Progettazione e Realizzazione di Stage Lighting Virtual Effect

Utilizzando l'architettura del motore OGRE, è più conveniente simulare un ambiente di illuminazione scenica tridimensionale realistico.La presenza e le capacità di interazione della stessa tecnologia virtuale possono non solo trasformare la progettazione statica e la creazione in riproduzione dinamica, ma anche tempestiva. e presentando la concezione, la creatività e l'ispirazione del designer, una piattaforma di sistema di progettazione virtuale matura e completa è una piattaforma ideale per lighting designer, direttori di performance, operatori di controllo dell'illuminazione, insegnamento dell'arte dell'illuminazione e dimostrazioni di effetti di luce, ecc. Uno strumento di progettazione molto professionale e pratico e assistente di destra. La comoda funzione interattiva in tempo reale rende il sistema più operativo e in tempo reale. Questo sistema fornisce un ambiente operativo interattivo in tempo reale per soddisfare le esigenze degli utenti.

1. Architettura del sistema 1. Architettura logica Che si tratti di un gioco o di una realtà virtuale, per mostrare il suo realismo, la scena virtuale è per lo più complessa, quindi la creazione della scena virtuale è per lo più generata da uno strumento di modellazione 3D, e quindi la scena viene renderizzata ed emessa in tempo reale. Per la progettazione dell'illuminazione del palcoscenico, 3DMAX fornisce file di scena di base, che vengono analizzati tramite l'interfaccia DOM (Document Object Model), le risorse vengono importate e le scene vengono organizzate. Finalmente nel sistema OGRE per il rendering.

Esistono vari modelli di illuminazione e i loro effetti devono essere realizzati separatamente nella scena. Allo stesso tempo, gli utenti dovrebbero anche essere in grado di eseguire varie operazioni attraverso l'interfaccia utente. Il sistema richiede un'elevata complessità operativa, una grande quantità di calcoli e una forte scalabilità.

È necessario progettare e stabilire un'architettura di implementazione complessiva (come mostrato nella Figura 1) con elevata elaborazione dei dati e efficienza di calcolo, forte scalabilità, integrazione libera e forte coesione dei moduli funzionali.Il sistema è suddiviso in livello di risorse, livello di interfaccia e strato di rendering. Livello di risorse: esportato dal plug-in 3DMAX + Ofusion per generare file di risorse richiesti dall'organizzazione della scena, materiali, entità, trame e altri sistemi. Livello di interfaccia: responsabile dell'importazione di questi file di risorse nella scena.

Livello di rendering: realizza il rendering di scene e luci del palcoscenico, gestione delle risorse di sistema, risposta in tempo reale all'interazione dell'utente, ecc. 2. Ricerca sulle tecnologie chiave di realizzazione del sistema 1. L'organizzazione delle scene ei file di risorse richiesti dal sistema vengono esportati da 3DMAX attraverso il plug-in Ofusion. Il file di organizzazione della scena esportato è in formato XML, che registra alcuni parametri di base dello stage e informazioni sulla posizione e l'orientamento di ciascuna entità dello stage.

I nodi della scena sono organizzati in una forma ad albero.Ogni nodo ha un nodo genitore corrispondente, quindi possiamo facilmente spostare e ruotare più nodi figli contemporaneamente attraverso l'operazione del nodo genitore. 2. Trasformazione delle coordinate 3D Per visualizzare i risultati del rendering 3D su uno schermo 2D, è necessario convertire le coordinate 3D in coordinate piane. Innanzitutto, è necessario stabilire un sistema di coordinate tridimensionale.Creare un sistema di coordinate laterale a due assi obliquo tridimensionale, in cui la direzione dell'asse x è orizzontale a sinistra, la direzione dell'asse z è verticale verso l'alto e la direzione dell'asse y forma un angolo di 45° rispetto alla direzione orizzontale.

Quando si visualizza la grafica in questo sistema di coordinate, le lunghezze nelle direzioni dell'asse x e dell'asse z prendono la lunghezza effettiva della grafica e la lunghezza nella direzione dell'asse y prende la metà della lunghezza effettiva. Nella formula, ηx, ηy e ηz sono i coefficienti di deformazione assiale degli assi x, y e z. Effettuando la trasformazione della proiezione assonometrica si ottiene la seguente equazione: dove f e d sono i coefficienti della matrice di trasformazione assonometrica, e risolvendo questa equazione si ottiene: Per rendere più forte l'effetto tridimensionale, porre d=f=-0.354, e si può ottenere la tecnica assonometrica Matrice di trasformazione dell'ombra: Successivamente, è necessario convertire le coordinate tridimensionali della grafica nelle coordinate del dispositivo sullo schermo.Nella finestra prospettica, l'origine del coordinate si trova nell'angolo in alto a sinistra dello schermo, la direzione verso destra è la direzione positiva dell'asse x e la direzione verso il basso è la direzione positiva dell'asse y.

Ipotizzando che un punto (x, y, z) nello spazio tridimensionale abbia le coordinate (xx, yy) nelle coordinate del dispositivo, usando la matrice di trasformazione della proiezione assonometrica poc'anzi, si può ottenere la seguente formula di conversione: xX, yY nella formula sono Le coordinate relative dell'origine delle coordinate tridimensionali nel sistema di coordinate del dispositivo. Sostituendo la formula (4) nella (5), si ottiene l'equazione di trasformazione: 3. Simulazione dell'effetto del sistema particellare Le particelle sono rappresentate da quadrilateri. Ha attributi come lunghezza e larghezza, direzione, colore, durata, quantità, materiale, peso e velocità.

