Conception et Réalisation d'Effet Virtuel d'Eclairage de Scène

2023/03/21

En utilisant l'architecture du moteur OGRE, il est plus pratique de simuler un environnement d'éclairage de scène tridimensionnel réaliste.La présence et les capacités d'interaction de la technologie virtuelle elle-même peuvent non seulement transformer la conception et la création statiques en reproduction dynamique, mais aussi en temps opportun. et présentant la conception, la créativité et l'inspiration du concepteur, une plate-forme de système de conception virtuelle mature et complète est une plate-forme idéale pour les concepteurs d'éclairage, les directeurs de performance, les opérateurs de contrôle d'éclairage, l'enseignement de l'art de l'éclairage et les démonstrations d'effets d'éclairage, etc. Un outil de conception très professionnel et pratique et assistant de droite. La fonction interactive en temps réel et pratique rend le système plus en temps réel et utilisable. Ce système fournit un environnement d'exploitation interactif en temps réel pour répondre aux besoins des utilisateurs.

1. Architecture système 1. Architecture logique Qu'il s'agisse d'un jeu ou d'une réalité virtuelle, afin de montrer son réalisme, la scène virtuelle est majoritairement complexe, donc la création de la scène virtuelle est majoritairement générée par un outil de modélisation 3D, puis la scène est rendue et sortie en temps réel. Pour la conception d'éclairage de scène, 3DMAX fournit des fichiers de scène de base, qui sont analysés via l'interface DOM (Document Object Model), et les ressources sont importées et les scènes sont organisées. Enfin dans le système OGRE pour le rendu.

Il existe différents modèles d'éclairage et leurs effets doivent être réalisés séparément dans la scène. Dans le même temps, les utilisateurs doivent également pouvoir effectuer diverses opérations via l'interface utilisateur. Le système nécessite une grande complexité opérationnelle, une grande quantité de calculs et une forte évolutivité.

Il est nécessaire de concevoir et d'établir une architecture de mise en œuvre globale (comme le montre la figure 1) avec une grande efficacité de traitement des données et de calcul, une forte évolutivité, une intégration lâche et une forte cohésion des modules fonctionnels. Le système est divisé en couche de ressources, couche d'interface et couche de rendu. Couche de ressources : exportée par le plug-in 3DMAX + Ofusion pour générer les fichiers de ressources requis par l'organisation de la scène, les matériaux, les entités, les textures et d'autres systèmes. Couche d'interface : responsable de l'importation de ces fichiers de ressources dans la scène.

Couche de rendu : réalisez le rendu des scènes et des lumières de la scène, la gestion des ressources système, la réponse en temps réel à l'interaction de l'utilisateur, etc. 2. Recherche sur les technologies clés de réalisation du système 1. L'organisation des scènes et les fichiers de ressources requis par le système sont exportés par 3DMAX via le plug-in Ofusion. Le fichier d'organisation de scène exporté est au format XML, qui enregistre certains paramètres de base de la scène et des informations sur la position et l'orientation de chaque entité de scène.

Les nœuds de scène sont organisés sous forme d'arborescence. Chaque nœud a un nœud parent correspondant, de sorte que nous pouvons facilement déplacer et faire pivoter plusieurs nœuds enfants en même temps grâce à l'opération du nœud parent. 2. Transformation de coordonnées 3D Pour afficher les résultats du rendu 3D sur un écran 2D, il est nécessaire de convertir des coordonnées 3D en coordonnées planes. Tout d'abord, un système de coordonnées tridimensionnel doit être établi.Nous créons un système de coordonnées latérales obliques tridimensionnelles à deux axes, dans lequel la direction de l'axe x est horizontale vers la gauche, la direction de l'axe z est vertical vers le haut, et la direction de l'axe y est à un angle de 45° par rapport à la direction horizontale. .

Lors de l'affichage de graphiques dans ce système de coordonnées, les longueurs dans les directions des axes x et z prennent la longueur réelle des graphiques, et la longueur dans la direction de l'axe y prend la moitié de la longueur réelle. Dans la formule, ηx, ηy et ηz sont les coefficients de déformation axiale des axes x, y et z. En effectuant la transformation de projection axonométrique, l'équation suivante peut être obtenue : où f et d sont les coefficients de la matrice de transformation axonométrique, et en résolvant cette équation, on peut obtenir : Afin de rendre l'effet tridimensionnel plus fort, fixez d=f=-0.354, et la technique axonométrique peut être obtenue Matrice de transformation d'ombre : Ensuite, il est nécessaire de convertir les coordonnées tridimensionnelles des graphiques en coordonnées de l'appareil à l'écran. Dans la fenêtre de perspective, l'origine de la coordonnées est situé dans le coin supérieur gauche de l'écran, la direction vers la droite est la direction positive de l'axe des x et la direction vers le bas est la direction positive de l'axe des y.

En supposant qu'un point (x, y, z) dans l'espace tridimensionnel a les coordonnées (xx, yy) dans les coordonnées de l'appareil, en utilisant la matrice de transformation de projection axonométrique tout à l'heure, la formule de conversion suivante peut être obtenue : xX, yY dans la formule sont Les coordonnées relatives de l'origine des coordonnées tridimensionnelles dans le système de coordonnées de l'appareil. En substituant la formule (4) à (5), l'équation de transformation peut être obtenue : 3. Simulation de l'effet du système de particules Les particules sont représentées par des quadrilatères. Il a des attributs tels que la longueur et la largeur, la direction, la couleur, la durée de vie, la quantité, le matériau, le poids et la vitesse.

