На пути к третьему измерению

 

Активные исследования, проводимые специалистами корпорации Intel в области технологий трехмерной визуализации, в скором времени позволят значительно расширить возможности различных приложений, использующих 3D-графику, — от Интернет-магазинов и виртуальных музеев до сложнейших компьютерных игр.

Екраны современных телевизоров и компьютерных мониторов позволяют получить яркое изображение с насыщенными цветами, а многоканальные звуковые системы создают у зрителя весьма реалистичный эффект окружения. Однако, как известно, в реальности мы оперируем тремя измерениями, тогда как на экране можно отобразить только два… Спору нет, картинка на экране тоже красива, но сколько теряется по сравнению с трехмерным богатством мира! Для того чтобы исправить это упущение и дать пользователям Интернета возможность увидеть третье измерение на двумерном экране, корпорация Intel начала активные разработки, направленные на унификацию и максимальное упрощение работы с трехмерной графикой.

Немало попыток создания универсальных 3D-технологий было предпринято и раньше. Разработано множество различных форматов для представления трехмерных графических изображений во Всемирной паутине. Однако на пути их массового использования стоят два серьезных препятствия: во-первых, отсутствие единого стандарта, а во-вторых, довольно большие затраты на трехмерную визуализацию при задействовании существующих ныне решений, что делает нерентабельным их применение для Web-ресурсов.

В середине 2002 года корпорация Intel учредила рабочую группу под названием CAD 3-D Working Group, главной задачей которой стало создание, описание и внедрение единого формата представления трехмерных графических изображений в Интернете. Сегодня большая часть трехмерных данных создается при помощи систем автоматизированного проектирования (САПР), поэтому в качестве отправной точки были выбраны именно эти решения. Организационные вопросы взял на себя консорциум Web3D — открытый форум разработчиков стандартов и спецификаций для трехмерной графики в Интернете. В состав форума Web3D входят представители различных сегментов индустрии трехмерной графики, в том числе поставщики и пользователи САПР, а также организации, занимающиеся стандартами в данной сфере.

У некоторых читателей может возникнуть вполне закономерный вопрос: зачем вообще нужно введение единых стандартов для трехмерной графики в Интернете? Прежде всего, это позволит сократить финансовые затраты и время на разработку всем тем, кто работает с визуализацией трехмерных объектов в Сети. Кроме того, в распоряжении пользователей окажутся новые, более эффективные и надежные средства для совместной работы и обмена данными при проектировании и иной производственной деятельности.

«Устранение препятствий на пути распространения 3D-технологий — важнейшее условие повышения качества работы в Интернете, — отметил Патрик Гелсингер, вице-президент и главный директор по технологиям корпорации Intel. — Одним из самых серьезных препятствий на пути к «всеобщей визуализации» является отсутствие единого гибкого стандарта представления трехмерных изображений. Мы планируем объединить усилия с ведущими участниками индустрии и экспертами в области компьютерной графики для создания некоего общего формата, который будет играть ту же роль для работы с трехмерными изображениями, какую в свое время сыграл формат JPEG для работы с цифровыми фотографиями на настольных ПК».

Игры и Интернет, Интернет и игры — две области, в первую очередь вбирающие в себя все последние достижения в сфере трехмерной визуализации. И Интернет-серферы, и поклонники компьютерных игр постоянно требуют все более совершенной и реалистичной графики. Одним из непременных условий для создания более реалистичных и богатых средств трехмерной визуализации является увеличение вычислительной мощности центрального и графического процессоров, и уже скоро количественный прирост этих показателей позволит реализовать целый ряд новых удивительных возможностей.

Виртуальная реальность станет еще больше похожа на действительность благодаря физическому моделированию таких природных явлений, как туман, иней и даже дым, разделенный на отдельные струйки. А возможность ввода в ПК визуальной информации и распознавание жестов игрока при помощи видеокамеры позволят радикально изменить способ управления игровым процессом.

Однако одного только роста производительности процессора для этого недостаточно. Чтобы воплотить в жизнь все перечисленные выше нововведения, нужны более совершенные технологии, позволяющие использовать возможности аппаратной части.

Так, технология Light Field Mapping (LFM), созданная при тесном сотрудничестве нижегородского Центра Intel по разработке ПО с исследовательской лабораторией Intel в Санта-Кларе, позволяет вывести на совершенно иной уровень исполнения трехмерную графику, используемую в играх, электронных энциклопедиях, Интернет-магазинах, виртуальных музеях, кинематографе. LFM — это метод интерактивной фотореалистичной визуализации трехмерных объектов со сложными отражательными свойствами, основанный на обработке реальных изображений. Технология LFM применяется для моделирования освещения на поверхности объектов по изображениям, полученным в результате сканирования. При помощи LFM любые трехмерные объекты или сцены (как физические, так и виртуальные) могут быть представлены в виде цифровых моделей и визуализированы под любым углом зрения с точным воспроизведением эффектов отражения и преломления, зависящих от свойств их поверхностей.

В настоящее время Intel бесплатно предлагает разработчикам пакет Open Light Fields, который содержит открытые исходные коды программного обеспечения, реализующего технологию LFM. «Надеемся, что распространение нашей технологии Light Field Mapping в виде открытого кода будет способствовать ускорению разработок в области фотореалистичной компьютерной графики с тем, чтобы настольным ПК стало доступно все богатство визуального мира, — подчеркнул Джастин Раттнер (Justin Rattner), почетный сотрудник корпорации Intel, директор ее подразделения Microprocessor Research Lab. — До появления в прошлом году технологии Light Field Mapping воспроизводить сложные отражающие свойства света во взаимодействии с трехмерными объектами могли лишь специалисты в области компьютерной анимации и разработчики кинематографических спецэффектов, располагающие оборудованием класса high-end».

Что касается технологий распознавания жестов и иной визуальной информации (так называемого компьютерного зрения), то весьма интересные разработки в этой области были созданы в нижегородском Центре Intel в рамках проекта Open Source Computer Vision Library. Они дают возможность разработчикам компьютерной графики использовать достаточно простые недорогие видеокамеры для работы с целым рядом приложений, таких как Object Identification (идентификация объектов), Segmentation&Recognition (сегментация и распознавание), Face Recognition (распознавание лиц), Gesture Recognition (распознавание жестов) и Motion Tracking (отслеживание движения).

Использование технологий компьютерного зрения в игровых приложениях позволит революционным образом изменить способ управления игровым процессом, сделав его максимально простым и естественным. И, что немаловажно, это не потребует больших затрат: ведь приобрести Web-камеру, в отличие от весьма дорогих систем motion capture, может практически каждый пользователь. В ряде игр можно будет вообще отказаться от использования традиционных устройств ввода (клавиатуры и мыши) — приложение распознавания жестов позволяет не только определять направление по положению руки играющего, но и вводить команды или активизировать различные функции, используя набор заранее определенных жестов вместо соответствующих комбинаций клавиш.

Конечно, в некоторых категориях игр (например, в авиационных и автомобильных симуляторах) управление посредством механических игровых манипуляторов представляется более удобным, чем использование жестов. Однако и в таких приложениях технологии компьютерного зрения позволяют реализовать дополнительные возможности, в частности изменение направления обзора в зависимости от поворота головы играющего.

Как видите, перспективы весьма впечатляющие. А поскольку за дело взялась столь мощная организация, как Intel, есть надежда, что ждать появления новых технологий в массовых продуктах осталось совсем недолго.

 

При подготовке статьи были использованы материалы, предоставленные корпорацией Intel.

КомпьютерПресс 1'2003