UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVE FAKULTA

  • Published on
    15-Jan-2017

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>1</p> <p>UNIVERZITA KOMENSKHO V BRATISLAVE </p> <p>FAKULTA MATEMATIKY, FYZIKY A INFORMATIKY </p> <p>KATEDRA INFORMATIKY </p> <p>Virtulne mzeum, Povask mzeum</p> <p>BAKALRSKA PRCA </p> <p>Michal Hudek </p> <p>2007 </p> <p>Vedci/kolite zverenej prce </p> <p>Doc. RNDr. Andrej Ferko, PhD. </p> <p>2</p> <p> Prehlasujem,esomprcuvypracovalsamostatnespouitmuvedenchprameovvzozname</p> <p>MichalHudek</p> <p>3</p> <p>Obsah</p> <p>1. Prehad.....................................................................................................................................5</p> <p>1.1. Virtulneprostredia................................................................................................................6</p> <p>2. Technolgie3Dprostred.........................................................................................................9</p> <p>2.1. Reprezentciaobjektov...........................................................................................................9</p> <p>2.2. NPatch..................................................................................................................................10</p> <p>2.3. Mapovanietextr..................................................................................................................11</p> <p>2.4. Filtrovanietextr...................................................................................................................12</p> <p>2.5. Antialiasing............................................................................................................................14</p> <p>2.6. Osvetlenie..............................................................................................................................15</p> <p>3. Virtulnemzeum..................................................................................................................18</p> <p>3.1. Motivciaacieleprojektu.....................................................................................................18</p> <p>3.2. Funkcionalitaarieenie.........................................................................................................18</p> <p>3.3. Popispouitchformtov......................................................................................................20</p> <p>3.4. Vstupndta.........................................................................................................................23</p> <p>3.5. Pouitaplikcie....................................................................................................................24</p> <p>3.6. TvorbamodeluPovaskhomzea.......................................................................................26</p> <p>4. Zver.......................................................................................................................................27</p> <p>4.1. PrlohaCD..............................................................................................................................27</p> <p>Pramene............................................................................................................................................28</p> <p>4</p> <p>Abstrakt</p> <p>Ttoprcasidvazaciepopsavirtulneprostredia,ichtvorbuaspsobpouitiana internete. Popisuje technolgie pouvan pri tvorbe 3D prostred. Reprezentciamodelov polygnmi, textrovanie atechniky pri simulciiosvetlenia sdrazom na ichvyuitiepritvorberelnychmodelov.Prcapopisujeformtyvyuitennaprezentciuvirtulnychsvetovna interneteaichvhody.Poskytujeaj jednoduchprehadaplikciipouitchpritvorbesdrazomnatievonedostupn.