تصميم وتحقيق التأثير الافتراضي لإضاءة المسرح

من خلال استخدام بنية محرك OGRE ، يكون من الأنسب محاكاة بيئة إضاءة مسرح ثلاثية الأبعاد واقعية.لا يمكن لوجود إمكانات التكنولوجيا الافتراضية نفسها وتفاعلها أن تحول التصميم الثابت والإبداع إلى استنساخ ديناميكي فحسب ، بل في الوقت المناسب أيضًا. الالتقاط وتقديم مفهوم المصمم وإبداعه وإلهامه ، منصة نظام تصميم افتراضي ناضجة وكاملة هي منصة مثالية لمصممي الإضاءة ومديري الأداء ومشغلي التحكم في الإضاءة وتدريس فن الإضاءة وعروض تأثير الإضاءة ، إلخ. أداة تصميم احترافية وعملية للغاية ومساعد اليد اليمنى. تعمل الوظيفة التفاعلية المريحة في الوقت الفعلي على جعل النظام أكثر واقعية وقابلية للتشغيل. يوفر هذا النظام بيئة تشغيل تفاعلية في الوقت الفعلي لتلبية احتياجات المستخدمين.

1. هندسة النظام 1. هندسة المنطق سواء كانت لعبة أو واقع افتراضي ، من أجل إظهار واقعيتها ، فإن المشهد الافتراضي معقد في الغالب ، لذلك يتم إنشاء المشهد الافتراضي في الغالب بواسطة أداة نمذجة ثلاثية الأبعاد ، ثم يتم عرض المشهد وإخراجه في الوقت الفعلي. بالنسبة لتصميم إضاءة المسرح ، يوفر برنامج 3DMAX ملفات المشهد الأساسية ، والتي يتم تحليلها من خلال واجهة DOM (نموذج كائن المستند) ، ويتم استيراد الموارد وتنظيم المشاهد. أخيرًا في نظام OGRE للتصيير.

هناك العديد من نماذج الإضاءة ، وتحتاج تأثيراتها إلى أن تتحقق بشكل منفصل في المشهد. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون المستخدمون قادرين أيضًا على إجراء عمليات مختلفة من خلال واجهة المستخدم. يتطلب النظام تعقيدًا تشغيليًا عاليًا وكمية كبيرة من الحسابات وقابلية توسعة قوية.

من الضروري تصميم وإنشاء بنية تنفيذية شاملة (كما هو موضح في الشكل 1) مع معالجة بيانات عالية وكفاءة حوسبية ، وقابلية قوية للتوسع ، وتكامل فضفاض وتماسك قوي للوحدات الوظيفية. ينقسم النظام إلى طبقة موارد ، وطبقة واجهة ، و طبقة التقديم. طبقة الموارد: تم تصديرها بواسطة المكون الإضافي 3DMAX + Ofusion لإنشاء ملفات الموارد المطلوبة بواسطة تنظيم المشهد والمواد والكيانات والأنسجة والأنظمة الأخرى. طبقة الواجهة: مسؤولة عن استيراد ملفات الموارد هذه إلى المشهد.

طبقة التقديم: تدرك عرض مشاهد المسرح والأضواء ، وإدارة موارد النظام ، والاستجابة في الوقت الفعلي لتفاعل المستخدم ، إلخ. 2. البحث عن التقنيات الرئيسية لتحقيق النظام 1. يتم تصدير تنظيم المشاهد وملفات الموارد المطلوبة من قبل النظام بواسطة 3DMAX من خلال المكون الإضافي Ofusion. ملف تنظيم المشهد الذي تم تصديره هو بتنسيق XML ، والذي يسجل بعض المعلمات الأساسية للمرحلة ومعلومات حول موضع واتجاه كل كيان مرحلة.

يتم تنظيم عُقد المشهد في شكل شجرة. كل عقدة لها عقدة أصلية مقابلة ، لذلك يمكننا بسهولة نقل عدة عقد فرعية وتدويرها في نفس الوقت من خلال تشغيل العقدة الأصلية. 2. تحويل الإحداثيات ثلاثية الأبعاد لعرض نتائج العرض ثلاثي الأبعاد على شاشة ثنائية الأبعاد ، من الضروري التحويل من إحداثيات ثلاثية الأبعاد إلى إحداثيات مستوية. أولاً ، يجب إنشاء نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد. نقوم بإنشاء نظام إحداثيات جانبي مائل ثلاثي الأبعاد ثنائي المحور ، يكون فيه اتجاه المحور x أفقيًا إلى اليسار ، واتجاه المحور z هو عمودي لأعلى ، واتجاه المحور ص بزاوية 45 درجة في الاتجاه الأفقي.

