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UC-win/Road Ver.11

3D即時VR套裝軟體

　標準支援VR-Cloud®
支持VR數據的網路公開，以協作設計和遠端會議為目的之VR-Cloud®伺服器功能在UC-win/Road的Advanced及 Ultimate版本中，將作為標準功能搭載。VR-Cloud®可供在專案製作時對在遠端的相關人士進行演示與講解。可使用Android裝置來進行方 便的多人同步觀看與操作。
▲圖1　VR-Cloud®
　使用者介面(UI)的改善
畫面選單類型採用「緞帶式(Ribbon)」的形式。以緞帶式功能區來替換掉目前的功能列選單及工具欄配置，讓作業中需要常使用的功能可以被快速找到，提高作業效率。

UC -win/Road的緞帶式功能區由「文件(File)」、「主頁(Home)」、「編輯(Edit)」、「視點(View)」、「伺服器 (Server)」、「插件(Plugin)」緞帶組成。各緞帶式功能區將相關功能集中，透過相應的圖標(Icon)表示，過往略微繁瑣的畫面設置將可以 被更加清楚的表現。

▲圖2　主畫面緞帶式功能區 ▲圖3　材質設置畫面

為了改善使用經驗，在使用模型、道路及天空材質時，更新材質用文件夾內的文件後，無需再重新啟動UC-win/Road就可直接使用。並且，材質選擇可能的全畫面界面統一後，以下功能將可在全畫面中使用。
  • 材質列表的更新
  • 從文件檔中追加讀取
  • 從Road DB資料庫中下載
　對應Oculus Rift
Oculus Rift是美國Oculus VR公司開發的密閉式頭戴型顯示器(Head Mounted Display－HMD)。與過往的HMD相比，其視角更為擴大（對角110°），使用本裝置，將可給予3DVR影像更大的沒入感及臨場感。
▲圖4　使用Oculus Rift時的影像例圖 ▲圖5　Oculus Rift DK2

考 慮到立體視覺對於左右眼看到的會有視差，因此以不同的顯示器來顯示不同的影像(如圖四)，並且，為了在兩眼的極近距離中讓配置的畫面看起來更大，能讓視野 廣闊的觀看，進行了與安裝鏡頭相反的歪曲顯示。與此配合的，還有與內藏的加速度感應器連動，讓使用者的頭部方向與影像的視線方向同步，以達到讓使用者自由 選擇視點來進行駕駛模擬或步行體驗。
HMD與一般的顯示器相比，可以更加正確的把握模型的立體感與距離感，在模擬可視化與演示上非常有效。
　對應OpenStreetMap
OpenStreetMap (OSM)是世界免費地圖。無論是誰都可以使用它來讓3DVR更接近現實。OSM可取代Google地圖等付費服務，許多企業都採用該服務。

OSM的數據格式基本上是由節點，道路所構成，彼此間互相相關，具有開放性與柔軟性。例如：道路、隧道、橋樑、建築物等均可顯示。

OSM插件是為了連接OSM與UC-win/Road而開發的插件。該插件能實現在3D虛擬空間的世界裡，簡單的再現OSM數據並使之可視化。(如圖6)

此次新增功能是用戶可導入任意的OSM，再利用插件自動將UC-win/Road數據作轉換。支援道路、隧道、橋樑、道路名稱、道路類型、車線大小等設置，並支持客製化開發，未來預計將支援導入建築物。

▲圖6　OpenStreetMap
數據轉換範例
　線型計算功能
在之前的版本當中，為了輸入既有道路，必須先讀取航空照片之後再使用IP法來進行線形的輸入調整，非常耗費時間。
而在UC-win/Road 11當中，為了實現更加簡單方便的得到輸入道路線形，開發出線形計算功能。可將GPS的軌跡資訊導入，並且從手動輸入的點列當中自動計算作為道路中心線的 平面線形與縱斷面線形。使用線形計算功能，可更加的縮短數據製作時間，更簡單的進行模擬環境的構築。

平面線形計算
平面線形是利用直線、緩和曲線與圓弧，此三要素構成的線形計算。最初的步驟是從點列當中檢測出直線部分及圓弧部分。
檢測出直線和圓弧之後，再計算直線與圓、圓與圓間結合的緩和曲線（回旋曲線）、直線與圓弧以緩和曲線接續。