</p> <p>Thegoalofthisprojectistodescribevirtualworlds,theircreationandareaswheretheycanbeused.Wedescribeaswell technologyused forcreating3Denvironmentsand representationofobjectsbypolygons, texturingand lighting techniques tocreatemore realistic results. Work also defines formats which are used for internetpresentation of virtual worlds and their advantages. It also makes an overview ofapplicationsusedinthisproject,freesoftwareispreferred.</p> <p>5</p> <p>1. Prehad</p> <p>Udlhassaudstvosnaouchovaniearozirovanieinformci.Zpoiatkutobololenposunkamiagestami,neskrprilare,psmo.Odklinovhopolatinkuapostupomasuprelo obrovskm vvojom aj mdium na, ktor sa kldli oraz vyie nroky. Jenemysliten,abypridnenchpotrebchbenho lovekapo informcich pouvalikamenndotiky ipapyrusovzvitky.Potrebanovch technolgii je tedaprirodzenajeuasompreukzan,eprinazvapozitvnyefekt.</p> <p>Novtechnolgiesarozirujvemirchlo,zrejmeajvakarelatvnemierovmasomsa zujem vedcov atechnikov upriamuje tmto smerom. Firmy sa pretekajavynakladajnemal sumynavskumvtejtooblasti.U zroku1965 je znmyvrok,jednhosospoluzakladateovspolonostiIntel,GordonaMoora:Poetpolovodiovchprvkovvintegrovanomobvodebudemonkadrokzdvojnsobi.[Moore65],tenscemusel o desa rokov neskr upravi na kad dva roky, ale napriek tomu je tentopriemysel najrchlejie sa rozvjajcim na svete. Neostva vak len pri tranzistorochaprocesoroch,potaunesli zaleka lennamatematickvpotyako tobolopriobrovskch slovch potaoch. Pota ns prenasleduje na kadom krokuazdomcnel. Stva sa zneho multimedilne, informan, vubov apracovnzariadenie. Rozvoj potaov sa prejavuje skutone u vkadom odvetv od zbavy,vzdelvania, obchodu a po zdravotnctvo aumenie. Vdy ma fascinovali prepotykapacitypevnhodiskunapoet listovpapierualebo rzneprirovnania typu:keby sanaskladalizasebadosiahlibyzozemenamesiac,dokoncadvakrt,to lendokazujeevkonnostneupotaepokroiliajenaase,abysapohliod1(text)a2D(obrzky)dotretiehorozmeru.</p> <p>Spolu spotami savytvoril al fenomndnenchdn, Internet.Tu sa astohovorojehovznikuvarmdeaneskormpouitmnaamerickchuniverzitch,aleskutoninternetpremasovpouitiepoznmeaodroku1991.TimBernersLeepublikovalsvojprojektWorldWideWeb,dvarokyneskrznakovacjazykHTMLaprotokolHTTP.MarcAndreessen vtom ase vytvoril ako tudent prv prehliada aroku 1994 akospoluzakladateNetscapeC.C.vydaliprehliadana stiahnutie zadarmo.Zrejmeaj totoviedlokzujmuverejnostiodovtedyakademickotechnickinternet.meramedzi potom pouvateov (miera obbenosti) a jednoduchosou interakciespotaom resp. sostatnmi potami je tu jasn. Dierne ttky s dnes smienepopulrne len tm nao kedysi slili. Rozhrania potaov sa rozrili otextovzadvanie,WIMP (window, icon,menu,pointingdevice),WYSIWYGeditan systmy.SprchodomWeb2.0(tzv.SemanticWeb)bysamala interakciaeteviaczjednodui,mohlabyktomuprispieimodelovreprezentciaobjektovaavatari.</p> <p>6</p> <p>asto sa hovor, e na internete je vetko, dleit je poveda e to vetko jezdigitalizovan. Digitlny text aobrzky s najm zsluhou internetu adigitlnejfotografie zvldnutpotamina relatvnevysokejrovni, astomononavyejakoichanalgovekvivalent.Uniekokorokovsmetohosvedkamiprihudobnchnosiochavneposlednejdobeajvideomdich.Priknihchvelektronickejpodobeniesmezatiasvedkami takho rozrenia, o je zrejme zaprinen nedostupnosou lacnhoadostatone komfortnho tacieho zariadenia vekosti knihy, ale aj tu sme svedkamimigrovaniapredovetkmstarej literatrydodigitlnejpodoby.Nespornedigitalizciaprina nov monosti, ktor neboli predtm ani mysliten apri pojme virtulneprostrediasamonostvynracelrad.