωση του περιβάλλοντος σε µικρά επιµέρους τµήµατα ευκολότερα στη διαχείριση και επεξεργασία τους, δίνοντας τη δυνατότητα σύνθεσης από πολλαπλά αρχεία. Το Insert URL συµπληρώνεται µε το όνοµα του VRML αρχείου που θέλουµε να προσθέσουµε στο ήδη υπάρχον περιβάλλον. Παρατήρηση: Εάν τα επιµέρους κοµµάτια του χώρου έχουν όλα σχεδιαστεί σε συντεταγµένες 0,0,0, η σύνθεση τους θα είναι προβληµατική (υπερθέσεις, καλύψεις, κοκ). 78

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Φωτισµός To φωτιστικό µοντέλο του 3DStudio Max είναι σαφώς πιο περίπλοκο, αναλυτικό και µε παραπάνω δυνατότητες από αυτό που υποστηρίζεται από το VRML. Αναλυτικά, η χρήση σκιών δεν υποστηρίζεται καθώς είναι µία ιδιαίτερα χρονοβόρα διαδικασία και θα µείωνε τη δυνατότητα διάδρασης στο σχεδιαζόµενο ΕΠ. Υπάρχουν 3 κατηγορίες φώτων (Spot, Direct, και Omni). Τα Spot προσοµοιάζουν σηµειακές κατευθυνόµενες πηγές φωτός (όπως τα θεατρικά/φωτογραφικά φώτα), τα Direct προσοµοιάζουν τον ήλιο (παράλληλες ακτίνες φωτός) και τέλος τα Omni όπου το φως είναι µη κατευθυντικό πλησιάζοντας στη λειτουργικότητα ελεύθερους λαµπτήρες πυράκτωσης. Ο διάλογος General Parameters καθορίζει την λειτουργία / ενεργοποίηση των φωτεινών πηγών του περιβάλλοντος (µε το On tick box), το χρώµα του (µε τις τιµές του Red, Green Blue), και την ένταση του φωτός (µε το Multiplier). Οι επιλογές Affect Surfaces δεν έχουν καµία λειτουργία στη διαδικασία παραγωγής VRML. Ο διάλογος Attenuation Parameters ρυθµίζει την ακτίνα επιρροής του φωτός και το ρυθµό πτώσης της φωτεινής έντασης µε την απόσταση (µε τις επιλογές Near και Far Attenuation). Οι επιλογές Decay σχετίζονται µε τη σκληρότητα και ρεαλισµό υλοποίησης των σκιών και συνεπώς δεν έχουν καµία χρησιµότητα. Ο διάλογος SpotLight Parameters ενεργοποιείται µόνον για τα φώτα spot και επιτρέπει τη ρύθµιση του εύρους φωτεινής δέσµης σε µοίρες: γωνία πλήρους φωτεινής έντασης (µε το Hotspot) και γωνία πλήρους αποκοπής φωτισµού (µε το Falloff). Στο ενδιάµεσο διάστηµα των δύο τιµών η φωτεινή ένταση πέφτει γραµµικά µέχρι το µηδενισµό της στο Falloff. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 79

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Υλικά-Υφές Το 3DStudio Max υποστηρίζει µια µεγάλη ποικιλία υλικών και υφών που όµως µετατρέπονται σε VRML µε διαφορετικό βαθµό επιτυχίας ανάλογα µε τις ιδιότητες και τεχνικές που χρησιµοποιούνται. Στη συνέχεια θα αναλυθούν οι ποιότητες υλικών/υφών που υποστηρίζονται σε VRML και θα παρουσιαστεί ο τρόπος δηµιουργίας και εφαρµογής υφών χρησιµοποιώντας το Material Editor του 3DStudio Max. Μέσα από το Material Editor ο χρωµατισµός αντικειµένων του µοντέλου όσον αφορά τη µετατροπή σε VRML ρυθµίζεται από τις δύο πρώτες κατηγορίες: Στο διάλογο Shader Basic Parameters η προτεινόµενη επιλογή Blinn είναι και η πλέον συµβατή µε το τρόπο που λειτουργεί ο χρωµατισµός αντικειµένων σε VRML και συνεπώς καλό είναι να µην µεταβάλλεται. Η επιλογή Wire δηµιουργεί µια wireframe απόδοση του αντικειµένου µόνον µε ακµές χωρίς επιφάνειες ενώ οι υπόλοιπες