Åšwiat wirtualnie realny

Chcesz zobaczyć swój mały świat zanim go realnie stworzysz? Sięgnij do wyobraźni a najnowsze technologie 3D zabiorą Cię w podróż do Twojego wymarzonego domu. Dom jest odzwierciedleniem charakteru jego mieszkańców. Wystrój i klimat mieszkania są jak lustrzane odbicie domowników - świadczą o ich trybie życia, zwyczajach czy poczuciu harmonii. Często kiedy próbujemy umeblować nasze cztery kąty mamy tylko ogólne pojęcie o tym, jak to wszystko mniej więcej powinno się prezentować. Czy jesteśmy zdani wyłącznie na naszą wyobraźnię a później żmudne podróże po sklepach meblowych?

Niekoniecznie. Z pomocą przychodzą nam nowoczesne technologie grafiki komputerowej. Ta dziedzina informatyki ma swoje początki pod koniec lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Początkowo graficy pracowali na olbrzymich i skomplikowanych maszynach. Rozwój elektroniki i duże zainteresowanie ze strony różnych instytucji udostępniły grafikę komputerową zwykłym użytkownikom na początku lat '80 XX. wieku. Obecnie jest ona tak powszechna, że nie wyobrażamy sobie bez niej funkcjonowania wielu programów czy technologii. Wcześniej użytkowana tylko przez naukowców i wojskowych przeszła długą drogę by służyć projektom komercyjnym, rozrywce, biznesowi, medycynie, itp. Przemysł meblowy wydaje się jednak nie zauważać olbrzymich zalet wizualizacji graficznych. Jednym z nielicznych wyjątków jest firma Gawin. Do stworzenia nowego oblicza witryny internetowej i zaprojektowania katalogu meblowego wynajęła profesjonalne studio graficzne, Kijewski-Studio. - Zrezygnowaliśmy z tradycyjnych sesji zdjęciowych i cały projekt oparliśmy na wizualizacjach trójwymiarowych — mówi Jacek Kijewski, właściciel studia. — To pozwoliło skupić się na detalach i odpowiednio oddać klimat mebli.

Która lepsza?

Jednym z najważniejszych i najbardziej popularnych podziałów w obrębie grafiki komputerowej jest podział na grafikę wektorową i rastrową. W projektach opartych o grafikę wektorową obiekty generowane są przy pomocy równań algebraicznych( wektorów). Obrazy powstają przy użyciu linii i łuków prowadzonych przez szereg punktów. W praktyce całość projektu składa się z niezależnych od siebie obiektów.

Każdy z nich posiada takie właściwości jak kontur, rozmiar, kolor. Obrazy i rysunki wektorowe możemy poddawać skalowaniu i modelowaniu bez utraty ich jakości. W porównaniu z grafiką rastrową jest to największa zaleta. W grafice rastrowej obrazy tworzone są z położonych regularnie, obok siebie pikseli. Posiadają one różne kolory lub odcienie jasności i razem tworzą tzw. bitmapę. Każdy piksel może zostać zapisany jako określona liczba bitów. Wartość 1 oznacza czerń lub kolor, wartość 0 biel (brak koloru). Rodzaje map bitowych i przypadająca im odpowiednio ilość kolorów zostały zestawione w tabeli( tabela 1.). Liczba pikseli użytych do odwzorowania obrazu w komputerze zależy od jego rozdzielczości. Pojęcie to określa liczbę pikseli przypadającą na jednostkę powierzchni. W przypadku obrazów rastrowych liczba pikseli jest wielkością stałą. Dlatego przy powiększaniu mapy bitowej nienaturalnie powiększamy też piksel przez co obraz traci na jakości.

Nowoczesne 3D

Innym podziałem w obrębie grafiki komputerowej jest rozróżnienie na grafikę dwu- i trójwymiarową. O ile producentów mebli może nie interesować grafika komputerowa jako taka, o tyle wizualizacje trójwymiarowe mogą mieć dla nich wymierne korzyści. Nazwa tej dziedziny grafiki komputerowej pochodzi od angielskiego sformułowania Three-Dimensional Graphics. Geometria obiektów trójwymiarowych może być tworzona na kilka sposobów:

Siatka wielokątów - obiekt jest budowany z płaskich wielokątów (najczęściej trójkątów lub czworokątów) o wspólnych krawędziach. Im większa gęstość siatki tym dokładniej można przybliżać wygląd pożądanych obiektów (zdjęcie 1.)

Voxele - obiekt jest budowany z trójwymiarowych pikseli (zdjęcie 2.)

Opis matematyczny - obiekty są określone równaniami. Mogą to być np. kule bądź różnego rodzaju płaszczyzny.

Innym sposobem jest skanowanie wybranych obiektów z rzeczywistości. Dane trójwymiarowe mogą zostać pobrane np. za pomocą tomografów komputerowych, skanerów trójwymiarowych, ze zdjęć satelitarnych (topografia terenów) a także ze zdjęć stereoskopowych. Można też modelować wybrane obiekty. Na stronach Wikipedii definicję tego procesu zobrazowano przykładami (www.pl.wikipedia.org). Oto klika technik:

• nadawanie dwuwymiarowym przekrojom gÅ‚Ä™bokoÅ›ci, poprzez przesuwanie przekrojów wzdÅ‚uż Å›cieżki, tj. odcinka, bÄ…dź krzywej(zdjÄ™cie 3.)

• tworzenie bryÅ‚ obrotowych, poprzez obrót dwuwymiarowych przekrojów wokół osi (zdjÄ™cie 4.)