</p> <p>1.1. Virtulneprostredia</p> <p>o si mm predstavi pod pojmom virtulny priestor ? Nemal by znamena aniparalelnsvetsvlastnmipravidlamianibylenrealistickoureprezentciouskutonhosveta.Virtulnypriestorbymalbyreprezentcia udskejsksenostiatoakomzaitpojem skutonho sveta [Qvor02]. Tu sa ukazuje uiton pozna prostriedkyatechniky, ktormi reagujeme apoznvame skuton svet.Pozorovaniedvomaoamiauami tzv. pasvne stereo, pohyb vpriestore aktvne stereo paralaxy (zdanlivposunutiepozorovanhopredmetu, spsoben zmenoumiestapozorovatea). Spsobinterakcie, pohybu srelnymi objektmi amonos ich zaznamenania. Pri tvorbevirtulneho priestoru zaname vyslovene od nuly (vo vnimonch prpadoch odjednotky),preto jekad informciaovnmanrelnehosvetauitonajejspresnenievediekrelnejmvsledkomvosvetevirtulnom.alej sa meme pta, o vetko existuje aumouje virtulne prostredie ? Nosprvnou odpoveou bude zrejme vetko, o si vom vytvorme. Vo virtulnomprostrednie smenijakoobmedzen fyzikou, zkonmi, rozpotom je lennans kokosilia aasu sme ochotn venova tvorbe nieoho o vkonenom dsledku bude lenvirtulne. Jedinm obmedzenm, ktor meme pociova je vkon potaa, o prirealizciiniektorchobjektov,scnaprostredmebyaneprekonatenaleakosomu spomnal vkon potaov ide stle napred ami by sme mali vrozumnej mierenapredovasnm.Potanmumoujevytvravirtulneprostredia.Virtulneprostredie jesimulciouskutonhosveta.Pouvatetamvstupujesjedinenou identitou (avatar),kuktorej jepriraden jeho reprezentciavtomtopriestore,ktormuumouje interakciu sinmipouvatemi aobjektmi. Takto svet je vinou riaden rovnakmi pravidlamiafyziklnymizkonmiakosvetrelny.To jezastizvzujce,alenronospouvaniaje vemi jednoduch. To o sme sa nauili poas svojich prvch dvoch troch rokov</p> <p>7</p> <p>ivota tu meme plne vyui, teda pouvate je hne schopn pohybova sa,rozpoznva objekty arozumie vlastnostiam asprvaniu sa vtomto priestore.Interakciuzjednoduujeajpriamyhlasovprepojenie.Veatakchtosvetov[1]ideetealejaneostva lenpripozorovan.Akopopulrne rieenieby som spomenulSecondLife [2].Nzovuveanaznailanaozajpostava sime zjskukadernkovi,kpi siobleeniepodaposlednejmdy,postavi sivlastndomavybavihopodavlastnchelan,tovetkozavirtulnealebovprpadepodobnhoprojektuPS3HomeodSONYzaskuton dolre, ale to je u len otzka implementcie. Nechba kultrne vyitievpodobehier,hudbyktorsizakpitepriamoonlineinvtevoukinakdepremietajto nao si zmyslte. Samozrejme mete osta doma zavola priateov apozera vovaejplazmovejtelevziipriamyprenoszligymajstrov.Samozrejmejetuajpriestorprevlastn prezentciu i reklamu vekch firiem o vytvor v zujem otieto svety.Monos nastavova pravidl sa tu ukazuje ako vemi vhodn ad sa zarui nulovkriminalita, bezporuchovos zakpench spotrebiov aoma najviac prekvapuje bielaostvabielouajpoastompran.Potanmumoujevytvravirtulneprostredia.Virtulneprostrediejevymyslen.Tusamektokovektrokutechnikyzdatnautorskyrealizovaavytvrasvety,ktorby vrelnom prostred boli prli komplikovan alebo by vbec neboli realizovaten.ExistujecelradaCAD(Computeraideddesign)systmov,ienvrhovchsystmovzapomocipotaa.Rozhodujcajepresnos,monostestovaasimulovavlastnostietepredtmakosaobjektvyrob.Akoreprezentciaobjektovpostaujesiezkladnchiar.Pouva sa najme vautomobilovom, stavebnom astrojrskom priemysle. Pri simulciiprdenia vzduchu nie je dleit priesvitnos, odraz svetla, funkcionalita. Kad sasstreujelennakonkrtnevlastnostituhos,odporvzduchu,spotreba.Vsasnostiniejesystm,ktorbyplnesimulovalvonkajsvet,aleuriteniejenerelnetvrdi,esatakchtosystmovdokme.Akodoplnokksvetomkdejeddleitpresnos,interakciaafyziklne vlastnosti s tu prostredia zameran na realistick vzhad. Maj vyuitienajm vo filmovom priemysle ako pecilne efekty alebo dokonca celoveernanimovan filmy. Znma je najm japonsk film na zklade hry Final Fantasy, ktorpodva vsledky vemi realistick na rozdiel od firmy PIXAR, ktor je zameran narozprvkov prbehy, kde postavy ani nemaj tendenciu podoba sa udom. Trebapoveda, e zatia oPixaraDisney zarobilina svojejprvotineToyStory358milinovdolrov,FinalFantasyzostalavstrate120milinov.Zatiaztohoodvodzujemlento,eskutonm hercom v3D svete ete nenarstli plnohodnotn konkurenti. Kreslenprbehytovakunemajtakjednoduch,noveruujetomunijakrikkekraovalLionKing.plne intypzitkuprina IMAX3D (ImageMaximum), ideopremietanietrojdimenzionlneho filmu,resp. jehoreprezentcie takakohovnma lovek.Obraz jesnman dvoma kamerami vzdialench od seba 64mm (priemern vzdialenosmedzioami), zaznamenva sa avapravoko zvl.Pripremietan sa tietoobrazy rchlostriedaj adivk m nasaden okuliare sLCD stmievacmi sklami, ktor s</p> <p>8</p> <p>synchronizovansprojektorom.Inoumonosoujepremietapolarizovaneadivkovisaodfiltrujezlokaprekadokopolarizanmiokuliarmi.Preddivkmisapotomvytvrajtrojrozmernvirtulneobjekty,ktorsvskutonostilennapltne.