επιλογές (2-Sided, Face Map και Faceted) δεν έχουν εφαρµογή. Στο διάλογο Blinn Basic Parameters ο χρωµατισµός του υλικού στηρίζεται στις τιµές του διάχυτου χρώµατος (Diffuse) µε το περιβάλλοντα χρωµατισµό (Ambient) να µην διαφοροποιείται χρωµατικά από το διάχυτο παρά µόνον σε φωτεινότητα. Τέλος ο ανακλαστικός φωτισµός (Specular) διαφοροποιείται χρωµατικά αλλά απαιτεί ενεργοποίηση της ανακλαστικής έντασης (specular level) και ρύθµιση της επιφανειακής λάµψης γυαλάδας (Glossiness) του αντικειµένου. Η τρίτη επιλογή (Soften) δεν έχει χρήση. Υπάρχει επίσης δυνατότητα επιλογής διαφάνειας του υλικού µέσω Opacity. Ολοκληρώνοντας µε το διάλογο αυτό, η δυνατότητα εσωτερικού φωτισµού του αντικειµένου (Self Illumination) λειτουργεί µόνον ως προς την ένταση του φαινοµένου αλλά όχι όσον αφορά το χρωµατισµό ο οποίος είναι στηριγµένος στις τιµές του διάχυτου φωτισµού και όχι στο χρώµα που µπορεί να επιλεγεί από το διάλογο. 80

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Όσον αφορά τις επιλογές υφών (textures) στα υλικά, ο διάλογος Maps δίνει µεγάλο αριθµό επιλογών από τις οποίες µόνον η υφή διάχυτου χρώµατος (Diffuse Color) έχει επίπτωση στη µετατροπή σε VRML. Εκεί επιλέγεται η εικόνα που θα χρησιµοποιηθεί (µε επιλογή στο None > New/Bitmap εάν θέλουµε τη δηµιουργία απολύτως καινούργιας υφής ή Browse From: Mtl Library για επιλογή από υπάρχουσες). Το ήδη προσδιορισµένο χρώµα του αντικειµένου υπερκαλύπτεται πλήρως από την υφή, αγνοώντας το ποσοστό υπερκάλυψης του διαλόγου (τιµή Amount). Η υφή πρέπει να είναι σε µορφή GIF και JPG (είτε ακόµη σε PNG). Το σύνηθες στη βιβλιοθήκη υλικών (Material Library) του 3DStudio Max είναι η υψηλότερης ποιότητας µορφές TIF που δεν υποστηρίζονται και πρέπει να µετατραπούν σε JPG. Η χρήση διαφάνειας σε GIF και PNG (transparency) υποστηρίζεται πλήρως αντίθετα µε τη χρήση animated GIFs που δεν υποστηρίζεται. Παρατήρηση: Η διαφάνεια σε υφές υποστηρίζεται µε βάση τη λογική του Ιντερνετ (δηλ. ιαφάνεια σε αρχείο GIF ή PNG) και όχι κατά τη λογική του 3DStudio Max. Τα µεγέθη των αρχείων υφών πρέπει να είναι προσεκτικά επιλεγµένα και αρκετά µικρά κατά προτίµηση µε διαστάσεις (σε pixels) δυνάµεων του 2. ιαστάσεις µεγαλύτερες από 512 pixels είναι αµφίβολο αν θα υποστηριχθούν από τις κάρτες γραφικών κοινών PC και συνεπώς θα υποστούν resampling (ανα-δειγµατοληψία) που θα αλλοιώσει την ποιότητά τους και θα καθυστερήσει τη διαδικασία προσοµοίωσης. Παρατήρηση: Η χρήση υφών σε πρωτογενή στερεά µέσα από το 3DStudio Max (primitives) τα αναλύει σε επιµέρους επιφάνειες καταστρέφοντας την απλή και ουσιαστική περιγραφή τους (βλέπε παράδειγµα µε primitives έναντι αναλυτικής περιγραφής νωρίτερα στο κεφάλαιο αυτό). Άµεσο επακόλουθο της αναλυτικής περιγραφής πρωτογενών µορφών είναι η εξάλειψη τη λείας επιφάνειας που παράγεται και η εµφάνιση ακµών γύρω από κάθε µονάδα περιγραφής της επιφάνειας (tessellation). Το φαινόµενο αυτό αντιµετωπίζεται είτε µε την επιλογή δηµιουργίας διανυσµάτων καθετότητας (normal vectors) στο 3DStudio Max, είτε µε επέµβαση στο VRML αρχείο που παράγεται. Η πρώτη λύση αυξάνει το µέγεθος του αρχείου µε http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 81

