Материал: Разработка виртуального 3D музея

Разработка виртуального 3D музея

Оглавление

Введение

. Обзор и анализ предметной области

.1 Обзор основных понятий предметной области

.2 Обзор устройств виртуальной реальности

1.2.1 Oculus Rift

.2.2 Sony Morpheus, Project Morpheus

.2.3 AntVR Kit

.2.4 Avegant Glyph

.2.5 Samsung Gear VR

.2.6 Valve HTC Vive

.2.7 Open Source Virtual Reality (OSVR)

1.3 Обзор существующих виртуальных музеев

.4 Обзор состава и параметров технических средств мобильных устройств

.4.1 Android

.4.2 iOS

.4.3 Windows Phone

.5 Обзор сред для 3D - моделирования

1.5.1 GoogleSketchUp

.5.2 3dsMax

.5.3 AutodeskMaya

.5.4 Blender

1.5.5 Wings3d

.5.6 SweetHome 3D

.6 Обзор и анализ игровых движков

1.6.1 Unity

.6.2 MoneGame / XNA

.6.3 Unreal Engine

1.6.4 Construct 2

.6.5 Сравнение и выводы

. Обзор и анализ существующих методов

.1 Анализ современных методов 3D моделирования

.1.1 Каркасное моделирование

.1.2 Поверхностное моделирование

.1.3 Твердотельное моделирование

. Особенности реализации

. Практическая часть

.1 Создание 3D - модели

.2 Работа с Unity

Заключение

Список использованных источников

Введение

 век - это век развития технологий. Техника и технологии воздействуют на все сферы нашего общества: материально - производственную, бытовую и духовную, меняют систему коммуникации и информации, оказывают влияние как на личную, так и на общественную жизнь людей, меняя образ жизни.

Все вышеперечисленное порождает такой феномен, как виртуальная реальность. Человечество придумывает новые технологии, чтобы переместить свою деятельность из реальной в виртуальную. Примером этому всему служит появление виртуальных музеев, которых с каждым днем становится все больше и больше.

Виртуальный музей - это своего рода модель существующего музея, доступ к которому может получить каждый человек из любой точки мира. Разработка виртуального музея - отличной способ для социализации и окультуривания населения не только нашей страны, но и целого мира. Благодаря внедрению интерактивных и сетевых форм стимулируется познавательная активность.

Актуальность этой проблемы очевидна. Как мы видим, на сегодняшний день существует проблема общекультурного кризиса, поэтому воспитание культурной личности, обладающей устойчивой системой ценностных ориентаций, способной сознательно строить свои отношения к природе, обществу, другим людям, самому себе, способной к творческой самореализации во всех сферах деятельности, представляется чрезвычайно важным. Музей является значимым социальным институтом, который способствует социализации и окультуриванию личности.

Чтобы посещение музеев было более доступным, создаются виртуальные туры, сайты, базы данных музеев, которые наглядно представляют нам экспонаты, находящиеся в этих музеях. Все большей популярностью пользуются виртуальные 3D - туры. Их востребованность возрастает, так как таким образом человек экономит свое время, посещая музеи, находясь дома или на работе. Также, виртуальный тур - это хороший способ узнать, стоит ли посещение той или иной достопримечательности потраченных денег и времени.

У виртуальных музеев имеется ряд ключевых преимуществ:

·        В виртуальных музеях создан эффект присутствия. Посетители могут рассматривать культурные ценности и экспонаты детально;

·        Виртуальные технологии - новый виток науки. Создание виртуального тура, привлечет потенциальных клиентов, и позволит выделиться среди конкурентов;

·        3D галерея - хороший способ заявить о достоинствах и преимуществах культурных объектов большому количеству людей. Многие пользователи, посетившие виртуальный музей, заходят поделиться информацией о нем в социальных сетях.

Целью данной работы является разработка виртуального 3D музея. Из этого вытекает ряд задач:

)        Анализ существующих виртуальных музеев;

)        Анализ предметной области;

)        Формирование основных требований к виртуальному 3D музею;

)        Сбор цифровой и текстовой информации о Московском Мультимедиа Арт Музее;

)        Разработка структуры и интерфейса мобильного приложения.

Данная работа содержит обзор и анализ предметной области, сред моделирования, игровых движков. Также рассмотрены устройства ВР, позволяющие полностью погрузиться в виртуальный мир. Описываются результаты проведенной работы.

1.      Обзор и анализ предметной области

виртуальный музей мультимедиа интерфейс

1.1    Обзор основных понятий предметной области

Для начала познакомимся с основными понятиями данной области, обратившись к их определениям. Ключевым понятием является виртуальная реальность. Итак, Виртуальная реальность (ВР, англ. virtual reality, VR, искусственная реальность) - созданный с помощью технических средств мир (объекты и субъекты), который передается человеку через его органы чувств: зрение, слух, обоняние, осязание и другие [1]. Объекты этого мира аналогичны объектам материального мира, они так же поддаются законам физики.

