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City Design工具 Vol.5 (7回) ImageToFacade
  我是Arizona州立大学的小林。下面来介绍Forum8公开的CityDesign工具。Forum8公司以VR包装的UC-win/Road和其它的3DCG包装来开发无缝隙的城市数据的生成・变换的工具群为目标。在这里介绍的工具的源代码也将公开。因为现在还没有特定的支援,所以即使有错误的问题难免要承担责任,请大家多关照。此次在建筑・土木关系方面的报道,如果希望得到与贵公司的系统相适应的简易工具的话,请通知我们。
 工具自动生成工具
  前几次我们介绍了PovrayToMax、ImageToTerrain、AnimatedCharacte、ImageToCity工具。第五次也就是这次我们来介绍使ImageToFacade建筑物正面生成的工具。与之前介绍的工具一样,此工具是作为Autodesk公司的3dsMax插件被开发的。

  上次介绍的ImageToCity工具,为了在短时间内使都市全体全自动的生成,建筑物的正面・设计是随机决定的。也就是电脑随意的决定其设计。像游戏里假设的世界的都市数据作成是没有问题的,但是不太适合实际的城市数据作成的实际业务。所以说,逼真的作成一个个的建筑物是必要的。此外,与好莱坞电影和游戏开发有所不同是,VR都市数据必须要在被限定的预算内短时间的作成。为了满足以上的需要,开发了本次介绍的ImageToFacade。与以往介绍的工具多少有所不同的是,本次的工具是“工具自动生成工具”。
 设计是
  在工具介绍之前,先稍微讲一下设计。从第一次在大学的建筑学科学习设计开始,我已经有20年以上从事设计的教育工作了。我想给大家介绍一下其中令我印象深刻的话题。
 
  在数学里,演绎法和归纳法这两种方法比较有名。演绎法是「样本(例题)」使用「解法」来获得「解答」的推论方法。归纳法是从「解答」と「例题」中获得「解法」的一种推论方法。还有一个组合是由「解答」和「解法」作出「例题」的方法,以上为设计的行为。


  从小学到大学我们消耗了大量的时间在演绎法的学习上。比如以加法为例,3+5=?12+3=?的问题,根据加法的法则来导出答案的训练频繁的在进行。另一方面,到了研究生水平的时候,锻炼的是推测规则和规定,测试验证(归纳的能力)。比如3@5的答案是8,12@3的答案是15的时候,{@}是用什么法则来推测的。根据以上的定义,那么这个时候的设计为,满足答案为8(或15)的加法运算的一种行为。设计表面上来看与数学没有关系,我想说的是,实际上与数学中的推论法有着密切的关系(可能)。今后,设计用数学的方法来解释将成为我的研究目标。

  演绎法的目的是在短时间内获得答案,归纳法的目的是用一般的法规来寻找目的。那么,设计的目的是什么呢?实际上和大家所知道的一样,是有吸引力的创意。为了解决经历多年也没能解决的问题时,Creativity(独创性)是非常必要的。我觉得这个与设计能力是有很大关系的。

  答案为8的加法运算的例题,「2+6」和「1+7」没有太大的独创性,如果学习加法运算的孩子举出「1+1+6」等三位相加的例子的话,其独创性我们应该是能感受到的。一个例题可以牵引出众多的例题作成,这就是独创性重要的理由所在。所以我正考虑开发一款像这样的「独创性支持」的工具。
 独创性支持工具
  刚才说了设计正如做例题,那么,什么样的工具支持独创性,并能协助作成很好的例题呢?各个领域的研究者正在研究「独创性(Creativity)」,对于我来说,我不明白的是为什么要有独创性,因为是否能够成为独创作品取决的是制作人,所以我想在不破坏独创性的前提下的工具是必要的。这次我作出了如下假设。“支持独创性的道具,制作人能够充分自由的决定和选择,而且还能够灵活的改变。”

  然后,我们来关注一下化妆包。我不化妆,但很多女性都拥有装有很多化妆品的化妆包。如果是一位化妆专家的话,那么化妆包就像魔法包一样,可以利用很多的化妆品有效率的化妆,然后再对这些化妆品整理和保管。与之相同,当追加新的设备的时候,为满足客户端和工作的需求,时常将设备进行调整后再开始工作。我所想的组合中设计工具是必要的。如果把这个组合利用到建筑物正面的作成中,我推荐以下几项工具。

  • 设计师先准备好自己用的正面作成用的图像。
  • 将准备好的图像保存到一个独立的文件夹中,配合工作能够改变其组合。
  • 从图像群中生成的3D数据工具(接口)将自动的被生成(各个图像使用一个按钮便可生成)。
  • 被生成的工具的使用方法总是不变的,所以在工具的学习上不会耗费时间。   

 工作流程
在这里我来介绍一下实际的工作流程。
1) 首先用户先要仔细观察将要作成的城镇建筑物的正面,然后作成分割规划和窗户的比例等图像数据,将以上保存到同一个文件夹内。
2) 使用本插件,指定保存了的文件夹。
3) 从保存的图像中自动的生成按钮群
4) 实际利用时选择Quad网,选择一个图像按钮。
5-6) 选择的Quad网再次被分割。高度的信息根据图像的Alpha信息,将128(中央值)作为0,做不均衡的计算。英寸基准或是公尺基准的指定是必要的。默认为英寸。(参照图1)
1 工作流程
  在图像作成的时候多少会有些限制。首先根据颜色的不同进行正面的分割,当采取反走样时,由于它会分裂每个像素,所以将其关闭。

