舞台照明の仮想効果の設計と実現

2023/03/21

OGRE エンジンのアーキテクチャを使用することで、リアルな 3 次元舞台照明環境をシミュレートすることがより便利になります. 仮想技術自体の存在と相互作用機能は、静的な設計と作成を動的な再現に変換するだけでなく、タイムリーにも変換できます.デザイナーの概念、創造性、インスピレーションを提示する、成熟した完全な仮想デザイン システム プラットフォームは、照明デザイナー、パフォーマンス ディレクター、照明制御オペレーター、照明芸術の指導、照明効果のデモンストレーションなどにとって理想的なプラットフォームです。非常にプロフェッショナルで実用的なデザイン ツールです。そして右助手。リアルタイムで便利なインタラクティブ機能により、システムはよりリアルタイムで操作しやすくなります。このシステムは、ユーザーのニーズを満たすリアルタイムの対話型操作環境を提供します。

1. システム アーキテクチャ 1. ロジック アーキテクチャ ゲームであろうと仮想現実であろうと、そのリアルさを示すために、仮想シーンはほとんど複雑であるため、仮想シーンの作成は主に 3D モデリング ツールによって生成され、その後、シーンがレンダリングされ、リアルタイムで出力されます。舞台照明の設計では、3DMAX が提供する基本的なシーン ファイルを DOM (Document Object Model) インターフェイスを介して分析し、リソースをインポートしてシーンを整理します。最後に、レンダリングのために OGRE システムに入ります。

さまざまな照明モデルがあり、それらの効果はシーンで個別に実現する必要があります。同時に、ユーザーは UI インターフェイスを介してさまざまな操作を実行できる必要があります。システムには、高度な操作の複雑さ、大量の計算、および強力なスケーラビリティが必要です。

高いデータ処理とコンピューティング効率、強力なスケーラビリティ、緩い統合、および機能モジュールの強力な結束を備えた全体的な実装アーキテクチャ (図 1 に示すように) を設計および確立する必要があります. システムは、リソース層、インターフェイス層、およびレンダリング層。リソース レイヤー: 3DMAX + Ofusion プラグインによってエクスポートされ、シーン構成、マテリアル、エンティティ、テクスチャ、およびその他のシステムに必要なリソース ファイルを生成します。インターフェイス レイヤー: これらのリソース ファイルをシーンにインポートします。

レンダリング レイヤー: ステージ シーンとライトのレンダリング、システム リソースの管理、ユーザー インタラクションへのリアルタイム応答などを実現します。 2. システム実現のキーテクノロジーの研究 1. システムに必要なシーンの構成とリソース ファイルは、Ofusion プラグインを介して 3DMAX によってエクスポートされます。エクスポートされたシーン編成ファイルは XML 形式で、ステージのいくつかの基本的なパラメーターと、各ステージ エンティティの位置と方向に関する情報が記録されます。

シーン ノードはツリー形式で編成されており、各ノードには対応する親ノードがあるため、親ノードの操作によって複数の子ノードを同時に簡単に移動および回転させることができます。 2. 3D 座標変換 3D レンダリング結果を 2D 画面に表示するには、3D 座標から平面座標に変換する必要があります。まず、三次元座標系を確立する必要があります.x軸方向が左に水平で、z軸方向が垂直上向き、y 軸の方向は水平方向に対して 45° の角度です。

この座標系でグラフィックスを表示する場合、x 軸および z 軸方向の長さはグラフィックスの実際の長さになり、y 軸方向の長さは実際の長さの半分になります。この式で、ηx、ηy、および ηz は、x、y、および z 軸の軸変形係数です。アクソノメトリック射影変換を行うと、次の式が得られます。ここで、f と d はアクソノメトリック変換行列の係数であり、この式を解くと、次の式が得られます。立体感をより強くするために、 d=f=-0.354 であり、アクソノメトリック手法を得ることができます 影変換行列: 次に、グラフィックスの 3 次元座標を画面上のデバイス座標に変換する必要があります. 透視図ウィンドウでは、その原点座標は画面の左上隅にあり、右方向が x 軸の正方向、下方向が y 軸の正方向です。

3 次元空間の点 (x, y, z) がデバイス座標の座標 (xx, yy) であるとすると、今のアクソノメトリック射影変換行列を使用すると、xX, yY という変換式が得られます。式中の は、デバイス座標系における 3 次元座標の原点の相対座標です。式 (4) を (5) に代入すると、変換式が得られます。 3. 粒子系効果のシミュレーション 粒子は四角形で表されます。長さと幅、方向、色、寿命、数量、材質、重量、速度などの属性があります。