Le proprietà delle particelle sono determinate congiuntamente da Particle Emitter e Particle Affector. L'emettitore di particelle è responsabile dell'emissione di particelle, fornendo alcune proprietà delle particelle quando vengono emesse, tra cui la velocità di movimento, il colore, la durata della vita, ecc.; l'influencer dell'effetto speciale delle particelle è responsabile del cambiamento delle proprietà delle particelle dal momento di emissione di particelle sul palco prima che muoia, che può essere utilizzato per simulare effetti speciali come gravità, tensione, decadimento del colore, ecc. Effetti come fumo, fuoco ed esplosioni possono essere creati quando gli emettitori di particelle emettono incessantemente un gran numero di particelle.

OGRE fornisce un linguaggio di scripting del sistema particellare, che può impostare varie proprietà delle particelle nello script. In questo articolo, gli effetti dei fuochi d'artificio, della pioggia e delle nuvole sono descritti attraverso il sistema delle particelle. In combinazione con l'effetto di animazione di OGRE, è possibile ottenere un effetto particellare della scena più realistico.

4. Simulazione dell'effetto di illuminazione L'illuminazione è il fattore chiave dell'effetto scenico e la tecnologia di base di questo sistema di progettazione. Il motore di rendering fornisce diverse luci di uso comune, come luce puntiforme, luce direzionale e riflettori. Ma per la simulazione dell'effetto di illuminazione del palcoscenico reale, questi non sono sufficienti.

Per alcuni effetti speciali di illuminazione scenica, come la luce volumetrica, ecc., deve essere realizzato tramite la tecnologia della pipeline di rendering programmabile (shader). Esistono due tipi di shader, uno è a livello di vertice, chiamato vertex shader (OpenGL è chiamato programma ve spit white), che sostituisce le parti di trasformazione e illuminazione nella pipeline di rendering fissa e i programmatori possono controllare la trasformazione del vertice, l'illuminazione, ecc. da soli. Le unità che elaborano i vertex shader nell'hardware sono chiamate processori vertex shader (unità di elaborazione vertex).

Uno è a livello di pixel, chiamato pixel shader (OpenGL è chiamato programma a frammenti), che sostituisce la parte di rasterizzazione nella pipeline di rendering fissa, ei programmatori possono controllare da soli il colore dei pixel e il campionamento delle texture. Le unità che elaborano i pixel shader nell'hardware sono chiamate processori pixel shader (unità di elaborazione pixel). Per rendere più realistica la simulazione dell'illuminazione, è inoltre necessario utilizzare equazioni di illuminazione 3D per simulare e calcolare.

Questo è spesso un algoritmo approssimativo, ma può ottenere un buon effetto di simulazione e una velocità di esecuzione molto elevata. Esistono due modelli di illuminazione comuni: il modello di illuminazione globale e il modello di illuminazione diretta. Questo sistema utilizza il modello di illuminazione globale.

Il modello di illuminazione globale è un modello di illuminazione che può simulare molto bene il realismo. Può tenere conto contemporaneamente del riflesso, della rifrazione, della trasmissione, dell'ombra e dell'interazione della luce sulla superficie dell'oggetto. Utilizzando il modello di illuminazione globale, è necessario simulare il processo di propagazione della luce reale e la radianza dello scambio di energia.

Per il ray tracing, è necessario considerare il risultato dell'illuminazione diretta della sorgente luminosa e l'effetto dell'illuminazione della luce riflessa sul punto, e combinare i due: Successivamente, per calcolare la radianza, è necessario calcolare l'illuminazione su ciascun superficie: dove Ld è la luce illuminata dalla sorgente luminosa, T è il fattore di propagazione della luce, TLi è la luce riflessa da altre superfici e L è il valore di luce finale richiesto. Interfaccia di sistema e riepilogo 3. Interfaccia di sistema Il sistema può realizzare il cambio di scena, vari effetti di scena nella scena e l'interazione in tempo reale con scene di scena e varie luci. La Figura 4 è il diagramma degli effetti dei fuochi d'artificio sul palco e la Figura 5 è il diagramma degli effetti della luce volumetrica.

Riepilogo: la progettazione dell'illuminazione scenica è diventata un grosso problema per i progettisti dell'illuminazione. Spesso devono affrontare costi così elevati, un elevato consumo di energia e problemi che richiedono molto tempo. Con il vigoroso sviluppo dell'industria dell'informazione, anche il campo dell'illuminazione professionale del palcoscenico è entrato in un'era digitale completa.

Il sistema utilizza il motore 0-GRE per costruire un palcoscenico virtuale e presenta il progetto e la regolazione dell'illuminazione del palco in tempo reale.Allo stesso tempo, fornisce ricche funzioni di interazione del sistema per i progettisti dell'illuminazione del palco, che possono risolvere molto bene questo problema. Successivamente, il sistema deve arricchire ulteriormente il modello di illuminazione del palco, che può simulare varie luci, come: luce soffusa, luce flash, luce spot a seguire, ecc. Anche l'interfaccia utente deve essere ulteriormente ottimizzata per migliorare la facilità d'uso.