Ontwerp en realisatie van virtueel effect voor podiumverlichting

Door gebruik te maken van de architectuur van de OGRE-engine is het gemakkelijker om een ​​realistische driedimensionale podiumverlichtingsomgeving te simuleren. De aanwezigheid en interactiemogelijkheden van virtuele technologie zelf kunnen niet alleen statische ontwerpen en creaties omzetten in dynamische reproducties, maar ook tijdige weergave. Door het concept, de creativiteit en inspiratie van de ontwerper vast te leggen en te presenteren, is een volwassen en compleet virtueel ontwerpsysteem een ​​ideaal platform voor lichtontwerpers, regisseurs, lichtregeltechnici, lichtkunstdocenten en lichteffectdemonstraties, enz. Een zeer professionele en praktische ontwerptool en assistent voor de rechterhand. De realtime en handige interactieve functie maakt het systeem realtime en gebruiksvriendelijker. Dit systeem biedt een realtime interactieve werkomgeving die voldoet aan de behoeften van gebruikers.

1. Systeemarchitectuur 1. Logische architectuur Of het nu gaat om een ​​game of een virtual reality-omgeving, om het realisme ervan te tonen, is de virtuele scène meestal complex. De creatie ervan wordt daarom meestal gegenereerd door een 3D-modelleringstool, waarna de scène wordt gerenderd en in realtime wordt uitgevoerd. Voor het ontwerpen van toneelverlichting biedt 3DMAX basisscènebestanden, die worden geanalyseerd via de DOM-interface (Document Object Model), waarna bronnen worden geïmporteerd en scènes worden georganiseerd. Ten slotte worden ze in het OGRE-systeem gerenderd voor rendering.

Er zijn verschillende verlichtingsmodellen en de effecten ervan moeten afzonderlijk in de scène worden gerealiseerd. Tegelijkertijd moeten gebruikers verschillende handelingen via de gebruikersinterface kunnen uitvoeren. Het systeem vereist een hoge operationele complexiteit, veel rekenwerk en een sterke schaalbaarheid.

Het is noodzakelijk om een ​​algehele implementatiearchitectuur te ontwerpen en te implementeren (zoals weergegeven in Figuur 1) met een hoge dataverwerkings- en rekenefficiëntie, sterke schaalbaarheid, losse integratie en sterke samenhang van functionele modules. Het systeem is onderverdeeld in een resourcelaag, interfacelaag en renderinglaag. Resourcelaag: geëxporteerd door de 3DMAX + Ofusion plug-in om resourcebestanden te genereren die nodig zijn voor de scène-indeling, materialen, entiteiten, texturen en andere systemen. Interfacelaag: verantwoordelijk voor het importeren van deze resourcebestanden in de scène.

Renderinglaag: Realiseer de rendering van scènes en lichten op het podium, beheer van systeembronnen, realtime respons op gebruikersinteractie, enz. 2. Onderzoek naar sleuteltechnologieën voor systeemrealisatie. 1. De organisatie van scènes en de bronbestanden die het systeem nodig heeft, worden door 3DMAX geëxporteerd via de Ofusion plug-in. Het geëxporteerde bestand voor de organisatie van scènes is in XML-formaat, waarin enkele basisparameters van het podium en informatie over de positie en oriëntatie van elke entiteit worden vastgelegd.

Scèneknooppunten zijn georganiseerd in een boomstructuur. Elk knooppunt heeft een bijbehorend bovenliggend knooppunt, zodat we eenvoudig meerdere onderliggende knooppunten tegelijkertijd kunnen verplaatsen en roteren via de bewerking van het bovenliggende knooppunt. 2. 3D-coördinatentransformatie Om de 3D-renderingresultaten op een 2D-scherm weer te geven, is het noodzakelijk om 3D-coördinaten naar vlakke coördinaten te converteren. Eerst moet een driedimensionaal coördinatensysteem worden ingesteld. We creëren een driedimensionaal schuin twee-assig zijcoördinatensysteem, waarbij de x-as horizontaal naar links wijst, de z-as verticaal naar boven wijst en de y-as een hoek van 45° maakt met de horizontale richting.

Bij het weergeven van afbeeldingen in dit coördinatensysteem nemen de lengtes in de x- en z-asrichting de werkelijke lengte van de afbeelding aan, en de lengte in de y-asrichting de helft van de werkelijke lengte. In de formule zijn ηx, ηy en ηz de axiale vervormingscoëfficiënten van de x-, y- en z-assen. Door de axonometrische projectietransformatie uit te voeren, kan de volgende vergelijking worden verkregen: waarbij f en d de coëfficiënten van de axonometrische transformatiematrix zijn. Door deze vergelijking op te lossen, kan deze worden verkregen: Om het driedimensionale effect te versterken, stelt u d = f = -0,354 in, en de axonometrische techniek kan worden verkregen: Schaduwtransformatiematrix: Vervolgens moeten de driedimensionale coördinaten van de afbeeldingen worden omgezet naar de apparaatcoördinaten op het scherm. In het perspectiefvenster bevindt de oorsprong van de coördinaten zich in de linkerbovenhoek van het scherm, de richting naar rechts is de positieve richting van de x-as en de richting naar beneden is de positieve richting van de y-as.

Ervan uitgaande dat een punt (x, y, z) in de driedimensionale ruimte de coördinaten (xx, yy) in de apparaatcoördinaten heeft, kan met behulp van de zojuist gebruikte axonometrische projectietransformatiematrix de volgende conversieformule worden verkregen: xX, yY in de formule zijn de relatieve coördinaten van de oorsprong van de driedimensionale coördinaten in het apparaatcoördinatensysteem. Door formule (4) in (5) te substitueren, kan de transformatievergelijking worden verkregen: 3. Simulatie van het deeltjessysteemeffect. Deeltjes worden weergegeven als vierhoeken. Deze hebben kenmerken zoals lengte en breedte, richting, kleur, levensduur, hoeveelheid, materiaal, gewicht en snelheid.

