A lombkönyvtár vizsgálata és felhasználása az IToo Forest Pack Pro szoftverben a létrehozáshoz
Aki tudja, hogy nem tud semmit, az bölcs. Ki tudja még, mit nem tud, kérdezhet róla. És ha végre tudja, hol találja meg azt, amit nem tud, akkor utánanézhet. Albert Einstein
Köszönetnyilvánítás Először is szeretném megköszönni mindenkinek, aki támogatta és motiválta a jelen diplomamunka elkészítése során. Külön szeretnék köszönetet mondani Frank Ringwaldnak és Christian Malterernek, akik gondozták a munkámat, és ezért nekem is. Nemcsak kritikus kérdezéssel adott többször értékes tanácsokat, az erkölcsi támogatás és a motiváció is verhetetlen volt. Meggondolkodtattál határaimon túl. Köszönjük türelmét és erőfeszítését. Ezúton is szeretnék köszönetet mondani nővéremnek és barátaimnak, akik sok órán át lektoráltak. Rámutattak a gyengeségekre, és nem szakemberként mindig meg tudták mutatni, hogy hol van még magyarázat. Külön köszönet illeti a barátnőmet is, aki érzelmi támogatást nyújtott nekem, főleg a végső spurt során. Végül, de nem utolsósorban szeretnék köszönetet mondani szüleimnek, mert tanulmányaik során nemcsak anyagilag, de érzelmileg is mindig ott voltak mellettem.
A Laubwerk könyvtár vizsgálata és felhasználása az itoo Software Forest Pack Pro programban reális környezetek megteremtése érdekében.Bachelor szakdolgozat tudományos fokozat megszerzéséhez Bachelor of Arts a Media Design University digitális filmtervezési részlegén. Beküldte: Thomas Hellmuth Született: 1986. május 19-én Nauenben 1. vizsgabiztos: Frank Ringwald 2. vizsgabiztos: Christian Malterer Berlin, dátum: 2014.02.28.
Tartalom 1. Bevezetés 4 1.1. Előszó 4 1.2. A munka problémája és célja 4 2. Alapok 7 2.1. Általános információk a növényzetről 7 2.2. A növényzet típusai 7 2.3. A növényzet zónái 8 2.3.1. Tundra 8 2.3.2. Északi tűlevelű erdő 8 2.3.3. Lombhullató és vegyes erdő 8 2.3.4. 9. sztyepp 2.3.5. Kemény lombhullató fák 9 2.3.6. Sivatag 9 2.3.7. Savannah 10 2.3.8. Trópusi esőerdők 10 2.4. Általános információk a fákról 10 2.5. A fa szerkezete 11 3. Virtuális növények létrehozásának folyamata 16 3.1. Eljárási eljárás 16 3.1.1. Fraktálok 16 3.1.2. Lindenmayer rendszerek 19 3.2. Hirdetőtáblák 23 3.3. A növények kézi modellezése 26 1 1
4. A digitálisan létrehozott tájak alkalmazási területei 29 4.1. Film 29 4.2. Reklám 32 4.3. Videojátékok 33 4.4. Építészet 34 5. A programok leírása 37 5.1. itoo szoftver Forest Pack Pro 37 5.1.1. Az itoo alapjai Software Forest Pack Pro 37 5.1.2. A felhasználói felület és annak attribútumai magyarázata a programhoz 38 5.2. Lombozat 51 5.2.1. A lombozat alapjai 51 5.2.2. A felhasználói felület és annak attribútumainak magyarázata a programhoz 51 6. A megvalósítás leírása 55 7. Gyakorlati kidolgozás 58 7.1. Vizsgálati kritériumok 58 7.2. A kísérlet leírása 59 7.3. A kritériumok értékelése 65 8. Záró szempont 70 8.1. Következtetés 70 8.2. Kitekintés 71 9. Források listája 72 10. Ábra-lista 74 2 2
hogy megkapja. A digitálisan létrehozott tájak alkalmazási területe szintén fontos és további szempont a munka gyakorlati részében. A szoftver képei és a programok egyes paramétereinek magyarázata segítségével jobb megértés alakulhat ki. Ezen információk megjelenítése után leírják a teljes jelenet felépítését. Ezen a területen részletesebben ismertetnek bizonyos beállításokat, valamint további szükséges tárgyakat, amelyeknek jelen kell lenniük a reális növényzet létrehozásához. A kimeneti vizualizációk megmutatják a lehetőségeket a jelenleg elérhető programokkal. Ez a szakasz az eredmények kiértékelését is tartalmazza, mely beállítások vezethetnek megfelelő eredményekhez, és mire használják ezeket. Ezután a virtuális és a valódi növényzet rövid összehasonlítását mutatjuk be. Végül javítási javaslatok kerülnek bemutatásra, amelyeknek tisztázniuk kell a programokkal való jobb együttműködést. Ebben a munkában az összes felhasznált angol szót dőlt betűvel tüntettük fel. Bevezetés// A dolgozat problémája és célja 5 5