  此外,黑(RGB)=(0,0,0),白(RGB)=(255,255,255),等的纯色彩在材料ID和窗户的形状变形的使用上是必须避免的。
 样品图象
  Arizona州立大学的课堂上给学生看的用户研究的课题如图2所示。没有使用过3ds Max的学生们可以在1个小时左右作成以下的建筑物。

  因为他们都不是设计学科的学生,刚开始好像都不太明白建筑物要怎样进行简单化才好。所以开始时举出一些例子,然后再一边制作一边感受其中的乐趣。作成的3D建筑物作为FBX文件输出,然后导入到UC-win/Road中。
2 学生作品

  此外,在夏季的研讨会上访问的威尼斯街道模型也是使用图3的画像群作成的。

3 威尼斯街道模型的正面用图像群  

  从图4(左)的简易模型作成最终模型(右)只需要不到15分钟。

图4  威尼斯的街道

  此外,Forum8出版的书籍封面的3D模型也是使用本工具作成的。(参照图5)
5 自动生成的城市模型和相应的12枚图像群

 结束
  自己使用工具准备一个简单的模式图像群可以灵活的调整,而且,单击的话建筑物的正面的几何数据和材料的决定也成为了可能。下次将介绍为了使建筑物在VR空间中更好的显示的反映AmbientOcclusion纹理生成工具的BakedTexture。

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超级计算机云TM
CG渲染服务

 开始
  超级计算机云(TM)「CG动画服务」所提供的服务是,UC-win/Road作成的三维虚拟现实数据,利用免费的3D图形软件POV-Ray射线追踪进行输出,并生成高分辨率的动画文件。射线追踪的最大的特征是正确的计算光合材料的外观,但是,一个图像的生成要花费几个小时到几天的情况也是有的。为了作出高品质的静态图像,UC-win/Road的空间信息在POV-Ray数据中输出的功能以前就有,由于渲染的时间较长,CG动画的作成不能够被利用了。对超级计算机的利用使渲染的时间大幅度的缩短,在普通的电脑和UC-win/Road中不能实现的高分辨率的动画的作成实现了。

 服务流程
  在动画的作成上,在UC-win/Road作成的VR场景里实行POV-Ray用的追加设定是必要的。设定后试验的用POV-Ray输出静态图像,POV-Ray设定和特殊效果的确定,动画内容和必要的对应,实行脚本等的调整。POV-Ray设定,输出后脚本文件能够在编辑中修正,也能够灵活的编辑设定。调整完后将动画的各帧输入到POV-Ray,同时根据被输出的AVI和帧图像来大致确认完成后的AVI。当所有的确认都完成了之后,在超级计算机上实行渲染。渲染的结果到AVI文件的再构成・编辑,最终获得DVD光盘等的最终成品。
 POV-Ray的设定
  POV-Ray能够调整物体形状,表面特性,大气效应,光源,摄像头位置等的要素,在UC-win/Road上利用POV-Ray插件能够确认和追加设定被表示的各种画面。这回根据在UC-win/Road上的追加设定的可能的数点项目,记载设定画面的表示方法和基本的参数。

表面特性(材料)的表现
  POV-Ray的定义对象表面材质(纹理)的信息作为脚本丰富的存在。以上根据UC-win/Road的「3D模型的编辑」对话框能够进行编辑,点击POV-Ray标签内的「纹理」标签,可以进行纹理表面材质和透明度等的设定。
1 车的车体材料的设定

光源的表现
  POV-Ray支持点光源、面光源、聚光灯。路灯和灯塔等的3D模型作为光源使用的时候,根据「3D模型的编辑」对话框能够进行编辑。此外,在模型编辑画面的「动作」设定中能够表现出光层的移动和旋转,还能够表现出像灯塔光的旋转的动态。
2 灯塔光源的设定 3 灯塔雾的设定

的反射和波纹的表现
  POV-Ray选项,在UC-win/Road上的水面可以更真实的表现出来。选择湖泊的时候显示的「湖泊的编辑」对话框中的「POV-Ray」按钮中进行设定的编辑,与水面的反射和波纹关连的设定也一同进行。

4 水面、海洋的POV-Ray设定

 关于动画的输出
  POV-Ray动画的输出分辨率和帧频,有LowRes(512*384 15fps)、DVD分辨率(720*480 15fps)、Blu-ray分辨率(1920*1080 24fps)三个种类的分辨率。能够输出大屏幕用的超高分辨率的6k(5760*2160)动画。6K分辨率的时候在未压缩状态下,为了容量变为每秒1GB,直接用一般的动画再生软件进行再生是不可能的,但是,利用高效率的数据压缩正在实现当中。


5 POV-Ray上编辑建筑物车辆的材料渲染
6 POV-Ray上编辑车辆的材料、渲染  
7 POV-Ray上设定光源、水的反射渲染
(Up&Coming '11 晩秋发行出版)
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