• CGS( bezwzglÄ™dny ukÅ‚ad jednostek)- definiowanie bryÅ‚ przez operacje boolowskie (suma, różnica, iloczyn) na innych bryÅ‚ach (zdjÄ™cie 5.)

• sub division surfaces - nieskomplikowana bryÅ‚a tworzy "zarys" obiektu, natomiast algorytm nadaje jej bardziej obÅ‚y, organiczny ksztaÅ‚t (poprzez rekursywny podziaÅ‚ powierzchni i interpolacjÄ™ za pomocÄ… krzywych parametrycznych (zdjÄ™cie 6.)

Ważny realizm

Istotną częścią pracy przy trójwymiarowych wizualizacjach jest nie tylko prawidłowe opisanie obiektów ale też zadbanie o realizm. W tym wypadku pilnuje się odpowiedniego zdefiniowania światła (załamania, rozpraszanie, itp.) oraz cieni rzucanych przez obiekty a powierzchniom nadaje kolor i fakturę.

Jedną z popularniejszych metod jest tzw. radiosity. Wyznacza ona globalny rozkład natężenia światła uwzględniając pochłonięcia i odbicia światła jakie mają miejsce na powierzchniach znajdujących się na scenie(zdjęcie 7). Dokładnie to samo dzieje się w rzeczywistym świecie - różne powierzchnie pochłaniają i odbijają światło tworząc specyficzny efekt.

Intensywność odbitego światła jest niezależna od kierunku, co pozwala na wielokrotną wizualizację sceny bez konieczności ponawiania obliczeń. Metoda radiosity skuteczna jest jednak tylko w połączeniu z tak zwanym śledzeniem promieni. Sama w sobie pomija bowiem szereg różnych efektów świetlnych( lustrzane odbicia, załamania światła, itp.). Te braki uzupełnia właśnie ray tracing( śledzenie promieni).

Inną popularną techniką uzyskiwania realizmu jest obliczanie oświetlenia na każdy piksel z osobna. Jest to jednak operacja kosztowna obliczeniowo i wymaga wspomagania sprzętowego, tzw. pixel shader. Jest to mechanizm obecny w kartach graficznych odpowiedzialny za ostateczne generowanie obrazu, który ma zostać wyświetlony. Jego cechą charakterystyczną jest możliwość przypisania do każdego piksela oddzielnego programu modyfikującego jego parametry.

Sesja zdjęciowa czy wizualizacja 3D?

Takie pytanie postawili sobie zapewne właściciele firmy Gawin planując zmiany na stronie internetowej i w nowym katalogu. Co mogło przeważyć? Czytelność, praktyczność i dynamizm to tylko kilka cech, które projektowi Kijewski-Studio nadały nowoczesne wizualizacje. Najważniejsze były jednak względy logistyczne. Tworzenie katalogu w realnym studiu fotograficznym wymaga olbrzymiego zaplecza.
Zazwyczaj tworzy się 3-4 aranżacje jednocześnie aby zaoszczędzić czas a do tego potrzebne jest naprawdę duże studio i wielu ludzi. To wszystko poprzedza zazwyczaj miesiąc przygotowań — mówi Jacek Kijewski.

Najtrudniejszym elementem była praca nad odpowiednią aranżacją, zadbanie o prawidłowe załamania światła, głębię ostrości i perspektywę — Mieliśmy bardzo wysokie kryteria doboru zdjęć prezentowanych produktów. Światło, kadr, scenariusz zdjęcia- wszystko musiało być idealnie dopasowane- komentuje Kijewski. Aby klient przeglądając katalog Gawina mógł swobodnie urzeczywistnić swoje marzenia i zgodnie z nimi umeblować mieszkanie — dodaje.

Tworząc wizualizacje firma wykorzystała swoje bezcenne doświadczenie z przeprowadzanych wcześniej sesji fotograficznych. Przy projektowaniu komputerowego studia zdjęciowego uczestniczyli architekci i profesjonalni fotografowie. Ich uwagi graficy przenosili z pomocą specjalistycznych programów w wirtualny świat. Nie jest sztuką wykonać model pomieszczenia w programie do wizualizacji. Sztuką jest uzyskać odpowiedni efekt. Cały czas wykorzystujemy wiedzę zdobytą podczas prac w tradycyjnym studiu zdjęciowym — podkreśla właściciel Kijewski-Studio.

Kolejnym zagrożeniem sesji wykonywanych w studio jest zazwyczaj powtarzalność i schematyczność wnętrz oraz duże ich podobieństwo do ofert konkurencji. Ograniczeniem są przede wszystkim środki techniczne. Nie zawsze na przykład uda się zdobyć odpowiednie przedmioty, dekoracje niezbędne do uzyskania pożądanej aranżacji.

Mimo tych wszystkich różnic, świat wirtualny czerpie przykład z realnego. Wizualizacje nie są wyjątkiem. Doświadczenia z prawdziwych sesji zdjęciowych nie da się zastąpić — kończy Kijewski.
Prace nad katalogiem i stroną internetową dla Gawina nadal trwają. Katalog będzie można zobaczyć w maju na Targach Mebli i Wyposażenia Wnętrz w Poznaniu.

Z cyberświata do salonu

Jedyną wadą wizualizacji jest to, iż pozostają wirtualne dopóki sami nie wybierzemy się do sklepu meblowego i nie zrobimy zakupów. A potem? Potem pozostaje nam jedynie urealnić wyobrażenia i powstawiać je do salonu.

Krzysztof Jędrysiak www.idcg.pl