عند عرض الرسومات في نظام الإحداثيات هذا ، تأخذ الأطوال في اتجاهات المحور x والمحور z الطول الفعلي للرسومات ، ويأخذ الطول في اتجاه المحور y نصف الطول الفعلي. في الصيغة ، ηx و ηy و z هي معاملات التشوه المحوري لمحاور x و y و z. عند إجراء تحويل الإسقاط المحوري ، يمكن الحصول على المعادلة التالية: حيث f و d هما معاملات مصفوفة التحويل المحوري ، ومن خلال حل هذه المعادلة ، يمكن الحصول عليها: من أجل جعل التأثير ثلاثي الأبعاد أقوى ، اضبط d = f = -0.354 ، ويمكن الحصول على تقنية axonometric مصفوفة تحويل الظل: بعد ذلك ، من الضروري تحويل الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للرسومات إلى إحداثيات الجهاز على الشاشة. تقع الإحداثيات في الزاوية اليسرى العليا من الشاشة ، والاتجاه الأيمن هو الاتجاه الإيجابي للمحور x ، والاتجاه الهابط هو الاتجاه الإيجابي للمحور y.

بافتراض أن نقطة (x ، y ، z) في الفضاء ثلاثي الأبعاد لها إحداثيات (xx ، yy) في إحداثيات الجهاز ، باستخدام مصفوفة تحويل الإسقاط المحوري الآن ، يمكن الحصول على صيغة التحويل التالية: xX ، yY في الصيغة هي الإحداثيات النسبية لأصل الإحداثيات ثلاثية الأبعاد في نظام إحداثيات الجهاز. باستبدال الصيغة (4) في (5) ، يمكن الحصول على معادلة التحويل: 3. محاكاة تأثير نظام الجسيمات يتم تمثيل الجسيمات بواسطة الأشكال الرباعية. لها سمات مثل الطول والعرض والاتجاه واللون والعمر والكمية والمواد والوزن والسرعة.

يتم تحديد خصائص الجسيمات بشكل مشترك بواسطة باعث الجسيمات والواصق الجسيمي. يكون باعث الجسيمات مسؤولاً عن انبعاث الجسيمات ، مع إعطاء بعض خصائص الجسيمات عند انبعاثها ، بما في ذلك سرعة الحركة ، واللون ، ومدى الحياة ، وما إلى ذلك ؛ مؤثر التأثير الخاص للجسيمات مسؤول عن تغيير خصائص الجسيمات من اللحظة من انبعاث الجسيمات إلى المرحلة قبل أن تموت ، والتي يمكن استخدامها لمحاكاة المؤثرات الخاصة مثل الجاذبية والتوتر وتدهور اللون ، إلخ. يمكن إنشاء تأثيرات مثل الدخان والنار والانفجارات عندما تنفث بواعث الجسيمات أعدادًا كبيرة من الجسيمات باستمرار.

يوفر OGRE لغة برمجة نصية لنظام الجسيمات ، والتي يمكنها تعيين خصائص مختلفة للجسيمات في البرنامج النصي. في هذه المقالة ، يتم وصف تأثيرات الألعاب النارية المسرحية والمطر والغيوم من خلال نظام الجسيمات. بالاقتران مع تأثير الرسوم المتحركة لـ OGRE ، يمكن تحقيق تأثير جسيم مشهد أكثر واقعية.

4. محاكاة تأثير الإضاءة الإضاءة هي العامل الرئيسي لتأثير المرحلة والتقنية الأساسية لنظام التصميم هذا. يوفر محرك التقديم العديد من الأضواء شائعة الاستخدام ، مثل نقطة الضوء والضوء الاتجاهي وضوء الكشاف. ولكن بالنسبة لمحاكاة تأثير إضاءة المسرح الحقيقية ، فهذه ليست كافية.