Трехмерное пространство - представленная в геометрическом виде модель материального мира, в котором мы находимся [2]. Пространство называется трехмерным, когда оно имеет три параметра - длину, ширину, и высоту.

Следующим понятием в этой области является трехмерная графика. Трёхмерная графика является разделом компьютерной графики, который посвящен методам создания изображений или видео с помощью процесса моделирования объектов трехмерного пространства [3].

Чтобы получить трехмерное изображение на плоскости необходимо выполнить следующие этапы:

·        Моделирование - процесс создания трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;

·        Рендеринг (визуализация) - построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;

·        Вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или принтер [4].

3D - моделирование - это процесс создания трёхмерной модели объекта [5].

Моделирование состоит из нескольких категорий объектов:

·        Геометрия (модель объекта, созданная с помощью применения различных методов);

·        Материалы (физические\визуальные свойства модели);

·        Источники света (уровень освещенности, направление, мощность);

·        Виртуальные камеры (точка и угол построения проекции);

·        Дополнительные эффекты (природные, физические, или химические явления).

Главное задачей трехмерного моделирования является описание и размещение объектов, используя геометрические преобразования, которые соответствуют требованиям к будущему изображению.

1.2    Обзор устройств виртуальной реальности

Виртуальная реальность (ВР) - термин, который используют при описании технологий, которые улучшают ощущения пользователя при погружении в виртуальное пространство. Чтобы полностью погрузиться в эту среду, необходимо влиять на все органы чувств. Однако, говоря о виртуальных музеях, нам важно взаимодействие на органы зрения. Поэтому сосредоточимся на устройствах, которые визуально погружают человека в ВР.

Можно выделить 3 главные категории современных технологии отображения виртуальной реальности:

·        Desktop VR - самый простой тип программ ВР, который для визуализации использует простой монитор;

·        Fish Tank VR - более совершенная система, поддерживающая движения головой, что улучшает ощущение погружения в виртуальную реальность. Также используется простой монитор, но не поддерживается связь с пользователем;

·        Системы погружения (Immersive systems) - последние системы виртуальной реальности, позволяющие целиком окунуться в ВР, генерация происходит с использование Head0mounted display (HMD), иными словами, используя шлемы ВР, поддерживающие стереоскопические представления сцен в зависимости от положения пользователя.

Рассмотрим шлемы виртуальной реальности. В своем большинстве они имеют множество сходств в принципе работы, технологиях. Различаются, как правило, не значительно. Однако по типологии шлемы можно разделить на игровые и универсальные. Со стороны технологий, игровые и универсальные шлемы различаются пикселизацией и скоростью «отклика» устройства в процессе игры. Игровые модели отличаются большими пикселями, что остается незаметным в динамике.

1.2.1 Oculus Rift

Самый популярный и усовершенствованный шлем ВР, представлен на рисунке №1. Обладает следующими техническими характеристиками:

·        Разрешение экрана 960*1080 пикселей;

·        Частота обновления экрана: 75 Гц;

·        Время отклика 2-3 мс;

·        Отслеживание положения головы с частотой 1000 раз в секунду;

·        Угол обзора - 110 градусов;

·        Датчики гироскоп, акселерометр, магнитометр, инфракрасные датчики, встроенные съемные аудио наушники;

·        Вес - 440 г;

·        USB для передачи информации.

Функциональность:

Девайс способен отслеживать повороты до 360 градусов, при помощи инфракрасных светодиодов, встроенных в заднюю сторону девайса. Работает с рядом популярных игр. С Окулусом сотрудничает огромное количество разработчиков программного обеспечения, что приводит к разнообразному рынку приложений, созданных под этот девайс.

Стоимость: приблизительно 300$.

Описание:

У Окулуса больше преимуществ, чем недостатков. Одним из главных плюсов является универсальность девайса, и постепенная проработка проекта. Разработчикам и потребителям заблаговременно представилась возможность воспользоваться экспериментальной версией продукта, и оставить свои комментарии к работе «шлема». Надежность проекта Oculus VR подтверждает факт покупки этой компанией Марком Цукербергом.

Рисунок 1 Шлем Oculus Rift

1.2.2 Sony Morpheus, Project Morpheus

Основные характеристики:

Шлем разработан для совместного использования с PlayStation 4, а также с такими устройствами, как PlayStation Camera, DualShock 4, Ps Move. Этот шлем (рисунок №2) имеет 5,7-дюймовый OLED-дисплей, разрешение которого 1920 на 1080 пикселей, частота обновления устройства - 120 Гц, обзор - 100 градусов. Также девайс оснащен 9 датчиками, которые отслеживают позицию юзера.

Функциональность:

Компанией Sony впервые представлена техника, называемая «репроецированием», благодаря которой человеческий мозг воспринимает частоту 60 Гц, так, как будто это 120Гц. Это достигается с помощью прибавления еще одного кадра, между 2-мя определенными кадрами, для того, чтобы меньше проявлялся эффект укачивания. У этого шлема есть поддержка 60 разнообразных виртуальных звуковых источников, а также в дальнейшем планируется реализовать поддержку проводных и беспроводных звуковых гарнитур.