パーティクルのプロパティは、パーティクル エミッタとパーティクル アフェクタによって共同で決定されます。パーティクル エミッタは、パーティクルの放出を担当し、モーション速度、色、寿命などを含むパーティクルのいくつかのプロパティを放出時に与えます。パーティクル スペシャル エフェクト インフルエンサは、瞬間からのパーティクル プロパティの変更を担当します。重力、張力、色の減衰などの特殊効果をシミュレートするために使用できます。パーティクル エミッタが大量のパーティクルを絶え間なく吐き出すと、煙、火、爆発などのエフェクトを作成できます。

OGRE は、スクリプト内でパーティクルのさまざまなプロパティを設定できるパーティクル システム スクリプト言語を提供します。この記事では、ステージの花火、雨、雲の効果をパーティクル システムで説明します。 OGRE のアニメーション効果と組み合わせることで、よりリアルなシーンのパーティクル効果を実現できます。

4. イルミネーション効果のシミュレーション イルミネーションは、舞台効果の重要な要素であり、このデザイン システムのコア技術です。レンダリング エンジンは、ポイント ライト、ディレクショナル ライト、スポットライトなど、一般的に使用されるいくつかのライトを提供します。しかし、実際の舞台照明効果のシミュレーションでは、これらは十分ではありません。

ボリューメトリック ライトなどの一部の特殊なステージ照明効果では、プログラム可能なレンダリング パイプライン テクノロジ (シェーダー) によって実現する必要があります。シェーダーには 2 種類あり、1 つはバーテックス シェーダー (OpenGL は ve spit white program と呼ばれます) と呼ばれる頂点レベルのもので、固定レンダリング パイプラインの変換およびライティング部分を置き換え、プログラマーは頂点トランスフォーム、ライティングなどを制御できます。それ自体で。ハードウェアで頂点シェーダーを処理するユニットは、頂点シェーダー プロセッサ (頂点処理ユニット) と呼ばれます。

1つは、固定レンダリング パイプラインのラスタライズ部分を置き換えるピクセル シェーダー (OpenGL はフラグメント プログラムと呼ばれます) と呼ばれるピクセル レベルであり、プログラマーはピクセルの色とテクスチャのサンプリングを自分で制御できます。ハードウェアでピクセル シェーダーを処理するユニットは、ピクセル シェーダー プロセッサ (ピクセル処理ユニット) と呼ばれます。照明シミュレーションをより現実的にするために、3D 照明方程式を使用してシミュレートおよび計算することも必要です。

多くの場合、これはおおよそのアルゴリズムですが、優れたシミュレーション効果と非常に高速な実行速度を実現できます。一般的なライティング モデルには、グローバル イルミネーション モデルとダイレクト イルミネーション モデルの 2 つがあります。このシステムは、グローバル イルミネーション モデルを使用します。

グローバル イルミネーション モデルは、リアリズムを非常によくシミュレートできる照明モデルです。オブジェクトの表面での光の反射、屈折、透過、影、および相互作用を同時に考慮することができます。グローバル イルミネーション モデルを使用して、実際の光の伝搬過程とエネルギー交換の放射輝度をシミュレートする必要があります。

レイ トレーシングでは、光源の直接照明結果と反射光の点への照明効果を考慮し、2 つを組み合わせる必要があります。次に、放射輝度を計算するには、それぞれの照明を計算する必要があります。表面: ここで、Ld は光源によって照らされた光、T は光の伝搬係数、TLi は他の表面から反射された光、L は最終的に必要な光の値です。システム インターフェースと概要 3. システム インターフェース システムは、ステージの切り替え、ステージ内のさまざまなシーン効果、およびステージ シーンとさまざまなライトとのリアルタイムの相互作用を実現できます。図 4 は舞台花火の効果図、図 5 はボリュームライトの効果図です。

概要: 舞台照明の設計は、照明デザイナーにとって大きな問題となっています。多くの場合、このような高コスト、高エネルギー消費、および時間のかかる問題に直面しなければなりません。情報産業の活発な発展に伴い、プロの舞台照明の分野も包括的なデジタル時代に突入しました。

このシステムは、0-GREエンジンを使用して仮想ステージを構築し、ステージ照明の設計と調整をリアルタイムで提示すると同時に、ステージ照明デザイナーに豊富なシステム相互作用機能を提供し、この問題を非常にうまく解決できます。次に、システムは、ステージの照明モデルをさらに充実させる必要があります。これにより、ソフト ライト、フラッシュ ライト、フォロー スポット ライトなど、さまざまなライトをシミュレートできます。使いやすさを向上させるために、ユーザー インターフェイスもさらに最適化する必要があります。

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