3D-графика в Интернете

Олег Татарников

VRML

X3D (Extensible 3D)

Инструментарий

Metastream

MetaFlash-технология с цифровой камерой Minolta 3D-1500

    Программное обеспечение Cybelius

    Цифровая камера Minolta 3D-1500

    Используйте MetaFlash Studio для трехмерного наполнения своих виртуальных миров

VRML (Virtual Reality Modeling Language) — язык моделирования виртуальной реальности, уже довольно давно применяемый в сети Интернет. Он признан Web3D-консорциумом (http://www.web3d.org/) для описания интерактивной трехмерной графики и мультимедийных приложений и стандартизован (ISO/IEC 14772). VRML-документ представляет собой обычный текстовый файл, который содержит описания трехмерных фигур и свойств их поверхностей (цвет, текстура материала, освещение и т.п.). Такой документ поступает в браузер в виде исходного текста, точно так же, как и обычный HTML-документ. Браузер, получающий VRML-документ, должен уметь интерпретировать VRML-код.

Язык VRML был впервые предложен Марком Песке (Mark Pesce) в 1993 году, а его первая спецификация (VRML 1.0) была подготовлена на основе формата Open Inventor фирмы SGI и впервые представлена на второй конференции WWW в октябре 1994 года. Дальнейшее развитие проходило уже не только на основе разработок фирмы SGI; к созданию формата подключились такие фирмы, как Sony Research, Mitra, и многие другие. Во втором выпуске формата (VRML 2.0) его интерактивные возможности были значительно расширены. Стандарт VRML 2.0 поддерживает анимацию и звуковые эффекты; для него существует поддержка на уровне языков Java и JavaScript. VRML 2.0 был рассмотрен открытой дискуссионной группой и одобрен многими компаниями, а в августе 1996 года был принят его стандарт. В декабре 1997 года VRML 2.0 был официально заменен на VRML 97(называемый также VRML Technical Symposium), который был впервые представлен в феврале 1997 года в Монтерее (Калифорния, США). Новый стандарт ISO/IEC 14772 практически идентичен спецификациям VRML 2.0, с учетом редакционных поправок и некоторых незначительных функциональных различий. Таким образом, текущим VRML-стандартом сегодня является VRML 97, а в работе находится новый формат — VRML 200x. Описание языка можно найти на Web-сайте Web3D Consortium или по адресу: http://www.vrml.org/, а также на нашем CD-ROM. Однако средства и методы представления 3D-графики в Интернет продолжают постоянно развиваться и уже не ограничиваются только языком VRML.

При активной поддержке Web3D-консорциума в 1998 году была образована группа разработки X3D, целью которой было создание расширяемой трехмерной графической спецификации следующего поколения. X3D, по сути, является расширением языка VRML 97 с использованием возможностей расширяемого языка описания Web-страниц XML (Extensible Markup Language).

Из последних изменений нового языка можно отметить принятие в июне 2000 года совместной предварительной спецификации VRML 200x и появление расширения для X3D, предложенного фирмой Lattice Technology, Inc. Таким образом, в недалеком будущем ожидается преобразование всех существующих применений VRML 97 в X3D.

Значительные функциональные возможности X3D были продемонстрированы на симпозиуме Web3D-VRML 2000 в феврале 2000 года. Там же был представлен инструментальный комплект для разработчиков (SDK).

Методы моделирования и представления в VRML-формате с использованием расширений X3D применяются сегодня для представления сложного трехмерного Интернет-контента (вплоть до промышленных моделей систем автоматизированного проектирования CAD/CAM). Соответственно, модели высокого качества и сложные формы создают большие файлы данных, которые трудно передавать по Сети. Можно, конечно, пожертвовать точностью и подробностью представления и для повышения быстродействия уменьшить размер файла, но тогда мы лишимся большой части приложений.

Предложенная фирмой Lattice структура и новый XVL-формат (eXtensible Virtual world description Language), который описывает XML-расширение для X3D — это новая форма описания трехмерной модели, предназначенная для решения вышеупомянутых проблем. Lattice-структура состоит, собственно, из Lattice Surface (поверхности из сплайновых «заплаток» — Gregory patch) или Lattice Mesh (полигональной каркасной сетки).

Использование Lattice-структуры и описывающего ее формата XVL как расширения X3D-стандарта для создания сложных трехмерных сцен в сети Интернет позволяет обходиться маленькими файлами, которые быстро передаются по Сети, но тем не менее сохраняют достаточную точность отображения и большое количество деталей в представляемых моделях.