Стоимость: Около 540 $.

Описание:

«Морфиус» - главный конкурент рассмотренного ранее Окулуса. Но в сравнении с предыдущим, этот шлем является только игровым. Он изначально разработан для поддержки игрового процесса, и создания комфортных условий пользователю. Эта модель отличается стильным дизайном. Среди недостатков устройства можно выделить такие параметры, как качество картинки и степень погружения в ВР, которые значительно хуже, чем у Oculus Rift.

Рисунок 2 Шлем Sony Morpheus

1.2.3 AntVR Kit

Характеристики:

·        1920 на 1080 пикселей, Full HD;

·        100-радусный обзор;

·        Обладает беспроводным цифровым интерфейсом, измерительным блоком, трекингом движения;

·        Оснащен 9 осями IMU 100 градусов;

·        Контроллер трансформируется;

·        Обладает четырьмя игровыми режимами, и режимом светового меча;

·        Для удобства снизу небольшое пространство, для удобства видения устройств ввода (мыши и клавиатуры).

Функциональность:

Поддерживается основными популярными платформами: ПК, Android, Xbox, PlayStation.

Стоимость: 270$.

Описание:

Тестовые модели шлема (изображен на рисунке №3) не зарекомендовали себя, как качественный девайс, и не приобрели популярности на рынке. Несмотря на универсальность проекта, и огромное количество заявленных плюсов, на деле шлем оказался некачественным.

Рисунок 3 Шлем AntVR Kit

1.2.4 Avegant Glyph

Технические параметры:

·        Обладает углом обзора в 45 градусов, частотой обновления равной 120 Гц, разрешением 1280 на 720;

·        Вес девайса всего 450гр.

Устройство имеет две функции, и является как полноценными наушниками, так и в любое время трансформируется в шлем ВР. Для наушников имеется обычный HDMI разъем, и позволяют отображать 2D или 3D изображения с мобильных устройств, персональных компьютеров и т.п.

Функциональность:

У каждого из окуляров регулируемый фокус и расстояние до зрачка, что облегчает пользование устройством слабовидящими людьми. Также шлем имеет ряд сенсеров, которые увеличивают угол обзора до 360 градусов. Главный плюс - это использование технологии микрозеркал, которая снижает зрительное напряжение и укачивание. Этот девайс приспособлен к просмотру фильмов с хорошим звуковым качеством, а также является игровым шлемом.

Стоимость: 600$.

Описание:

Эта модель, представленная на рисунке №4, имеет хорошие перспективы, является универсальной, но при этом одной из самых дорогих. Модель не доступна для массового рынка, но при этом будет пользоваться спросом среди соответствующих потребителей. Однако, стоит обратить внимание, что шлем скорее хорошая замена кинотеатра, нежели игровой девайс.

Рисунок 4 Шлем Avegant Glyph

1.2.5 Samsung Gear VR

Характеристики:

·        Super AMOLED;

·        5,7 дюймов;

·        Разрешение 2560 на 1440 пикселей;

·        515 ppi;

·        Весит около 380 г;

·        Угол обзора 96 градусов;

·        Обладает встроенным акселерометром, гирометром, магнитным датчиком, датчиком присутствия;

·        Экран воспроизводит данные с задержкой <20 мс.

Функциональность:

Учитывает близорукость и дальнозоркость, а также межзрачковое расстояние. Подключается к смартфону через разъем microUSB. Также гарнитура оснащена объемным пространственным звуком (если есть наушники).

Стоимость: 200$

Описание:

При использовании игровых приложений замечается нагревание смартфона. Смартфон периодически сообщает о необходимости его охлаждения. Плюсом является отличная оптическая работа, а огромным минусом - совместимость лишь с одним смартфоном Galaxy Note 4. Сам шлем представлен на рисунке №5.

Рисунок 5 Шлем Samsung Gear VR

1.2.6 Valve HTC Vive

Параметры:

Гарнитура (рисунок №6) работает с помощью использования двух экранов, разрешение каждого равно 1200 на 1080, и частотой обновления 90 кадров/секунду. Эти параметры позволяют гарнитуре воспроизводить фотореалистичные изображения. В шлеме встроен гироскоп, акселерометр, лазерный датчик, отслеживающий повороты головой.

Функциональность:

При распространении в комплекте с очками Vive будет беспроводной контролер. Девайс нацелен не только на компьютерные игры, но и на воспроизводства контента от партнеров (HBO, Lionsgate, Google). Движения головой отслеживаются устройством с точностью в 0,1 градус. Это происходит, так как в устройство встроены гироскоп, акселерометр, лазерный сенсор. Комплектация девайса происходит со стандартной станцией Steam VR, с помощью которой создается трехмерная модель виртуального пространства, внутри которого пользователь может перемещаться, не используя контроллер. Наличие пары станций позволяет контролировать перемещение юзера по этому пространству.