Les propriétés des particules sont déterminées conjointement par l'émetteur de particules et l'affecteur de particules. L'émetteur de particules est responsable de l'émission de particules, donnant certaines propriétés des particules lorsqu'elles sont émises, y compris la vitesse de mouvement, la couleur, la durée de vie, etc. ; l'influenceur d'effet spécial de particules est responsable du changement des propriétés des particules à partir du moment où d'émission de particules à l'étage avant qu'il ne meure, ce qui peut être utilisé pour simuler des effets spéciaux tels que la gravité, la tension, la dégradation des couleurs, etc. Des effets tels que la fumée, le feu et les explosions peuvent être créés lorsque les émetteurs de particules crachent sans cesse un grand nombre de particules.

OGRE fournit un langage de script de système de particules, qui peut définir diverses propriétés des particules dans le script. Dans cet article, les effets des feux d'artifice de scène, de la pluie et des nuages ​​sont décrits à travers le système de particules. Combiné avec l'effet d'animation d'OGRE, un effet de particules de scène plus réaliste peut être obtenu.

4. Simulation d'effet d'éclairage L'éclairage est le facteur clé de l'effet de scène et la technologie de base de ce système de conception. Le moteur de rendu fournit plusieurs lumières couramment utilisées, telles que la lumière ponctuelle, la lumière directionnelle et le projecteur. Mais pour une véritable simulation d'effet d'éclairage de scène, cela ne suffit pas.

Pour certains effets d'éclairage de scène spéciaux, tels que la lumière volumétrique, etc., il doit être réalisé via la technologie de pipeline de rendu programmable (shader). Il existe deux types de shaders, l'un est au niveau du vertex, appelé vertex shader (OpenGL est appelé ve spit white program), qui remplace les parties de transformation et d'éclairage dans le pipeline de rendu fixe, et les programmeurs peuvent contrôler la transformation des vertex, l'éclairage, etc. par eux-mêmes. Les unités qui traitent les shaders de vertex dans le matériel sont appelées processeurs de shader de vertex (unités de traitement de vertex).

L'un est au niveau du pixel, appelé pixel shader (OpenGL est appelé programme de fragment), qui remplace la partie de rastérisation dans le pipeline de rendu fixe, et les programmeurs peuvent contrôler eux-mêmes la couleur des pixels et l'échantillonnage de la texture. Les unités qui traitent les pixel shaders dans le matériel sont appelées processeurs de pixel shader (unités de traitement de pixels). Afin de rendre la simulation d'éclairage plus réaliste, il est également nécessaire d'utiliser des équations d'éclairage 3D pour simuler et calculer.

Il s'agit souvent d'un algorithme approximatif, mais il peut obtenir un bon effet de simulation et une vitesse d'exécution très rapide. Il existe deux modèles d'éclairage courants : le modèle d'éclairage global et le modèle d'éclairage direct. Ce système utilise le modèle d'illumination globale.

Le modèle d'éclairage global est un modèle d'éclairage qui peut très bien simuler le réalisme. Il peut prendre en compte la réflexion, la réfraction, la transmission, l'ombre et l'interaction de la lumière sur la surface de l'objet en même temps. En utilisant le modèle d'illumination globale, il est nécessaire de simuler le processus de propagation de la lumière réelle et le rayonnement de l'échange d'énergie.

Pour le lancer de rayons, il faut considérer le résultat d'illumination directe de la source lumineuse et l'effet d'illumination de la lumière réfléchie sur le point, et combiner les deux : Ensuite, pour calculer la luminance, il faut calculer l'illumination sur chaque surface : où Ld est la lumière éclairée par la source lumineuse , T est le facteur de propagation de la lumière, TLi est la lumière réfléchie par d'autres surfaces et L est la valeur de lumière finale requise. Interface système et résumé 3. Interface système Le système peut réaliser une commutation de scène, divers effets de scène dans la scène et une interaction en temps réel avec des scènes de scène et diverses lumières. La figure 4 est le diagramme d'effet d'un feu d'artifice de scène, et la figure 5 est le diagramme d'effet d'une lumière volumétrique.

Résumé : La conception de l'éclairage scénique est devenue un problème majeur pour les concepteurs d'éclairage. Ils doivent souvent faire face à des coûts élevés, à une forte consommation d'énergie et à des problèmes chronophages. Avec le développement vigoureux de l'industrie de l'information, le domaine de l'éclairage de scène professionnel est également entré dans une ère numérique globale.

Le système utilise le moteur 0-GRE pour construire une scène virtuelle et présente la conception et le réglage de l'éclairage de la scène en temps réel.En même temps, il fournit des fonctions d'interaction système riches pour les concepteurs d'éclairage de scène, ce qui peut très bien résoudre ce problème. Ensuite, le système doit enrichir davantage le modèle d'éclairage de la scène, qui peut simuler diverses lumières, telles que : lumière douce, lumière flash, lumière de suivi, etc. L'interface utilisateur doit également être encore optimisée pour améliorer la convivialité.

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