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City Design工具 Vol.6 (全7次)　BakedTexture

我是亚利桑那州立大学的小林。我将介绍由Forum8公开的CityDesign工具。我们致力于在Forum8公司的VR包装的UC-win/Road和其它的3DCG包装之间的无缝隙的都市数据的作成与变换的工具群的开发。
在这里我们也将公开介绍工具的源代码。但是本次并不是特定的支持，所以可能会承担责任，请理解。如果这里有适合贵公司的简易的工具请与我们联系。
　工具自动生成工具
迎接了第6回，我们将介绍本系列的“BakedTexture”，它是一款利用环境・闭塞效果，在纹理上生成具有着色效果的烧图的模型工具。

此工具是Autodesk公司作为3dsMax的插件而开发的。所以对3D对象的纹理稍微加工一下，外观看上去就会有很大的提升。环境・闭塞效果本身已经几乎成为所有3D软件的标准功能。

此工具无需去理解很多复杂的过程却得不到很好的效果，只需要一个按钮就可以达到很好的效果。所以谁都可以使用。

实际上只在3dsMax中进行烧图渲染的时候，将其投进3ds文件中，然后再保存到UC-win/Road用的数据中的过程如果没有太大问题的话，是需要具有丰富的知识和经验。而且，利用原有的3dsMax界面进行烧图渲染时，必须要计算每个建筑物的环境・闭塞效果。

像VR都市数据一样，当有很多的建筑物的时候，要需要相当大的努力的才可以达成。利用在这里开发的工具选择复数的建筑物，会自动的生成烧有环境・闭塞效果的所有建筑物纹理的3DS文件群。
　烧图渲染
在工具介绍之前，先粗略的对烧图渲染和环境・闭塞效果进行说明。烧图渲染是指计算通常的着色纹理效果（影子、阴影、反射），然后将这个效果作为纹理再利用。在VR（虚拟现实）空间里采用通常的实时计算进行这些着色效果，由于在影子的计算上耗费大量的时间，所以以前都是从最开始就利用静态对象来渲染影的纹理的方法。

普通的三维模型是由几何信息和材料信息构成的。几何信息是指顶点・边缘・网格。材料信息是来至于众多图案领域，以前的UC-win/Road是利用一个图案（移动的水面等用两个）。现在的版本中Diffuse・Ambient・Specula可以利用三个图案。对于各个图案领域都能够分配一个纹理（图像文件）。在Diffuse图案中可以表现基本色彩信息的纹理、Ambien图案表现光线照射不到的时候的色彩信息的纹理、Specular图案可以将材料光泽信息表现成灰度图像的纹理。现在的3D游戏可以利用200以上的图案领域，使用越多的图案领域就会耗费更多的时间。所以要使含有巨大数据的VR空间进行可视化，使用一个图案领域是最好的对策。早在80年代以前就开始利用影的烘烧纹理。
　环境・闭塞
环境・闭塞（以下AO）直译为「环境遮蔽」，即被环境光遮蔽部分的阴影效果。

简单的说，放在地面上的某物质统一的接受来自所有方向的光。请假设摄影棚和阴天等时候。

在该物质上可以显示阴影。正在学习CG的人，是用全局照明的词语来表现渲染的手法。

只在阴影效果上先设置烧图纹理，为了得到更好的效果，在最近的游戏中一般都使用AO。在我学习CG的90年代的时候，将36个全面光源配置成圆顶状，然后将取得的渲染结果进行烘烧。


在现在的3DCG中，一个太空光源可以简单的进行计算。

图一无AO效果，（左图）有AO效果，（右图）表示渲染结果。AO效果是由几何信息生成的，所以即使在没有凸凹的面上张贴多数建筑物外观图像也得不到效果。

如图1所示的效果是需要一定程度的几何数据来作成的。而且，在实际的VR空间中还可以加算照射在这个模型上的太阳光的阴影。在下一章中，我们将介绍利用实际的手工方法来作成AO烧图纹理。
■图1　无环境・闭塞効果(左)和有环境・闭塞効果(右)
　采用手工方法作成烧图纹理的制法
实际上作成AO效果的烧图纹理以下的步骤是必要的。
  1. 地面和天空光源作成的设定
  2. 作成烧图对象
  3. 作成UC图案
  4. 渠道・指定効果
  5. 渲染的纹理与脚本的纹理更换
  6. 数据作为3ds文件进行Export

1 2

3 4
■图2　采用方法作成AO効果烧图纹理步骤１到４

为了作较高效果，第一步骤的环境设定是非常重要的。如果在这里没有很好的渲染，即使再努力也不会获得很好的AO效果。如果之后的步骤中如果没有错误的情况下，可以作成富有AO效果的3ds模型。举例说明其中一个注意点。

Diffuse・Ambient・Specular等的图案领域的纹理张贴变换的UV图案，在UC-win/Road中只能利用一个。图案・渠道数为1（UV图案的利用数称为图案渠道数）。也就是说UC-win/Road中纹理的图案・渠道只能分配为1号.Diffuse图案的UV与Specular图案的UV是不能够分别作成的。最近的3D软件可以利用复数的图案・渠道，脚本的纹理的图案・渠道为1号，新烘烧的纹理为2号，如果按照之前的方式，即使导入到UC-win/Road中，请注意脚本的纹理张贴内容也将被输出。