ahol aztán szerves vegyületekké alakulnak. Ezek az anyagok viszont szükségesek a fa növekedéséhez és folyamatos fennmaradásához. A következő részben az egyes komponenseket részletesebben megvizsgáljuk, hogy szemléltessük fontosságukat a fák létezése szempontjából. 1. ábra 2.5. A lombhullató fa szerkezete A fa szerkezete A fa optimális vizuális megjelenítéséhez fontos a sok apró részlet, amely különösen közeli kép esetén merülhet fel. A gyökerek többnyire az altalajban vannak elrejtve. Ezért a fontosság inkább hátul van, de nem szabad teljesen elfelejteni, mivel ezek részben a fa alján is felbukkanhatnak. 2. ábra Szokatlan gyökerek 3. ábra Szokatlan gyökerek A fa alapjai/felépítése 11
Bizonyos körülmények között ez a megjelenés rendkívül lenyűgöző megjelenítést tesz lehetővé, amint az a 2. és 3. ábrán is látható. Azt is meg kell jegyezni, hogy különböző típusú gyökerek léteznek. 4. ábra Gyökérrendszerek Például az úgynevezett sekély gyökerek megtalálhatók a lucfenyőben. A fenyőkben a szív gyökerei és a fenyőkben a csapgyökerei (4. ábra). A fatörzs csatlakozik a gyökerekhez, és több rétegben épül fel. Belülről kiindulva a rétegek szívfából, sapfából, kambiumból, háncsból állnak, és a kéreg vagy kéreg a legfontosabb a külső, vizuális megjelenítés szempontjából (5. ábra). Ez főleg a hántréteg elhalt sejtjeiből áll, amely megvédi a fát a környezeti hatásoktól [Gartentipps2014]. 5. ábra A fatörzs szerkezete A fa alapjai/felépítése 12
A kéreg külleme változatos, ezért nagyon egyedi megkülönböztető jellemzője az egyes fafajoknak, amint az a 6. és 7. ábrán látható. 6. ábra Fakéreg 7. ábra Fakéreg A fák utolsó, fontos jellemzője a levelek. A kéreghez hasonlóan ezek is fajonként nagyon különböznek egymástól, és közelebbről megvizsgálva egy 8. ábrát is mutatnak. A fa legváltozatosabb alakzatainak, alapjainak/szerkezetének ábrázolása 13
nagy részletesség szükséges. Például a levelek levélformájukban különböznek egymástól, amint az a 8. ábrán látható. Továbbá a levelek ereikben vagy szerkezeteikben különböznek egymástól, amint az a 9. és 10. ábrán látható. 9. ábra Egy levél levélerei 10. ábra Tű alakú levél A fa alapjai/felépítése 14
03 Eljárás virtuális növények létrehozására
egydimenziós szerkezetként látható, de később kiterjeszthető a második és a harmadik dimenzióig [Jo/Ey2001]. 21. ábra Komplex példa a baktériumokra A teknős segítségével, amelyet az amerikai használatban teknősértelmezésnek is neveznek, ez az ábrázolás a következő szabályok használatával tisztázható a teknős mozgási sorrendjének megjelenítéséhez. Az alábbi szabályok segítségével a teknős megmozdulhat, és ez a mozgás vizuálisan ábrázolható. F - Meghúzza az F elemet - Halad előre az elem hosszával F G - Meghúzza a G elemet - Előrelép a G elem hossza + - elfordul δ az óramutató járásával ellentétes irányba - - elfordul δ az óramutató járásával megegyező irányba [- Megjegyzés aktuális helyzet] - Visszatérés az utolsó megjegyzett pozícióhoz A teknős ábécéje így definiálva van, és így néz ki: V =. Az F + F + FF szekvenciát a teknős a következőképpen ábrázolná: 22. ábra F + F + FF szekvencia a teknős segítségével Ha δ 90-ként értelmezzük, akkor az F [+ F] [- FF] F elrendezés kívül esne: ábra F [+ F] [- FF] f szekvencia a teknős módszer alkalmazásával a virtuális növények létrehozására/eljárási módszer 21