Это достигается следующим образом: изначально моделируется произвольная сплайновая форма — Lattice-поверхность (очевидно, что даже само представление модели в виде сплайновой поверхности значительно экономичнее), а затем, уже после передачи данных на компьютер пользователя, Lattice-поверхности преобразуются браузером в полигональные сетки для последующей VRML-визуализации. Между Lattice-поверхностью и Lattice-сеткой — взаимно однозначное соответствие (они имеют ту же самую топологию и структуру), и специальный алгоритм может быстро переводить одно в другое. Каркасное представление Lattice-сетей обеспечивает пользователей простым в использовании и легко масштабируемым решением для отображения трехмерных моделей с поддержкой их целостности, а Lattice-поверхность гарантирует гладкость и высокую достоверность при отображении мелких деталей.

При этом использование Lattice-структуры как открытого расширения X3D уже поддержано целым рядом производителей, которые стремятся получить быстрый и эффективный способ для передачи и представления высококачественной 3D-графики в сети Интернет.

Итак, Lattice Mesh позволяет создавать маленькие файлы, а Lattice Surface представляет точные поверхности. Формат XVL может описывать и Lattice Surface, и Lattice Mesh, облегчая эффективную передачу данных и высокую точность представления.

Lattice-поверхности довольно легко моделировать, управляя простой Lattice-сетью. Предлагается и проектировщик Lattice-структуры (программный инструментарий) для создания и редактирования таких сетей.

А при визуализации Lattice-модели легко масштабируются и поддерживают высокое качество поверхностей даже при значительном увеличении. При этом, изменяя коэффициент деления (tesselation), можно просто управлять уровнем качества поверхностей. Если вычислительная среда пользователя недостаточно мощная, можно выставить коэффициент 2 или 4 и тем самым поддержать достаточную скорость и эффективность отображения, а для высокоскоростных компьютеров подойдет коэффициент 6 или больше — для точного представления «гладких» моделей. Коэффициент деления может быть изменен пользователем динамически, прямо в окне браузера. Это своего рода LOD (Level of detail, то есть возможность изменения уровня детализации представления), реализованная как функция VRML.

Производитель: компания Metacreations

(http://www.metastream.com/)

Формат Metastream — это альтернатива VRML и X3D, предложенная фирмой Metacreations и уже получившая некоторое распространение в Интернете. Metastream демонстрирует высочайшее фотореалистичное качество изображения для визуализации текстурированных 3D-моделей. Создаваемые в Metastream модели полностью управляемые, с текстурой высокого разрешения, тенями, отражениями и даже анимацией в реальном времени. При их просмотре вы можете изменять размер окна, масштабировать, вращать и перемещать объекты в любых направлениях практически без потери качества визуализации.

Этот формат можно использовать для разного рода презентаций, электронных витрин в Интернет-магазинах и т.д. Причем любой демонстрируемый товар можно будет сильно увеличить, осмотреть со всех сторон, а также поменять цвет, обивку мебели, перекомпоновать детали и части объекта, а также составить различные комбинации товаров.

Таким образом, перспективы использования формата Metastream для интерактивного показа товаров в Интернет-магазинах выглядят очень привлекательно, однако для использования этого формата вам понадобится специальный модуль (plug-in), который можно скачать с сайта Metacreations (или взять с CD-ROM, прилагаемого к нашему журналу).

Анимация в реальном времени, «оживление» персонажей 3D-сцен, сквозное интерактивное управление, возможность интеграции с видео, синхронизация со звуком и другие возможности постоянно совершенствуются, и в самом ближайшем будущем формат Metastream станет полностью универсальным и, возможно, составит серьезную конкуренцию VRML-формату.

Пользоваться форматом Metastream довольно удобно, и времени на его освоение практически не затрачивается. Это позволяет покупателям электронных магазинов быстро освоиться и лучше узнать приглянувшееся изделие, что сильно сократит время, требуемое на обслуживание клиента в Интернет-магазине.

Возможности формата:

• Тени на объектах

• Наложение карт отражения

• Моделирование преломлений на драгоценных камнях и стекле

• Текстурные карты высокого разрешения.

