Projeto e Realização de Efeito Virtual de Iluminação Cênica

Ao usar a arquitetura do mecanismo OGRE, é mais conveniente simular um ambiente de iluminação de palco tridimensional realista. A presença e os recursos de interação da própria tecnologia virtual podem não apenas transformar o design estático e a criação em reprodução dinâmica, mas também oportuna. Capturando e apresentando a concepção, criatividade e inspiração do designer, uma plataforma de sistema de design virtual madura e completa é uma plataforma ideal para designers de iluminação, diretores de performance, operadores de controle de iluminação, ensino de arte de iluminação e demonstrações de efeitos de iluminação, etc. Uma ferramenta de design muito profissional e prática e assistente de mão direita. A função interativa em tempo real e conveniente torna o sistema mais operável e em tempo real. Este sistema fornece um ambiente operacional interativo em tempo real para atender às necessidades dos usuários.

1. Arquitetura do sistema 1. Arquitetura lógica Quer se trate de um jogo ou de uma realidade virtual, para mostrar o seu realismo, a cena virtual é na sua maioria complexa, pelo que a criação da cena virtual é maioritariamente gerada por uma ferramenta de modelação 3D, e depois a cena é renderizada e produzida em tempo real. Para o projeto de iluminação cênica, o 3DMAX fornece arquivos básicos de cenas, que são analisados ​​através da interface DOM (Document Object Model), os recursos são importados e as cenas organizadas. Finalmente no sistema OGRE para renderização.

Existem vários modelos de iluminação, e seus efeitos precisam ser realizados separadamente na cena. Ao mesmo tempo, os usuários também devem ser capazes de realizar várias operações por meio da interface do usuário. O sistema requer alta complexidade operacional, uma grande quantidade de cálculo e forte escalabilidade.

É necessário projetar e estabelecer uma arquitetura geral de implementação (conforme mostrado na Figura 1) com alta eficiência de processamento e computação de dados, forte escalabilidade, integração flexível e forte coesão de módulos funcionais. O sistema é dividido em camada de recurso, camada de interface e camada camada de renderização. Camada de recursos: exportada pelo plug-in 3DMAX + Ofusion para gerar arquivos de recursos necessários para a organização da cena, materiais, entidades, texturas e outros sistemas. Camada de interface: responsável por importar esses arquivos de recursos para a cena.

Camada de renderização: Realize a renderização de cenas e luzes do palco, gerenciamento de recursos do sistema, resposta em tempo real à interação do usuário, etc. 2. Pesquisa sobre as principais tecnologias de realização do sistema 1. A organização das cenas e os arquivos de recursos necessários ao sistema são exportados pelo 3DMAX através do plug-in Ofusion. O arquivo de organização da cena exportado está no formato XML, que registra alguns parâmetros básicos do palco e informações sobre a posição e orientação de cada entidade do palco.

Os nós de cena são organizados em forma de árvore. Cada nó tem um nó pai correspondente, para que possamos facilmente mover e girar vários nós filhos ao mesmo tempo por meio da operação do nó pai. 2. Transformação de coordenadas 3D Para exibir os resultados da renderização 3D em uma tela 2D, é necessário converter de coordenadas 3D para coordenadas planas. Primeiro, um sistema de coordenadas tridimensional precisa ser estabelecido. Criamos um sistema de coordenadas laterais de dois eixos oblíquos tridimensionais, no qual a direção do eixo x é horizontal para a esquerda, a direção do eixo z é vertical para cima, e a direção do eixo y está em um ângulo de 45° com a direção horizontal.

Ao exibir gráficos neste sistema de coordenadas, os comprimentos nas direções dos eixos x e z levam o comprimento real dos gráficos, e o comprimento na direção do eixo y leva metade do comprimento real. Na fórmula, ηx, ηy e ηz são os coeficientes de deformação axial dos eixos x, y e z. Realizando a transformação da projeção axonométrica, pode-se obter a seguinte equação: onde f e d são os coeficientes da matriz de transformação axonométrica, e resolvendo esta equação, pode-se obter: Para tornar o efeito tridimensional mais forte, defina d=f=-0,354, podendo-se obter a técnica axonométrica Matriz de transformação de sombra: A seguir, é necessário converter as coordenadas tridimensionais dos gráficos nas coordenadas do dispositivo na tela. Na janela de perspectiva, a origem do As coordenadas estão localizadas no canto superior esquerdo da tela, a direção para a direita é a direção positiva do eixo x e a direção para baixo é a direção positiva do eixo y.

Supondo que um ponto (x, y, z) no espaço tridimensional tenha as coordenadas (xx, yy) nas coordenadas do dispositivo, usando a matriz de transformação da projeção axonométrica agora, pode-se obter a seguinte fórmula de conversão: xX, yY na fórmula são as coordenadas relativas da origem das coordenadas tridimensionais no sistema de coordenadas do dispositivo. Substituindo a fórmula (4) em (5), a equação de transformação pode ser obtida: 3. Simulação do efeito do sistema de partículas As partículas são representadas por quadriláteros. Possui atributos como comprimento e largura, direção, cor, vida útil, quantidade, material, peso e velocidade.