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης επιπλέον πληροφορία για τη καµπυλότητα των µορφών και παρουσιάζεται στην ανάλυση του Export VRML97 διαλόγου σε επόµενες σελίδες. Αντιθέτως η επέµβαση στο κώδικα του αρχείου VRML κρατά το µέγεθος του αρχείου ίδιο προσθέτοντας τιµή στη µεταβλητή creaseangle που οργανώνει την εξοµάλυνση των επιφανειών και παρουσιάζεται σε άλλο τµήµα του κεφαλαίου. Η µόνη δυνατότητα επεξεργασίας υφών στο µοντέλο αναφέρεται στο τρόπο εφαρµογής αυτών όπως ορίζεται από τις επιλογές UVW Mapping από τα Modifier List. Εκεί µπορούν να επιλεχθούν οι ρυθµίσεις Planar, Cylindrical, Spherical, Shrink Wrap, Box και XYZ to UVW του Mapping τµήµατος των παραµέτρων. Η χρήση του Face Mapping δεν συνίσταται καθώς σε µη επίπεδες µορφές επιβαρύνει το σύστηµα απεικόνισης στο VRML τοποθετώντας την επιλεγµένη υφή σε κάθε µία επιφάνεια του αντικειµένου ξεχωριστά (σε µία σφαίρα αποτελούµενη από 480 παράπλευρα τρίγωνα αυτό σηµαίνει 480 επαναλήψεις της υφής, ενώ σε ένα κύβο µόνον 6). Επίσης εδώ ορίζεται το µέγεθος της απεικόνισης της υφής στο αντικείµενο καθώς και ο αριθµός επαναλήψεων της υφής (U, V, W Tile και Flip). Οι επιλογές αυτές µπορούν να ελεγχθούν από το Render µέσα στο 3DStudio Max χωρίς να χρειαστεί δοκιµαστική δηµιουργία VRML. Παρατήρηση: Οι υφές που χρησιµοποιούνται στο µοντέλο πρέπει να αντιγραφούν σε ένα directory µε τίτλο maps κάτω από το directory στο οποίο θα δηµιουργηθεί και στη συνέχεια κληθεί το VRML αρχείο που παράγει η διαδικασία export VRML. Η διαδικασία αυτή δεν γίνεται αυτοµατοποιηµένα από το 3DStudio Max. Η χρήση βίντεο σαν υφή σε επιφάνειες του µοντέλου δεν υποστηρίζεται µέσω του 3DStudio Max αλλά είναι δυνατή µε τη χρήση των Cortona Tools που παρουσιάζονται στην επόµενη ενότητα. Κίνηση (Animation) Η επόµενη κατηγορία εργαλείων χειρίζεται τους αισθητήρες/triggers. Προϋπόθεση για να λειτουργήσουν οι διάφοροι sensors είναι η ύπαρξη κίνησης (animation) σε κάποια τµήµατα της γεωµετρίας και όχι µόνον. Τα στοιχεία που µπορεί να γίνουν animated είναι οι διάφορες µορφές γεωµετρίας, οι κάµερες και τα φώτα. Τύποι animation που υποστηρίζονται είναι θέσης (PositionInterpolator), προσανατολισµού (OrientationInterpolator) και κλίµακας των αντικειµένων (ScalarInterpolator). 82

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Συνεπώς διάφοροι τύποι animation που είναι δυνατοί στο 3DStudio Max δεν υποστηρίζονται (υφών, χρώµατος, διαφάνειας, κοκ). Παρατήρηση: Σε περίπτωση που έχει οριστεί κίνηση τµηµάτων του µοντέλου χωρίς να προστεθούν αυτά σε κάποιο από τους sensors του περιβάλλοντος, τότε η κίνηση αυτή εκτελείται συνέχεια χωρίς δυνατότητα επέµβασης του χρήστη. Αλληλεπίδραση - Sensors Οι αισθητήρες που θα περιγραφούν στη συνέχεια επιτρέπουν την αλληλεπίδραση χρήστη µε το ΕΠ. Το 3DStudio Max δεν καλύπτει όλες τις δυνατότητες sensors που προδιαγράφει το VRML, υποστηρίζοντας µόνο αισθητήρες