Design e Realização de Efeito Virtual de Iluminação Cênica

Utilizando a arquitetura do motor OGRE, é mais conveniente simular um ambiente de iluminação cênica 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 em tempo real. Capturando e apresentando a concepção, a criatividade e a inspiração do designer, uma plataforma de sistema de design virtual madura e completa é ideal para designers de iluminação, diretores de performance, operadores de controle de iluminação, ensino de arte da iluminação e demonstrações de efeitos de iluminação, etc. Uma ferramenta de design muito profissional e prática e um 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 Seja um jogo ou uma realidade virtual, para demonstrar seu realismo, a cena virtual é bastante complexa, portanto, a criação da cena virtual é gerada principalmente por uma ferramenta de modelagem 3D, e então a cena é renderizada e gerada em tempo real. Para o projeto de iluminação cênica, o 3DMAX fornece arquivos de cena básicos, que são analisados ​​por meio da interface DOM (Document Object Model), onde os recursos são importados e as cenas são organizadas. Finalmente, são transferidos para o sistema OGRE para renderização.

Existem vários modelos de iluminação, e seus efeitos precisam ser implementados separadamente na cena. Ao mesmo tempo, os usuários também devem ser capazes de realizar diversas operações por meio da interface do usuário. O sistema requer alta complexidade operacional, grande quantidade de cálculos e alta 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 dos módulos funcionais. O sistema é dividido em camada de recursos, camada de interface e 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: Realiza 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 por meio do plug-in Ofusion. O arquivo de organização das cenas exportado está em formato XML, que registra alguns parâmetros básicos do palco e informações sobre a posição e a orientação de cada entidade do palco.

Os nós de cena são organizados em forma de árvore. Cada nó tem um nó pai correspondente, permitindo que movamos e rotacionemos facilmente vários nós filhos simultaneamente 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 coordenadas 3D em coordenadas planas. Primeiro, é necessário estabelecer um sistema de coordenadas tridimensional. Criamos um sistema de coordenadas laterais oblíquas tridimensionais de dois eixos, 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 forma um ângulo de 45° em relação à horizontal.

Ao exibir gráficos neste sistema de coordenadas, os comprimentos nas direções dos eixos x e z assumem o comprimento real dos gráficos, e o comprimento na direção do eixo y assume 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, a seguinte equação pode ser obtida: 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, e a técnica axonométrica pode ser obtida Matriz de transformação de sombra: Em seguida, é necessário converter as coordenadas tridimensionais dos gráficos nas coordenadas do dispositivo na tela. Na janela de perspectiva, a origem das coordenadas está localizada 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 de projeção axonométrica agora, a seguinte fórmula de conversão pode ser obtida: 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. Elas têm atributos como comprimento e largura, direção, cor, vida útil, quantidade, material, peso e velocidade.

As propriedades das partículas são determinadas conjuntamente pelo Emissor de Partículas e pelo Afetador de Partículas. O emissor de partículas é responsável pela emissão de partículas, conferindo algumas propriedades às partículas quando emitidas, incluindo velocidade de movimento, cor, tempo de vida, etc.; o influenciador de efeitos especiais de partículas é responsável pela alteração das propriedades das partículas desde o momento da emissão até o estágio anterior à sua morte, o 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.

O OGRE fornece uma linguagem de script para sistemas de partículas, que permite definir diversas propriedades das partículas no script. Neste artigo, os efeitos de fogos de artifício, chuva e nuvens no palco são descritos por meio do sistema de partículas. Combinado com o efeito de animação do OGRE, é possível obter um efeito de partículas de cena mais realista.

4. Simulação do Efeito de Iluminação: A iluminação é o fator-chave do efeito de palco e a tecnologia central deste sistema de design. O mecanismo de renderização fornece diversas luzes comumente usadas, como luz pontual, luz direcional e holofote. Mas, para a simulação real do efeito de iluminação de palco, elas não são suficientes.

Alguns efeitos especiais de iluminação de palco, como luz volumétrica, etc., precisam ser implementados por meio da tecnologia de pipeline de renderização programável (shader). Existem dois tipos de shaders: um é o de nível de vértice, chamado de shader de vértice (o OpenGL é chamado de programa ve spit white), que substitui as partes de transformação e iluminação no pipeline de renderização fixo, e os programadores podem controlar a transformação de vértice, a iluminação, etc. por si próprios. As unidades que processam shaders de vértice em hardware são chamadas de processadores de shader de vértice (unidades de processamento de vértice).

Um deles 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 pixel shaders em hardware são chamadas de processadores de pixel shader (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.

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

O modelo de iluminação global é um modelo de iluminação que simula muito bem o realismo. Ele pode levar em consideração a reflexão, a refração, a transmissão, a sombra e a interação da luz na superfície do objeto simultaneamente. Utilizando 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 de 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 final de luz necessário. Interface do sistema e resumo 3. Interface do sistema O sistema pode realizar a troca 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 cênica tornou-se um grande problema para os designers de iluminação. Eles frequentemente enfrentam problemas de alto custo, alto consumo de energia e grande demanda de tempo. Com o vigoroso desenvolvimento da indústria da informação, o campo da iluminação cênica profissional também entrou em uma era digital abrangente.

O sistema utiliza o mecanismo 0-GRE para construir um palco virtual e apresenta o projeto e os ajustes da iluminação do palco em tempo real. Ao mesmo tempo, oferece funções avançadas de interação do sistema para designers de iluminação de palco, o que pode solucionar esse problema muito bem. Em seguida, o sistema precisa enriquecer ainda mais o modelo de iluminação do palco, que pode simular diversas luzes, como: luz suave, luz de flash, luz de spot, etc. A interface do usuário também precisa ser otimizada para melhorar a usabilidade.