縱斷面線形計算
平面線形以同樣的方法來檢測出直線，當求出縱斷面變化點之後，再與點列結合作調整VCL與設置道路。
▲圖7　從點列當中製作平面線形變換為OpenStreetMap的數據範例
▲圖8　從點列當中製作縱斷面線形
　3DS輸出功能改善
輸出3DS模型檔時，追加輸出XML文件，可將目標模型的座標訊息及景觀訊息功能作輸出。
使用輸出的3DS模型與XML文件，將能更自由的與第三方軟體作更高自由度的活用。
並且，還對應新的標識、道路標誌、背景、電線等物體的3DS模型輸出。
　SfM(Structure from Motion)
所謂的SfM(Structure from Motion)，係指藉由複數照片來生成3D座標點數據(點雲數據)的技術。SfM無需特殊的機器，只需使用一般的數位相機拍下的照片，就可簡單的製作 3D數據。SfMPlugin為使用UC-win/Road來進行SfM分析，並將其分析結果(點雲數據)用在UC-win/Road的成像上之插件。
SfMPlugin使用順序如下所示：
  1. 對欲生成3D座標的空間進行拍照攝影
  2. 設定分析條件，執行SfM分析
  3. 調整點雲
分 析時除了需要設定鏡頭失真的特性外，照片以外的所有必要檔案皆可透過SfMPlugin功能來製作。製作完成的點雲(Point Cloud)，可在UC-win/Road的3DVR空間上呈現，可應用於模擬環境。此時，為了使點雲更加方便的被使用，其位置、旋轉、規模…等均可調 整。

本插件可搭配車載照相機來在UC-win/Road作道路與道路構造物的還原，而使用UAV的話則可來還原形狀較複雜或是大型建築物。
■圖9　SfMPlugin概要
　自行車模擬
自行車的力學模組在新版本中將作為標準功能來搭載。

在現有版本當中自行車駕駛是將自行車模型定義為步行者步行。在此設定下，由於自行車是被視為步行者的一種，因此當腳踏板停止後，整個模擬也會立即停止。

此次追加的自行車模擬，為了重現力學的慣性法則，將保留體力法則(Energy Saving)有關的摩擦力、空氣阻力...等力學模組加入。因此自行車在腳踏板停止踩踏後仍可依據慣性動能進行滑行，其滑行根據上坡、下坡的傾斜角度的 不同，其速度也會產生變化。腳踏板產生的扭力、摩擦係數、車重等參數均可設置，也可在單獨的環境中進行模擬。
▲圖10　騎乘示意圖


本次實裝的自行車模擬將可作為場景製作的一部分。設置部分場景的時候，需要首先設置騎乘的自行車模型與騎乘路線與騎乘開始位置。騎乘路線透過事先設置完成的飛行路線，就可使自行車模型在地面上作正確的騎乘。請使用鍵盤或遊戲控制器來啟動自行車騎乘。

此功能還可對應歷程記錄輸出功能。在模擬中取得的自行車之位置、傾斜角、速度…等訊息皆可進行輸出，將對相關的研究產生關鍵作用。

並且，藉由插件功能，還可與FLOVEL CO.,LTD生產的cycle street腳踏車模擬器作聯動，透過與電腦接續的cycleStreet踏板，自行車可在3D虛擬環境下騎乘行進。透過cycleStreet的踏板旋轉速度，將可作到速度的調節。
　更新渲染（繪圖）引擎
此次更新將影子的可視化功能作了高速化以及品質改良。
除了可對應日照模擬、駕駛模擬外，需要即時性的模擬也可使用，大大增加了立體感與空間沉浸、沒入感。影子的銳度，清晰程度及濃度等皆可進行設置。不但可設置晴天的狀態還可設置陰天狀態的影子。

改善了湖、沼在微波下的顯示精緻度。可動態計算材質、光線反射…等，實現更真實的水波紋表現。
   
天空的材質製作除了現有的使用材質與方法外，還可藉由將天空作模型模組化後作濁度計算（如彩霞的狀況下），另根據時間計算天空顏色。未來還將擴展雲的模型模組化。

本次更新了內部渲染（繪圖）引擎，確保延展性。畫面渲染（繪圖）方法統一的同時，可提供描繪各個步驟的客製化開發。將來將會使用SDK(開發者套件)，追加描繪各步驟（路徑）的前處理、後處理、魚眼鏡頭效果、環境閉鎖、邊緣融合等功能。
 
UC-win/Road Ver.10 没有影子
 UC-win/Road Ver.11 晴天明亮時

UC-win/Road Ver.11 陰天昏暗時
▲圖11　在UC-win/Road Ver.10没有影子時，與UC-win/Road Ver.11有影子時的比較
Ver.11可設置晴天與陰天等，隨著天氣的不同將使天空明亮度及影子强度的表現更加豐富。
 
▲圖12　微波表現   ▲圖13　天空表現
　文末
以上為本次UC-win/Road 11的最新功能介紹。
今後也將根據各位的意見，積極改良產品，敬請期待。
(本文刊載於Up&Coming '16　新年号)
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