χρόνου, θέσης και αφής. Παρατήρηση: Animations µέσω του 3DStudio Max ενεργοποιούν τη πλήρη κίνηση του αντικειµένου χωρίς τη δυνατότητα διαχωρισµού και ενεργοποίησης τµηµάτων αυτής από διαφορετικούς TimeSensors. Αυτό επιτυγχάνεται µε επιπλέον επεξεργασία του αρχείου µέσω των Cortona Tools όπως παρουσιάζεται αργότερα. TimeSensor: Ο αισθητήρας αυτός παράγει σηµεία αναφοράς (events) καθώς κυλά ο χρόνος της προσοµοίωσης του ΕΠ. Στις περισσότερες περιπτώσεις απλών animations δεν θα χρειαστούν έξτρα TimeSensor καθώς το VRML αρχείο που παράγεται έχει ένα TimeSensor για κάθε αντικείµενο του µοντέλου που έχει κάποια προγραµµατισµένη κίνηση (και για όλα τα φώτα και κάµερες, ανεξάρτητα αν έχουν προγραµµατισµένες κινήσεις). Τα animations που παράγονται µε αυτό το τρόπο έχουν διάρκεια που υπολογίζεται βάσει των keyframes τους η τυπική διάρκεια animation στο 3DStudio Max είναι 100 keyframes που µε 30 καρέ το δευτερόλεπτο δηµιουργεί κίνηση διάρκειας 3.3 δευτερόλεπτων, µε 300 keyframes 10 δευτερόλεπτα κοκ. Τυπική περίπτωση όπου δύο TimeSensor είναι απαραίτητα είναι η κατάτµηση ενός ενιαίου animation σε δύο τµήµατα (άνοιγµα και κλείσιµο πόρτας). Για την υλοποίηση είναι απαραίτητο το πλήρες animation της πόρτας: ξεκινώντας κλειστή, ανοίγει στη µέση του animation και ξανακλείνει στο τέλος. Εάν η κίνηση αυτή έχει 100 keyframes, τότε το πρώτο TimeSensor θα έχει StartTime 0 και StopTime 50 και το δεύτερο StartTime 50 και http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 83

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης StopTime 100. Οι δύο αυτοί TimeSensor θα ενεργοποιούν τους αισθητήρες που θα ξεκινούν τα δύο τµήµατα του animation (λ.χ. δύο TouchSensors σε διαφορετικά αντικείµενα). Η αυτοµατοποίηση της διαδικασίας αυτής µε ProximitySensors, παρουσιάζεται σε επόµενη ενότητα καθώς είναι απαραίτητη η χρήση επιπλέον εργαλείων επεξεργασίας του VRML αρχείου που παράγεται. TouchSensor: Ο αισθητήρας αυτός ενεργοποιείται όταν ο χρήστης αγγίξει (µε mouse-click) ένα αντικείµενο στο ΕΠ. Αυτό το αντικείµενο επιλέγεται µε το Pick Trigger Object ενώ στη συνέχεια επιλέγονται τα αντικείµενα που θα δράσουν στα πλαίσια του αισθητήρα αυτού τα Action Objects. Απαραίτητη προϋπόθεση για να λειτουργήσει ο αισθητήρας είναι να έχει οριστεί κάποια µορφή κίνησης στο αντικείµενο αυτό αλλαγή θέσης, κατεύθυνσης, µεγέθους, περιστροφής, κοκ. Το tickbox Enable ενεργοποιεί τον αισθητήρα συνεπώς η επιλογή του είναι απαραίτητη. ProxSensor: Ενεργοποιείται όταν ο χρήστης «µπει» στο χώρο επιρροής του αισθητήρα που ορίζεται µε τις τρεις διαστάσεις του κύβου που τον περιγράφει. Όπως και στο TouchSensor, τα αντικείµενα που θα δράσουν επιλέγονται µε το Pick Action Objects. Το Icon Size του TouchSensor δεν υπάρχει καθώς είναι δυνατή η οπτικοποίηση του χώρου επιρροής του φαινοµένου από τον editor του 3DStudio Max. Το tickbox Enable ενεργοποιεί τον αισθητήρα. 84