</p> <p>9</p> <p>2. Technolgie3DprostredVoblasti3Dprostredsahmitechnolgienajmhry.Trhjevtejtooblastiobrovskaiadny zvvojrov neme osta pozadu. Nov funkcie grafickch ipov pribdajnajmprepotrebyhernhopriemyslu.Novnpadyvtejtooblastineprichdzajkadde preto je grafika ahudba hry asto dleitejia anajm viac diskutovan akohratenosinronos.Obvykleatretie,tvrtpokraovaniehryzaznamenvaspechstarou zabehnutoumylienkouavylepenougrafikouaostatnmiefektmi.Pre tvorbu3DaplikciivoveobecnostisapouvajdveAPI (Applicationprogramming interface),ktor vrazne zjednoduuj prcu aprispievaj ku vzjomnej kompatibilite u takzloitchzariadenaaplikcii.</p> <p>Ako prv tu bolo OpenGL (Open Graphics Library) [3] roku 1992. Je to tandardpecifikujcimnoinu funkciipre3D ale aj2D grafiky.Pouvaopensourcov licenciupodobn licencim BSDaleboMozilla.Autoritastojacazanm jeOpenGLArchitectureReview Board vktorejmaj zastpenie popredn firmy ako 3Dlabs,Apple Computer,ATI, Dell, IBM, Intel, NVIDIA, SGI a SunMicrosystems. Do roku 2003 bol lenom ajMicrosoft. VhodouOpenGL je e nezvis od programovacieho jazyka ani platformy.Pouva jednoducprimitvanavytvoreniekomplexnchtrojrozmernchscn.NaielsiirokuplatnenievCADsystmoch,vedeckch, leteckchsimulcichasamozrejmepritvorbe hier. OpenGL je naozaj univerzlne, dkazom je irok uplatnenie naplatformch, ktor zrejme u ani nemaj ni in spolon Mac OS, Windows,Linux(kninicafunkciimesa,ktorinterpretujOpenGL),Unix,BSD,Playstation3,Wii.</p> <p>Od roku 1995, sprchodom vtedajej verzie operanho systmu je tuDirectX, ktorvytvraAPInielenpregrafikualeprevetkymultimedilnezariadeniaodzvukovejkarty,myipovolantahruposieti.DirectXsceniejeprogramsotvorenmzdrojovmkdomalejeposkytovanzadarmotakpouvateomakoajvvojrom(SDK).Microsoftpouvatoto rozhranie hlavne vo svojich produktoch Windows, XBox aXBox 360. akoporovnva, ktor zAPI je lepie, treba poveda, e DirectX je pouvanejie, najmvaka integrcii voperanom systmeWindows.Udlh asmnavrchnadOpenGLasprchodom Windows Vista aDirectX verzie 10 sa stva naas vazom, keerozhranieOpenGL3.0spodobnmifunkciamisaetelenchyst.Voverzii3.0bysamalaspojipvodn verzia, verziapremobiln zariadenia (OpenGLES),Collada a glFX (APIefektovpreOpenGL),takeDirectXmeoakvasilnhospera.</p> <p>2.1. Reprezentciaobjektov</p> <p>Pre reprezentciuobjektovvovirtulnom svete sapouvaEuklidovageometria,ktorzrejme najlepie anajjednoduchie reprezentuje svet na ak sme zvyknut. Zkladnobjektyv3Dpriestoresbodystromasradnicami.Spojenmdvochbodovvznikiara</p> <p>10</p> <p>(tietoobjektysstleneviditenkeenemajrozmer).Spojenmtrochbodovvznikkoneneplocha, trojuholnk.Spjanmviacerch trojuholnkovvznikviaplochanienutne vjednej rovine. Pre plochu meme nastavi konkrtnu farbu alebo textru.Textra jebitovmapa,ktorsazobraznapovrchuplochy.Kesipredstavmehraciukocku, textry tejtokockybud fotkyvetkch jej strn.Pouitmdostatonhopotupolygnov, pre jednoduchos sta uvaova trojuholnky, sme schopn vytvoriaproximciuubovonhorelnehomodelu.Kokojetodostatonpoet?Kebysmeilianaatomrnurove,npotaby sa veminepoteil,pretoaj tuplat e vetkosrozumnoumierouazadostatonpoetmemepovaovamodel,ktornapohadnerozlimeodrelu.</p> <p>2.2. NPatchMotivciou pre pouitie technolgieNPatch bolo,e modern grafick karty u bene zvldajrenderovaniepri60+FPS(obrzkochzasekundu)vovysokom rozlen,vrobcovia sachceli zameranazvenie kvality pri zachovan pvodnej truktryakvality vstupnchmodelov.Abyboli objekty viacpodobn relnym sname sa zvi mnostvopolygnov. Vek mnostvo polygnov znamenpamtasivetky jehovrcholyatextruviaucusaknemu.TechnolgiaNPatchsliprvenasporupotu polygnov pri dosiahnut porovnatenejkvality ako spouitm...</p>