As propriedades das partículas são determinadas em conjunto pelo Emissor de Partículas e pelo Afetador de Partículas. O emissor de partículas é responsável pela emissão de partículas, dando algumas propriedades das partículas quando são emitidas, incluindo velocidade de movimento, cor, tempo de vida, etc.; o influenciador de efeito especial de partícula é responsável pela alteração das propriedades das partículas a partir do momento de emissão de partículas para o palco antes de morrer, que pode ser usado para simular efeitos especiais como gravidade, tensão, decaimento de cor, etc. Efeitos como fumaça, fogo e explosões podem ser criados quando os emissores de partículas expelem um grande número de partículas incessantemente.

OGRE fornece uma linguagem de script de sistema de partículas, que pode definir várias propriedades de partículas no script. Neste artigo, os efeitos de fogos de artifício no palco, chuva e nuvens são descritos através do sistema de partículas. Combinado com o efeito de animação do OGRE, um efeito de partícula de cena mais realista pode ser obtido.

4. Simulação do efeito de iluminação A iluminação é o fator chave do efeito de palco e a tecnologia principal deste sistema de design. O mecanismo de renderização fornece várias luzes comumente usadas, como luz pontual, luz direcional e holofote. Mas para simulação real de efeitos de iluminação de palco, isso não é suficiente.

Para alguns efeitos especiais de iluminação de palco, como luz volumétrica, etc., eles precisam ser realizados por meio da tecnologia de pipeline de renderização programável (shader). Existem dois tipos de shaders, um é de nível de vértice, chamado vertex shader (OpenGL chamado ve spit white program), substitui a parte de transformação e iluminação no pipeline de renderização fixo, os programadores podem controlar a transformação de vértice, iluminação, etc. por si mesmos. As unidades que processam sombreadores de vértice no hardware são chamadas de processadores de sombreamento de vértice (unidades de processamento de vértice).

Um é o nível de pixel, chamado pixel shader (OpenGL é chamado de programa de fragmento), que substitui a parte de rasterização no pipeline de renderização fixo, e os programadores podem controlar a cor do pixel e a amostragem de textura por conta própria. As unidades que processam sombreadores de pixel em hardware são chamadas de processadores de sombreamento de pixel (unidades de processamento de pixel). Para tornar a simulação de iluminação mais realista, também é necessário usar equações de iluminação 3D para simular e calcular.

Isso geralmente é um algoritmo aproximado, mas pode alcançar um bom efeito de simulação e uma velocidade de execução muito rápida. Existem dois modelos de iluminação comuns: modelo de iluminação global e modelo de iluminação direta. Este sistema utiliza o modelo de iluminação global.

O modelo de iluminação global é um modelo de iluminação que pode simular muito bem o realismo. Pode levar em conta a reflexão, refração, transmissão, sombra e interação da luz na superfície do objeto ao mesmo tempo. Usando o modelo de iluminação global, é necessário simular o processo de propagação da luz real e a radiância da troca de energia.

Para o traçado de raios, é necessário considerar o resultado da iluminação direta da fonte de luz e o efeito da iluminação da luz refletida no ponto e combinar os dois: Em seguida, para calcular a radiância, é necessário calcular a iluminação em cada superfície: onde Ld é a luz iluminada pela fonte de luz, T é o fator de propagação da luz, TLi é a luz refletida de outras superfícies e L é o valor de luz final necessário. Interface do sistema e resumo 3. Interface do sistema O sistema pode realizar comutação de palco, vários efeitos de cena no palco e interação em tempo real com cenas de palco e várias luzes. A Figura 4 é o diagrama de efeito dos fogos de artifício do palco e a Figura 5 é o diagrama de efeito da luz volumétrica.

Resumo: O design de iluminação de palco tornou-se um grande problema para os designers de iluminação. Muitas vezes, eles têm que enfrentar custos tão altos, alto consumo de energia e problemas que consomem muito tempo. Com o desenvolvimento vigoroso da indústria da informação, o campo da iluminação de palco profissional também entrou em uma era digital abrangente.

O sistema usa o mecanismo 0-GRE para construir um palco virtual e apresenta o design e o ajuste da iluminação do palco em tempo real. Ao mesmo tempo, fornece funções ricas de interação do sistema para designers de iluminação de palco, que podem resolver esse problema muito bem. Em seguida, o sistema precisa enriquecer ainda mais o modelo de iluminação do palco, que pode simular diversas luzes, como: soft light, flash light, follow spot light, etc. A interface do usuário também precisa ser otimizada para melhorar a facilidade de uso.