• Высокая детализация моделей

• Маленький размер передаваемого файла

Системные требования:

• Pentium MMX или Pentium II 200 МГц или выше

• Windows 95, 98 или NT

• 64 Мбайт оперативной памяти или больше

• Разрешение монитора 800Ѕ600

Производитель: компания Minolta

(http://www.minolta.com/dp/3d1500/),

Phantasia Ltd (http://www.minoltaeurope.com)

Широко известная компания Minolta вместе с фирмой Metacreations вводит в обиход новое понятие: бытовая 3D-камера. Естественно, 3D-сканеры (в том числе и с одновременным вводом текстурных карт) разработаны довольно давно, но их высокая стоимость и значительная сложность использования не позволили им сколь-нибудь значительно распространиться. В результате обладание такими устройствами — удел профессионалов. Новое решение от Minolta и Metastream, похоже, предлагает решение для широкого круга пользователей. И хотя 3D-1500 — не такой уж банальный трехмерный «захватчик» (snapper) и пользоваться этим устройством все же значительно труднее, чем простой фотокамерой, — в опытных руках, однако, оно может достаточно эффективно решить проблему трехмерного сканирования.

Основной проблемой для разработчиков Web-страниц, которые стремятся наполнить их объемным содержимым и используют для этого Metastream, VRML или другие 3D-форматы (как, например, в каталогах электронных магазинов или каких-либо других мультимедийных сайтах), является трехмерное моделирование, то есть, в конечном итоге, время, необходимое для подготовки таких моделей. Minolta 3D-1500 стремится рационализировать и упростить процесс моделирования для любых изделий (даже независимо от габаритов, на которые у других 3D-сканеров жесткие ограничения) и сделать его широкодоступным, обеспечив при этом интегрированное аппаратно-программное решение для этой проблемы в целом.

Minolta 3D-1500 представляет собой 1,5-мегапиксельную цифровую камеру со специально разработанной оптической системой MetaFlash, проецирующей на объект рабочую сетку, которая используется в дальнейшем для 3D-моделирования и текстурирования. Система комплектуется соответствующим программным обеспечением MetaFlash Studio, в котором и происходит окончательное моделирование и вывод в один из распространенных 3D-форматов.

Однако трехмерную модель невозможно получить непосредственно из серии «плоских» фотографий. Для их обработки и перевода в третье измерение требуется решить несколько серьезных проблем:

• Во-первых, распознать на изображении, содержащем «радужные» разводы, рабочую сетку и определить по ней кривизну и глубину объекта не всегда удается с приемлемой точностью; в лучшем случае мы можем получить зубчатые грани объекта, а в худшем — «прорванную» границу или «рваную» грань в MetaFlash Studio.

• Во-вторых, проблема плохой фокусировки (Out of Focus) вызывает сильное размывание текстур и потерю деталей на трехмерных моделях (а, как известно, точно сфокусировать камеру на объекте, пользуясь LCD-видоискателем, весьма непросто).

• В-третьих, выход из диапазона (Out of Range) является наиболее серьезным предупреждением, за которым следует потеря растровых строк в файле (а следовательно, и невозможность восстановления 3D-информации).

Таким образом, при работе MetaFlash-камерой с маленькими объектами типа мобильных телефонов, фотокамер и прочих карманных устройств требуется большая осторожность — они слишком малы для точного трехмерного моделирования. Черные или, напротив, слишком яркие объекты тоже неудобно сканировать по вышеописанным причинам. Надписи и реквизиты на поверхности также создают серьезные проблемы для регистрации и распознавания спроецированных оптических линий алгоритмами MetaStudio. Использование встроенной или внешней вспышки также затрудняет обработку, так как создает большое количество ярких бликов на поверхности.

Кроме того, данное устройство не позволяет использовать макрорежим и сильное увеличение для крупных планов.

В общем, камера хорошо работает главным образом только на округлых органических формах средних размеров — типа людей, животных или других объектов геометрически «неправильной» конфигурации.

Причем для освоения 3D-1500 MetaFlash требуется довольно значительное время и опыт, особенно когда вы приступаете к работе внутри MetaStudio.

Но MetaFlash 3D — это все же довольно удобный инструмент, не имеющий пока достойной альтернативы.

Требования к системе:

• Pentium 200 MMX

• Windows 95/98

• 64 Мбайт оперативной памяти

• 100 Гбайт дискового пространства

• CD-ROM

• Монитор VGA (минимум 800 Ѕ 600)

За: