Портал в виртуальность. Популярный рассказ о современных средствах работы с трехмерным графическим пространством

Рассказ пойдет о замечательных устройствах, с помощью которых реальные объекты превращаются в виртуальные, а виртуальные объекты чудным образом обретают плоть и кровь реального мира. Речь идет о трехмерных сканерах и их антиподах — “3D-реалайзерах” (в отсутствие приличного русского термина будем называть их так). &nbsp3D-;дигитайзеры Ни для кого не секрет, что с каждым годом и гры становятся все более и более реалистичными. Число полигонов на модель неумолимо обрастает нулями, и рисовать такие модели все сложнее и сложнее.

- Та самая Area-51 - нечеткая графика PlayStation 1 скрывает титанический труд художников и аниматоров
Особенно дорого обходится работа художников и машинные ресурсы для издателей игр-автосимуляторов. Попробуйте полностью, со всеми деталями, нарисовать “Ламборджини” в AutoCAD или 3DMaxStudio — и вы поймете, насколько трудоемким, долгосрочным и неэффективным может быть ручной труд рядового 3D-моделлера. Решение напрашивается само собой — если 3D-модель нельзя нарисовать в виртуале, значит, ее нужно “срисовать” с реальной модели или, проще говоря, — “отсканировать” в трех измерениях. Устройства для “срисовывания” трехмерных моделей как раз и называются 3D-дигитайзерами или 3D-сканерами. Рассмотрим один из самых популярных механических сканеров от компании Immersion — MicroScribe G2. Изначально MicroScribe был разработан как средство помощи ученым и промышленным инженерам. Однако со временем, когда цена механического оцифровщика опустилась с небес на землю, доступ к устройству получили художники компьютерной графики, аниматоры и разработчики компьютерных игр. Так, Time Warner Interactive впервые использовала MicroScribe 3D для создания и анимации монстров в игре Area-51. Модельный ряд машин из NASCAR 2000 также полностью состоит из оцифрованных MicroScribe’ом оригиналов.

- CyberForce. Целый комплекс по передаче ощущений из виртуального мира. Механизм позиционного слежения точно измеряет вращение и движение руки в трех измерениях
Трехмерный дигитайзер выполнен в черно-серой цветовой гамме. На несимметричной основе прикреплен трехшарнирный рычаг, оканчивающийся пером-датчиком. Внешне конструкция напоминает сустав руки какого-нибудь отдельно взятого робота-киборга (запчасть для тетки из третьего “Терминатора”). Сам “сустав” довольно тяжеловат, но благодаря наличию противовеса и шарниров-подшипников управлять конструкцией можно легкими движениями руки. Максимальный угол дуги, по которой можно обвести предмет, составляет 330 градусов. Существуют четыре модели новой линейки 3D-дигитайзеров MicroScribe G2 3D Capture , отличающихся друг от друга чувствительностью, радиусом действия и, разумеется, ценой. Теперь посмотрим, каким образом трехмерный дигитайзер MicroScribe G2 работает в домашних условиях. Установка MicroScribe G2 не требует много времени: достаточно воткнуть сканер в USB , проинсталлировать “дрова” с ПО — и можно работать. Единственное правило — перед каждой оцифровкой 3D-дигитайзер должен быть откалиброван. Процесс происходит так же, как и у большинства знакомых каждому геймеру джойстиков и геймпадов. Надо выбрать три точки: переднюю правую, переднюю левую и заднюю правую, после чего требуется ввести их координаты в программу калибровки с помощью ножных педалей. Сразу после этого можно непосредственно приступать к таинству оцифровки. Обряд перемещения предмета из “реала” в “виртуал” происходит так.

- CyberGlove. Самое известное детище Immersion. 18 (или 22) сенсора точно передают малейший изгиб каждого пальца
Сначала обводим контуры сканируемого объекта сканером по прецессии — то есть с помощью ручки вращаем перо по круговому конусу. Далее на основе полученного массива трехмерных координат с помощью специального ПО строится каркас сканируемого объекта. По мере того как массивы координат точек попадают в компьютер, на мониторе вырисовывается пространственная модель. Механические дигитайзеры обладают достаточно высокой точностью — до 0,2 мм. Модели из серии MicroScribe G2 могут снимать координаты со скоростью 3000 точек в секунду с физических объектов любой формы, размера и материала. Скорость передачи информации составляет 56 кбит/с. Сканировать можно в полуавтоматическом и ручном режимах. В ручном режиме пользователь самостоятельно отмечает точки, по которым будет строиться каркас. В полуавтоматическом режиме при обводке объекта пером-датчиком дигитайзер через определенный промежуток самостоятельно измеряет координаты точек, пока вы удерживаете педаль нажатой. Последний способ значительно быстрее. Однако полученные модели зачастую перегружены лишними деталями, что увеличивает размер файла и время его обработки. В ручном режиме придется самостоятельно нажимать на педаль каждый раз, когда перо-датчик находится в точке, которая затем станет одним из узлов сетки. Двойной щелчок по педали означает конец сканируемой линии. В среднем на подготовку к сканированию и саму оцифровку объекта средней сложности уходит несколько часов. Процесс требует тщательного сосредоточения, внимания и терпения. Художники, занимающиеся 3D-оцифровкой, — по сути, герои невидимого фронта, чей труд оценят разве что благодарные потомки.

- CyberGrasp. Позволяет “схватывать” виртуальные объекты. В CyberGrasp самая продвинутая обратная отдача. Пользователь может почувствовать упругость и текстуру виртуального предмета
К сканеру стандартно прилагаются два наконечника: игла и шарик, а также педали, имитирующие левую и правую кнопки мыши. Для пользователей, которым неудобно работать с ножными педалями, выпускаются ручные манипуляторы (их два вида: одни похожи на мышь, а другие на джойстик). Вообще для работы с MicroScribe Immersion предлагает целый набор аксессуаров: насадки для пера, крепления для рукояти и т.д. Как ни странно, но для работы с MicroScribe G2 не нужен мощный компьютер. В списке минимальных требований значатся 32 Мб оперативки, 200 Мб свободного места на жестком диске и наличие порта USB 1.1. Само собой, тут нужно делать поправку на стандартное графическое ПО — нужно, чтобы система тянула ПО, обрабатывающее огромные координатные массивы. &nbspMicroScribe; G2 можно также использовать как “трехмерную мышь”, реализующую естественный интерактивный 3D-интерфейс при работе с графическим и анимационным ПО. Манипулируя устройством, пользователь может управлять направлением обзора, положением источников света и траектории анимации в режиме реального времени. &nbsp3D-;реалайзеры С погружением реальных предметов в мир виртуальный все понятно.

- Лазерный 3D-дигитайзер Minolta vi910. По точности передачи измерений значительно опережает самую дорогую модель MicroScribe. Не требует компьютера для непосредствен-ного выполнения сканирования
А если наоборот? Как пощупать вещи, находящиеся по ту сторону монитора? Как приложить данные от природы рецепторы к цифровым данным другой — насквозь виртуальной реальности? Начнем с того, что устройства, реализующие цифровые объекты (будем называть их 3D-реалайзерами ), уже у нас в руках. Клавиатура и мышь в некоторой степени дают нам возможность влиять на происходящее в виртуальном мире. То есть некий минимум — стартовая база — уже был изначально заложен первыми компьютерными изобретателями. Дальше — серьезнее. Все та же Immersion под лозунгом “Почувствуй Word и Excel!” разработала технологию 3D Interaction. С ее помощью пользователи впервые смогли почувствовать “рельеф” псевдообъемного интерфейса OC Windows , отдачу плазмагана в UT 2003 и проникнуться вибрациями технотранса с помощью специального “сенсорного эквалайзера”. 3D Interaction реализована в продуктах таких авторитетных компаний, как HP — в Force Feedback Web Mouse , Logitech — iFeel Mouse, и Saitek — Touch Force Optical Mouse. Народу так понравилось “чувствовать проводник”, что за первый год официальный объем продаж мышей с технологией iFeel составил чуть меньше 300 тысяч штук. Но и на этом пытливый исследовательский ум не успокоился. Инженеры Immersion разработали серию специализированных манипуляторов, позволяющих художнику ощущать объекты виртуального пространства так, как если бы они стояли на его письменном столе. Все три устройства получили созвучные времени названия — CyberGlove , CyberTouch и CyberGrasp. Также в паре с фирмой Dassault Systems , автором одних из самых популярных CAD -пакетов, был разработан ряд комплектного ПО: VirtualHand Studio (собственно, чтобы хватать Лару Крофт за…), VirtualHand SDK (для самостоятельной разработки софта) и VirtualHand Drivers (драйвера под популярные операционные системы).