De eigenschappen van deeltjes worden gezamenlijk bepaald door de deeltjesstraler en de deeltjesaffector. De deeltjesstraler is verantwoordelijk voor de emissie van deeltjes en bepaalt bepaalde eigenschappen van de deeltjes wanneer ze worden uitgestoten, zoals bewegingssnelheid, kleur, levensduur, enz.; de speciale-effectenbeïnvloeder is verantwoordelijk voor de verandering van deeltjeseigenschappen vanaf het moment van emissie tot het stadium vóór de dood van het deeltje, wat kan worden gebruikt om speciale effecten zoals zwaartekracht, spanning, kleurverval, enz. te simuleren. Effecten zoals rook, vuur en explosies kunnen worden gecreëerd wanneer deeltjesstralers onophoudelijk grote aantallen deeltjes uitstoten.

OGRE biedt een scripttaal voor een deeltjessysteem, waarmee verschillende eigenschappen van deeltjes in het script kunnen worden ingesteld. In dit artikel worden de effecten van vuurwerk, regen en wolken op het podium beschreven aan de hand van het deeltjessysteem. In combinatie met het animatie-effect van OGRE kan een realistischer deeltjeseffect in scènes worden bereikt.

4. Simulatie van verlichtingseffecten Verlichting is de sleutelfactor voor het podiumeffect en de kerntechnologie van dit ontwerpsysteem. De rendering engine biedt verschillende veelgebruikte lichtbronnen, zoals puntlicht, gericht licht en spotlight. Maar voor een echte simulatie van podiumverlichtingseffecten zijn deze niet voldoende.

Voor sommige speciale podiumbelichtingseffecten, zoals volumetrisch licht, moet dit worden gerealiseerd via programmeerbare rendering pipeline-technologie (shader). Er zijn twee soorten shaders: één op vertexniveau, de zogenaamde vertex shader (OpenGL wordt ook wel een ve spit white-programma genoemd), die de transformatie- en belichtingsonderdelen in de vaste rendering pipeline vervangt, en programmeurs kunnen de vertextransformatie, belichting, enz. zelf regelen. De units die de vertex shaders in hardware verwerken, worden vertex shader processors (vertex processing units) genoemd.

Eén daarvan is pixelniveau, pixel shader genoemd (OpenGL staat voor fragment program), dat het rastergedeelte in de vaste rendering pipeline vervangt. Programmeurs kunnen de pixelkleur en textuur sampling zelf regelen. De units die pixel shaders in hardware verwerken, worden pixel shader processors (pixel processing units) genoemd. Om de lichtsimulatie realistischer te maken, is het ook nodig om 3D-lichtvergelijkingen te gebruiken voor de simulatie en berekening.

Dit is vaak een benaderend algoritme, maar het kan een goed simulatie-effect en een zeer hoge loopsnelheid bereiken. Er zijn twee veelgebruikte verlichtingsmodellen: het globale verlichtingsmodel en het directe verlichtingsmodel. Dit systeem maakt gebruik van het globale verlichtingsmodel.

Het globale verlichtingsmodel is een verlichtingsmodel dat realisme zeer goed kan simuleren. Het kan tegelijkertijd rekening houden met reflectie, refractie, transmissie, schaduw en de interactie van licht op het oppervlak van het object. Met behulp van het globale verlichtingsmodel is het noodzakelijk om het voortplantingsproces van echt licht en de stralingssterkte van energie-uitwisseling te simuleren.

Voor ray tracing is het noodzakelijk om rekening te houden met het directe verlichtingsresultaat van de lichtbron en het verlichtingseffect van het gereflecteerde licht op het punt, en de twee te combineren: Vervolgens is het, om de stralingssterkte te berekenen, noodzakelijk om de verlichting op elk oppervlak te berekenen: waarbij Ld het licht is dat door de lichtbron wordt verlicht, T de lichtvoortplantingsfactor is, TLi het licht is dat door andere oppervlakken wordt gereflecteerd en L de uiteindelijke vereiste lichtwaarde is. Systeeminterface en samenvatting 3. Systeeminterface Het systeem kan podiumschakeling, verschillende scène-effecten op het podium en realtime-interactie met scènes en verschillende lichten op het podium realiseren. Afbeelding 4 is het effectdiagram van vuurwerk op het podium en Afbeelding 5 is het effectdiagram van volumetrisch licht.

Samenvatting: Het ontwerpen van podiumverlichting is een groot probleem geworden voor lichtontwerpers. Ze worden vaak geconfronteerd met hoge kosten, een hoog energieverbruik en veel tijdrovende problemen. Met de snelle ontwikkeling van de informatie-industrie is ook de professionele podiumverlichting een alomvattend digitaal tijdperk ingegaan.

Het systeem gebruikt de 0-GRE-engine om een ​​virtueel podium te bouwen en presenteert het ontwerp en de aanpassing van de podiumverlichting in realtime. Tegelijkertijd biedt het uitgebreide systeeminteractiefuncties voor podiumbelichtingsontwerpers, die dit probleem uitstekend kunnen oplossen. Vervolgens moet het systeem het verlichtingsmodel van het podium verder verrijken, zodat het verschillende soorten licht kan simuleren, zoals zacht licht, flitslicht, volgspotlicht, enz. De gebruikersinterface moet ook verder worden geoptimaliseerd om de gebruiksvriendelijkheid te verbeteren.