A teknős értelmezésével mindenféle szerkezet vagy ág megvalósítható. A növekvő iterációs lépések hozzáadásával az eredmények egyre inkább elágazók. A bemutatott példában (24. és 25. ábra) csak az F elemet használjuk és zöld vonalként mutatjuk be. A δ paraméter 30. Már a negyedik iteráció után végrehajtják a teknős 1116 rajzparancsait. Ez az ábra egy zárójeles 0L rendszer példája [Jo/Ey2001]. 24. ábra: Gyártási szabály egyre elágazóbb eredménnyel 25. ábra: Vizuális példa Ebben a példában (26. és 27. ábra) az F elem kiegészül az I paraméter hozzáadásával, amely csak az elágazás létrehozására szolgál. Az I. elemnek azonban nincs fizikai hossza. Ez a példa egyértelműen mutatja a teknős függetlenségét. Ha közelebbről megvizsgál egy kis ágat, láthatja, hogy annak mindig ugyanaz az alakja, mint az egész növénynek. A 26. ábra sorrendjének követése növekvő I. elemmel 27. ábra Vizuális példa a virtuális növények létrehozásának módszerére/eljárási módszer 22
32. ábra A fényképezőgéphez igazítva 34. ábra 36. ábra Nézet a kamerából 33. ábra 35. ábra A fényképezőgéphez igazítva - alfa nézet a madártávlatból A különbség a 34. ábrán A fotó textúrák fontos megtakarítást jelentenek a sokszögek számában5, és ezáltal a megjelenítési időkben is. Ennek egyértelművé kell tennie, hogy rövid időn belül hatalmas erdőket lehetett létrehozni anélkül, hogy túlterhelték volna az akkori számítógépeket. Például az átlátszósági komponensek használatával lehetséges, hogy egy négyzet alakú felületre merőleges fa bizonyos perspektívából megfelelőnek tűnjön. Ha azonban megváltozik a látószög, akkor gyorsan kiderül, hogy ez a típusú kijelző gyorsan elérheti a határait. Mivel ez csak egy lapos textúra, oldalról nézve csak egy vonal lesz látható. Valószínűleg a probléma leghatékonyabb megoldása a fotó textúrák, más néven óriásplakátok6 automatikus igazítása az 5 nézőponthoz. A sokszög egy sík felület, amelyet legalább három pont köt össze. A 6 óriásplakát az óriásplakátok vagy reklámtáblák angol fordítása. Eljárás virtuális üzemek/hirdetőtáblák létrehozására 24
04 A digitálisan létrehozott tájak alkalmazási területei
05 A programok ismertetése
itoo szoftver, amelyben az értékek globálisan működnek, a beállítások minden textúrához külön vannak. 62. ábra Térkép felülbírálása Az Override aktiválásával szerkesztheti a beállításokat (62. ábra). Ugyanazok a lehetőségek lehetségesek a bal oldalon is, amelyek már láthatók voltak az itoo szoftver parancsfájljában. A variáció növekedésével meghatározható az egyedi objektumra vagy az egész objektumra alkalmazott változás is. Van még a Blending Mode funkció. Segítségével meghatározhatja, hogy miként keverje össze a meglévő textúrát a kézi beállításokkal, és gyorsabb és egyedi munkát kínál. A program egyedi árnyékolókkal is foglalkozik. Ez lehetővé teszi az óriásplakátok jobb megjelenítését. Jelenleg azonban ez a fejlesztés csak a Mental Ray render motorral lehetséges. Ebben a szakaszban fontos biztosítani, hogy csak a Forest Pack Pro anyagait használják, különben hibák fordulhatnak elő, vagy az értékek megváltoztatásakor semmilyen hatás nem látható. A Forest Pack Pro 48 programok/itoo szoftverek maximális leírása
06 A megvalósítás leírása
07 Gyakorlati kidolgozás