Εικονική Πραγµατικότητα Τµήµα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, 6 ο Εξάµηνο, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας Export VRML Η διαδικασία παραγωγής του VRML αρχείου ξεκινά από το File/Export menu, όπου επιλέγεται σαν τύπος export το VRML97. Στο διάλογο VRML97 Exporter που εµφανίζεται πρέπει να γίνουν οι κατάλληλες επιλογές για να παραχθεί το τελικό VRML αρχείο. Στις επιλογές Generate έχουµε: Normals: επιλέγεται εάν έχει γίνει χρήση υφών σε καµπύλες επιφάνειες (πρωτογενείς ή επεξεργασµένες µορφές). Γενικά χρήσιµο εάν υπάρχουν προβλήµατα µε εµφανείς ακµές µεταξύ πλευρών καµπύλων αντικειµένων. Indentation: κάνει τον κώδικα VRML ευανάγνωστο για την περίπτωση που πρόκειται να γίνει επεξεργασία σε text editor (δεν επιλέγεται). Primitives: Χρήση πρωτογενών µορφών όπου είναι δυνατόν. Επιλέγεται εκτός από περιπτώσεις όπου γίνεται animation ιδιοτήτων πρωτογενών µορφών (π.χ. διαµέτρου σφαίρας). Color per Vertex: εν έχει χρησιµότητα. Coordinate Interpolators: Απαραίτητο εάν έχουν δηµιουργηθεί περίπλοκες πορείες κίνησης αντικειµένων, αλλαγής µορφής αυτών ή και κάµερας στο χώρο. Export Hidden Objects: Συνήθως δεν επιλέγεται. Flip-Book: ηµιουργεί σειρά αρχείων VRML που περιγράφουν τη κίνηση σε καρέ. Χρήσιµο µόνο για τον έλεγχο της διαδικασίας κίνησης αντικειµένων ή κάµερας. Στις περισσότερες από τις επιλογές αυτές προτείνεται η χρήση εναλλακτικών και ο έλεγχος του αποτελέσµατος στο Web Browser (Internet Explorer, Netscape) πριν αποφασιστεί η τελική επιλογή. http://vr.arch.uth.gr/vr-arch/ 85

ιδάσκων Βασίλης Μπουρδάκης Στη συνέχεια αναλύονται µία σειρά από επιλογές που σχετίζονται µε το τρόπο που παρουσιάζεται το περιβάλλον: Polygon Type: Ο τρόπος που περιγράφεται η γεωµετρία σε τρίγωνα, τετράγωνα ή επίπεδα πολύγωνα. Χωρίς ιδιαίτερα µεγάλη σηµασία, προτιµούνται Triangles ή Ngons. Initial View: Η κάµερα µε την οποία θα ξεκινήσει η περιήγηση στο VRML. Χρήσιµο για οργάνωση του περιβάλλοντος. Initial Navigation Info: Ρυθµίσεις περιήγησης όπως έχουν ήδη περιγραφεί. Initial Background: Ρυθµίσεις χρωµάτων και υφών του περιβάλλοντος χώρου. Initial Fog: Ρυθµίσεις οµίχλης και ορίου ορατότητας περιβάλλοντος. Digits of Precision: Σε περιβάλλοντα όπου το εύρος των διαστάσεων που έχει χρησιµοποιηθεί κυµαίνεται από 0.1-100.000 units, η ακρίβεια 3 δεκαδικών ψηφίων είναι ικανοποιητική. Για περιβάλλοντα µε µεγαλύτερες διαστάσεις, µπορούµε να την αυξήσουµε στα 4 ή 5 δεκαδικά µε αντίστοιχη αύξηση του µεγέθους αρχείου. Show Progress Bar: οπτική ένδειξη προόδου επεξεργασίας / µετατροπής αρχείου. Bitmap URL Prefix: επιλογή directory όπου αποθηκεύονται οι υφές που χρησιµοποιούνται στο VRML. Προτείνεται η χρήση ενός directory κάτω από αυτό στο οποίο βρίσκεται το VRML αρχείο µε όνοµα maps. Γιαυτό σβήνετε από το προτεινόµενο path το «../» World Info: Εδώ αναγράφεται ο τίτλος και κάποιες πληροφορίες για το περιβάλλον (µε Λατινικούς χαρακτήρες µόνον!) Παρατήρηση:Τα περισσότερα προβλήµατα υφών οφείλονται σε λάθος Bitmap URL Prefix. Λιγότερα οφείλονται σε χρήση υφών σε µή συµβατή µε το Ιντερνετ µορφή (λ.χ. TIF, BMP, TGA, κα) ή χρήση λανθασµένης texturemap πληροφορίας (έλλειψη UVW mapping, κοκ). 86