-“Чувствительная” мышка - Saitek Touch Force Optical Mouse
&nbspImmersion; CyberGlove, пожалуй, самый популярный и продвинутый на сегодняшний день 3D-реалайзер. Этот инструмент имеет форму перчатки, на изгибах и кончиках пальцах которой находятся от 18 до 22 сенсоров. Используется в первую очередь дизайнерами, аниматорами и изредка — в экспериментальной медицине. Рядовые пользователи, способные без излишних терзаний облегчить свои карманы на пару тысяч долларов, могут использовать CyberGlove для путешествий в виртуальном пространстве (шлем виртуальной реальности при этом совсем не повредит). Все остальные манипуляторы из серии 3D Interaction однозначно относятся к профессиональной сфере и для компьютерных развлечений непригодны. Применение чувствительных мышей и перчаток не ограничивается 3D-проектированием или дизайнерскими потребностями. Если фирма, производящая ту или иную продукцию, будет готова предложить покупателю потрогать товар через интернет, то вероятность успешной покупки, без сомнения, возрастет. Представьте на мгновенье, что вас наделили возможностью 3D-реалайзера в Morrowind. Представили? А в Black &White? И мечтать в данном случае не вредно. Как известно, темпы развития перспективных технологий никогда не отличались медлительностью. Кто знает — не ждет ли нас через годик-другой бум виртуальных “перчаток”? И что станет с игровой индустрией, когда тысячи виртуальных рук наконец протянутся к трехмерным прелестям Лары Крофт?..

Рассмотрим существующие типы 3D-дигитайзеров, их достоинства и недостатки. * Ультразвуковые (сонорные) и электромагнитные сканеры Самые неточные и ненадежные 3D-дигитайзеры. Представляют собой сложную систему передатчиков и сенсоров, закрепленных на потолке и стенах помещения. Передатчики излучают ультразвуковые или электромагнитные волны соответственно, а сенсоры ловят отражения этих волн, передавая информацию на компьютерную обработку. Так как скорость звука зависит от температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, а колебания электромагнитных волн — от наличия и количества металлических предметов, то в идеальных условиях абсолютная погрешность этих сканеров составляет не менее 1.4 и 0.7 миллиметров соответственно. Для филигранной художественной обработки — это довольно низкий показатель точности. Такие сканеры используют в основном в медицине и при оцифровке произведений искусства, например скульптур. Также подобные устройства помогают, когда есть необходимость зафиксировать динамику движения реального объекта (бег слона, прыжок крокодила, смех Хрюна Моржова). *** Лазерные сканеры** Лазерные 3D-дигитайзеры обладают самой высокой точностью измерений, а также являются полностью бесконтактным (то есть автоматизированным, без участия оператора) средством объемного сканирования. Само сканирование происходит достаточно быстро, однако процесс преобразования полученных массивов координат в конечное изображение занимает относительно много времени (высокая точность — больше расчетов). Такими дигитайзерами практически невозможно оцифровывать прозрачные или полупрозрачные, а также зеркальные поверхности. Неудобство вызывают и поверхности с впадинами, препятствующими прямому прохождению лазерного луча. Но самым главным барьером повсеместному распространению лазерных 3D-дигитайзеров является их заоблачная стоимость, составляющая десятки, а иногда и сотни тысяч долларов. *** Механические сканеры** Самые популярные в мире. Их точность не зависит от погодных условий, металлических предметов, уровня шума или типа поверхности. Типичный “механо-преобразователь” занимает места не больше, чем 17 -дюймовый ЭЛТ-монитор. Управляются эти устройства вручную, то есть конечный результат зависит от четких и координированных действий пользователя. Полнофункциональным и доступным решением для оцифровки объектов любой формы является дигитайзер MicroScribe G2 производства компании Immersion Corp.