بالنسبة لبعض تأثيرات إضاءة المسرح الخاصة ، مثل الضوء الحجمي ، وما إلى ذلك ، يجب أن تتحقق من خلال تقنية خط أنابيب التقديم القابلة للبرمجة (تظليل). هناك نوعان من التظليل ، أحدهما على مستوى القمة ، يسمى تظليل الرأس (يسمى برنامج OpenGL برنامج أبيض يبصق) ، يستبدل جزء التحويل والإضاءة في خط أنابيب العرض الثابت ، ويمكن للمبرمجين التحكم في تحويل الرأس ، والإضاءة ، وما إلى ذلك بأنفسهم. تسمى الوحدات التي تعالج تظليل الرأس في الأجهزة معالجات تظليل الرأس (وحدات معالجة قمة الرأس).

واحد هو مستوى البكسل ، يسمى pixel shader (يسمى OpenGL برنامج التجزئة) ، والذي يحل محل جزء التنقيط في خط أنابيب العرض الثابت ، ويمكن للمبرمجين التحكم في لون البكسل وأخذ عينات النسيج بأنفسهم. تسمى الوحدات التي تعالج تظليل البكسل في الأجهزة معالجات pixel shader (وحدات معالجة البكسل). لجعل محاكاة الإضاءة أكثر واقعية ، من الضروري أيضًا استخدام معادلات الإضاءة ثلاثية الأبعاد للمحاكاة والحساب.

غالبًا ما تكون هذه خوارزمية تقريبية ، ولكنها يمكن أن تحقق تأثير محاكاة جيد وسرعة تشغيل سريعة جدًا. يوجد نموذجان شائعان للإضاءة: نموذج الإضاءة العالمي ونموذج الإضاءة المباشرة. يستخدم هذا النظام نموذج الإضاءة العالمي.

نموذج الإضاءة العالمي هو نموذج إضاءة يمكنه محاكاة الواقعية بشكل جيد للغاية. يمكن أن يأخذ في الاعتبار انعكاس الضوء وانكساره ونقله وظله وتفاعله على سطح الجسم في نفس الوقت. باستخدام نموذج الإضاءة العالمي ، من الضروري محاكاة عملية انتشار الضوء الفعلي وإشعاع تبادل الطاقة.

لتتبع الشعاع ، من الضروري مراعاة نتيجة الإضاءة المباشرة لمصدر الضوء وتأثير الإضاءة للضوء المنعكس على النقطة ، والجمع بين الاثنين: بعد ذلك ، لحساب الإشعاع ، من الضروري حساب الإضاءة على كل السطح: حيث Ld هو الضوء الذي يضيئه مصدر الضوء ، T هو عامل انتشار الضوء ، TLi هو الضوء المنعكس من الأسطح الأخرى ، و L هي قيمة الضوء النهائية المطلوبة. واجهة النظام والملخص 3. واجهة النظام يمكن للنظام تحقيق تبديل المرحلة وتأثيرات المشهد المختلفة في المسرح والتفاعل في الوقت الحقيقي مع مشاهد المسرح والأضواء المختلفة. الشكل 4 هو مخطط تأثير الألعاب النارية المرحلة ، والشكل 5 هو مخطط تأثير الضوء الحجمي.

ملخص: أصبح تصميم إضاءة المسرح مشكلة رئيسية لمصممي الإضاءة. غالبًا ما يتعين عليهم مواجهة مثل هذه التكلفة العالية والاستهلاك المرتفع للطاقة والمشاكل التي تستغرق وقتًا طويلاً. مع التطور القوي لصناعة المعلومات ، دخل مجال إضاءة المسرح الاحترافي أيضًا في عصر رقمي شامل.

يستخدم النظام محرك 0-GRE لبناء مرحلة افتراضية ، ويقدم تصميم إضاءة المسرح وتعديلها في الوقت الفعلي.وفي الوقت نفسه ، يوفر وظائف تفاعلية غنية بالنظام لمصممي إضاءة المسرح ، والتي يمكن أن تحل هذه المشكلة بشكل جيد للغاية. بعد ذلك ، يحتاج النظام إلى زيادة إثراء نموذج الإضاءة الخاص بالمسرح ، والذي يمكنه محاكاة الأضواء المختلفة ، مثل: الضوء الخافت ، ضوء الفلاش ، متابعة الضوء الموضعي ، إلخ. تحتاج واجهة المستخدم أيضًا إلى مزيد من التحسين لتحسين سهولة الاستخدام.