■图3　BakedTexture工具的界面
　像样本图像
我们将介绍把自己使用工具准备的简单的模式图像群作成的模型导入到UC-win/Road中的样本模型。在2011年11月举办的第五届国际VR座谈会上，作者发表了假设日本城的模型。这个模型是利用上一次介绍的工具采用几何数据自动生成的。这样直接应用到UC-win/Road中便可以达到很高的效果，但是利用AO效果的烧图纹理可以达到更好的效果。
　结束
本次我们介绍了使建筑物在VR空间中呈现更好效果的BakedTexture工具，BakedTexture工具利用环境・闭塞，将此效果作为烧图纹理生成，并作为UC-win/Road中可以利用的数据导出。

■图4　假设日本城模型在UC-win/Road中的截图


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AVI捕捉和编解码器

　动画的压缩
动画文件容量很大的时候，通常压缩录像。无压缩AVI的时候，压缩每一帧的静止画面录像，例如，1024×768像素(RGB 24bit)中30fps(1秒钟30帧)，静止画面一张2.3MB左右的话，那么1分钟的容量为2.3MB×30帧×60秒，大约为超过4GB的巨大的文件。如果在这种情况下在UC-win/Road中录制动画的话，需要指定数据压缩的形式。「AVI选项」的「编解码器」栏中显示了计算机安装的编解码器的种类，选择压缩时使用的编解码器。

■图1　UC-win/Road的动画输出选项
　编解码器和容器
编解码器(CODEC：Compression/Decompression)是数据进行压缩/解压缩的程序，动画生成的时候，作成时使用的同类的编解码器是必要的。

Windows标准安装的编解码器中压缩的动画，在交货地等其它的Windows机器上再生的时候，无需安装新的编解码器便可以再生。在Windows7中，如DivX与Xvid等，增添了标准的包含编解码器的种类。编解码器除了影像以外，也存在MP3和AC-3声音的压缩/解压缩中声音编解码器。影像编解码器和声音编解码器对应着它们分别的用途，例如实行「影像DivX声音MP3」组合的压缩操作。

以上压缩数据的保持文件形式称为「容器」格式，除影像・声音以外，还对应着章・字幕再生必要的同期信息等的多种类数据。容器设定文件内部的数据的排列，作为一个文件进行整理，也可以说是数据的遏制容器，内部含有的数据是依据哪个编解码器作成的从外部来看是很难判断的。作为代表的容器有AVI，编解码器无论是DivX还是Xvid，AVI形式的容器内的扩展为avi是同样的。

现在，手提电话、数码相机、DVD等媒介和YouTube等的动画发送等、结合用途、为改变压缩率和画质的优先度，正在流通多数的编解码器的开发。动画的编解码器只用扩展是不能判别的，所以可以利用方便的编解码器识别工具。

　编码和解码
编解码器由编码和解码2个元件构成。编码实行压缩(编码)功能。解码实行压缩解除（解码）功能。编解码器包含两个元件。只含有其中一个元件的编解码器也存在。在一台计算机上能够再生动画但不一定可以作成（压缩）同样形式的动画。例如，DivX等在Windows7中即使有原样生成的形式，但在作成动画的时候，也有必要安装DivX的编解码器（编码）。这些编解码器在网络上可以免费下载。

编解码器
(映像圧縮形式)		 容器形式
(一般的な拡張子)		 特征
WMV wmv/wm Windows Media Video 的缩写。对应Microsoft公司开发的Window Media Player标准。压缩方法MPEG-4为基准。
DivX avi/divx 降低图像劣化、容量可以大幅度的减小。MPEG-4为基准。
Xvid avi/xvid 高画质高压缩。可以压缩成几乎与DivX同样的品质。在开源中MPEG-4为基准。
AVCHD m2ts 利用于HD动画对应摄像机。H.264为基准。
Cinepak avi 初期的Video for Windows和QuickTime、利用于家庭用游戏机中。现在几乎可以用于所有的再生软件中。在低规格的机器中也可以实行，MPEG画质较低，而且压缩时间长，现在几乎不使用。
■表1　在Windows 7中支持再生的主要的视频编解码器

容器 主要对应的编解码器 主要的扩展 特征
AVI 影像：MPEG-4, WMV, H.264 avi Windows标准。对应多样的编解码器，对应多种软件。流是不适合的。
MOV avi mov/qt Apple公司开发。可以利用于数码相机的动画中。在QuickTimePlayer中再生。
RealMedia 影像：RealVideo
声音：RealAudio		 rm/rmvb/ram RealNetworks公司开发。低比特率的流增强，可利用于网上发行的流动画。在RealPlayer中再生。
F4V, FLV(Flash Video) 影像：H.264, On2 VP6(FLV4)
声音：MP3, AAC		 f4v/f4p/flv Adobe Systems公司定义。广泛使用在Web中的动画发行上。采用Flash Player可以实现互动表现，也可以移动发送。
■表2　代表的媒体容器格式
(Up&Coming '12　新年出版发行)
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