Conception et réalisation d'effets virtuels d'éclairage scénique

Grâce à l'architecture du moteur OGRE, il est plus facile de simuler un environnement d'éclairage scénique tridimensionnel réaliste. Les capacités de présence et d'interaction de la technologie virtuelle permettent non seulement de transformer une conception et une création statiques en une reproduction dynamique et précise. Capturant et présentant la conception, la créativité et l'inspiration du concepteur, cette plateforme de conception virtuelle complète et mature est idéale pour les concepteurs lumière, les directeurs de spectacle, les régisseurs lumière, les enseignants en art de la lumière et les démonstrations d'effets lumineux, etc. Un outil de conception très professionnel et pratique, ainsi qu'un assistant de confiance. La fonction interactive en temps réel rend le système plus maniable et en temps réel. Ce système offre un environnement d'exploitation interactif en temps réel répondant aux besoins des utilisateurs.

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

Il existe différents modèles d'éclairage, dont les effets doivent être réalisés séparément dans la scène. Parallèlement, les utilisateurs doivent pouvoir effectuer diverses opérations via l'interface utilisateur. Le système requiert une grande complexité opérationnelle, une grande quantité de calculs et une forte évolutivité.

Il est nécessaire de concevoir et d'établir une architecture d'implémentation globale (comme illustré à la figure 1) offrant une efficacité de traitement et de calcul élevée, une forte évolutivité, une intégration fluide et une forte cohésion des modules fonctionnels. Le système est divisé en couches ressources, interface et rendu. Couche ressources : exportée par le plug-in 3DMAX + Ofusion pour générer les fichiers de ressources nécessaires à l'organisation de la scène, aux matériaux, aux entités, aux textures et aux autres systèmes. Couche interface : chargée de l'importation de ces fichiers de ressources dans la scène.

Couche de rendu : Réaliser le rendu des scènes et des lumières de la scène, gérer les ressources système, répondre en temps réel aux interactions 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 ainsi que des informations sur la position et l'orientation de chaque entité.

Les nœuds de scène sont organisés sous forme d'arbre. Chaque nœud a un nœud parent correspondant, ce qui permet de déplacer et de faire pivoter facilement plusieurs nœuds enfants simultanément grâce à l'opération du nœud parent. 2. Transformation des coordonnées 3D Pour afficher les résultats du rendu 3D sur un écran 2D, il est nécessaire de convertir les 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 des x est horizontale à gauche, la direction de l'axe des z est verticale vers le haut et la direction de l'axe des y est à un angle de 45° par rapport à la direction horizontale.

Français 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, elle peut être obtenue : Afin de renforcer l'effet tridimensionnel, définissez d=f=-0,354, et la technique axonométrique peut être obtenue Matrice de transformation des ombres : 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 des coordonnées est située 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.

Français 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 précédente, 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) dans (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 et l'affecteur de particules. L'émetteur est responsable de l'émission des particules, leur conférant certaines propriétés lors de leur émission, notamment leur vitesse, leur couleur, leur durée de vie, etc. ; l'influenceur d'effets spéciaux de particules est responsable de l'évolution des propriétés des particules entre leur émission et leur mort, ce qui permet de 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 projettent un grand nombre de particules de manière continue.

OGRE fournit un langage de script pour système de particules, permettant de définir diverses propriétés des particules dans le script. Cet article décrit les effets de feux d'artifice, de pluie et de nuages ​​sur scène grâce à ce système de particules. Combiné aux effets d'animation d'OGRE, il permet d'obtenir un effet de particules de scène plus réaliste.

4. Simulation d'effets d'éclairage. L'éclairage est le facteur clé de l'effet scénique et la technologie de base de ce système de conception. Le moteur de rendu propose plusieurs éclairages courants, tels que la lumière ponctuelle, la lumière directionnelle et le projecteur. Cependant, pour une simulation d'effets d'éclairage scénique réels, ces derniers ne suffisent pas.

Certains effets d'éclairage scéniques spéciaux, tels que la lumière volumétrique, doivent être réalisés grâce à une technologie de pipeline de rendu programmable (shader). Il existe deux types de shaders : le premier, au niveau vertex, appelé vertex shader (OpenGL est appelé programme ve spit white), remplace les parties transformation et éclairage du pipeline de rendu fixe. Les programmeurs peuvent contrôler eux-mêmes la transformation des vertex, l'éclairage, etc. Les unités qui traitent les vertex shaders au niveau matériel sont appelées processeurs de vertex shader (unités de traitement de vertex).

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

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

Le modèle d'illumination globale est un modèle d'éclairage très réaliste. Il prend en compte simultanément la réflexion, la réfraction, la transmission, l'ombre et l'interaction de la lumière à la surface de l'objet. Il permet de simuler la propagation de la lumière réelle et le rayonnement des échanges énergétiques.

Français Pour le lancer de rayons, il est nécessaire de considérer le résultat d'éclairage direct de la source lumineuse et l'effet d'éclairage de la lumière réfléchie sur le point, et de combiner les deux : Ensuite, pour calculer la luminance, il est nécessaire de calculer l'éclairage 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 lumineuse finale requise. Interface système et résumé 3. Interface système Le système peut réaliser des commutations de scène, divers effets de scène sur la scène et une interaction en temps réel avec des scènes de scène et diverses lumières. La figure 4 est le diagramme d'effet des feux d'artifice de scène et la figure 5 est le diagramme d'effet de la lumière volumétrique.

Résumé : La conception de l'éclairage scénique est devenue un enjeu majeur pour les concepteurs lumière. Ils sont souvent confrontés à des coûts élevés, une consommation énergétique élevée et des délais considérables. Avec le développement fulgurant de l'industrie de l'information, le secteur de l'éclairage scénique professionnel est entré dans une ère entièrement numérique.

Le système utilise le moteur 0-GRE pour construire une scène virtuelle et présente la conception et le réglage de l'éclairage en temps réel. Il offre également de riches fonctions d'interaction système aux concepteurs lumière, ce qui permet de résoudre efficacement ce problème. Le système doit ensuite enrichir le modèle d'éclairage de la scène, qui peut simuler différents éclairages, tels que la lumière douce, le flash, le projecteur de poursuite, etc. L'interface utilisateur doit également être optimisée pour une meilleure ergonomie.