CC BY
31
Орлова Н.В.
Ростовский государственный экономический университет (РИНХ), доцент кафедры Информационных систем и прикладной информатики, orlova 65@mail . ru
Методы и технологии обучения IT-специалистов синтезу 3D-изображений и разработке 3D-туров
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
3D изображение, 3D тур, 3D визуализация, IT-образование, 3D проект.
АННОТАЦИЯ
В статье автор делится опытом обучения IT-специалистов технологиям синтеза панорамных изображений и разработки на их основе виртуальных путешествий. Приведены реальные примеры участия обучающихся в проекте 3D-университет. Описана технология реализации 3D-туров различными по сложности освоения и трудоёмкости методами.
Актуальность применения 3D технологий в самых разных сферах и направлениях деятельности общества ни у кого уже не вызывает сомнений. Системы визуализации становятся всё более качественными и профессиональными.
Идея заняться синтезом и разработкой 3D-представлений окружающего мира возникла у автора ещё лет десять назад, после знакомства с проектом Google ArtProject. Более, чем двадцатилетний опыт преподавания дисциплины «Компьютерная графика» помог разобраться с технологией проведения съёмки, последующей обработкой и сшивкой фотографий, получением 3D-панорам и объединением их в 3D-тур.
Одним из важнейших факторов для реализации поставленной задачи стало участие в работе студентов. Первые шаги были сделаны на лабораторных занятиях по дисциплинам «Мультимедиа технологии» и «Компьютерная графика». Мы создавали наши первые панорамы в таких программах, как Photoshop и Pano2VR. Подобные занятия всегда вызывали большой интерес у обучающихся на всех формах, как очной, так и заочной.
Следует отметить, что если двадцать лет назад заочники представляли собой уставших от совмещения работы и учёбы людей, мечтающих получить поскорее диплом то высшем образовании, то в наши дни, картина радикально изменилась. Это чаще всего люди, работающие в сфере IT-технологий, имеющие значительный опыт и знания. Именно в этой среде появились первые наиболее заинтересованные помощники. Например, выпускник специальности «ИТ в дизайне» РГЭУ (РИНХ) на третьем курсе обучения написал курсовой проект на тему «Создание
виртуального тура», позднее успешно защитил в феврале 2014 года дипломный проект по теме «Виртуальная прогулка по набережной г. Геленджик».
Но прорывом в реализации качественных и профессионально выполненных 3D-туров стало участие в проекте 3D-университет трёх студентов-заочников, обучающихся сейчас на шестом курсе на специальности «Прикладная информатика в экономике». При формировании группы автор учла профессиональные навыки и интересы каждого участника проекта. Один из студентов работал фотографом, а двое других системными администраторами. Было много обсуждений и споров, мы шли методом проб и ошибок, преодолевали массу препятствий и сложностей. И не смотря ни на что, сегодня можно с уверенностью сказать, что всё получилось. Ребята вышли на профессиональный уровень и начали получать коммерческие заказы.
Неоценимую помощь нам оказал декан факультета Компьютерных технологий и информационной безопасности, к.ф.-м.н. Д.Н. Карасёв. Молодой, увлечённый, активный, он поддержал наши идеи и помог воплотить их в жизнь.
Следом за группой заочников, интерес к работе с виртуальными прогулками начали проявлять наиболее продвинутые студенты очной формы обучения. Учащиеся на разных курсах, на различных направлениях, ребята сумели объединиться и не имея ещё никаких профессиональных навыков, практически на «голом энтузиазме», разработали очень интересные и зрелищные прогулки. Для привлечения новых кадров в команду разработчиков, автор опубликовала готовые работы на своём персональном сайте http://orlova.rsue.ru/. Студенты младших курсов с интересом знакомятся с разработками старших товарищей, задают вопросы и стремятся попасть в число разработчиков.
Формирование новых знаний, умений и навыков стало не единственным результатом нашей работы. Некоторые участники проекта начали проводить научные исследования в описываемой области, писать научные статьи, принимать участие в конференциях и других научных мероприятиях. [1,2,3]
Технологии разработки 3D-туров требуют оснащения оборудованием, помимо профессиональной фотокамеры, требуется штатив, панорамная головка, желательно иметь объектив для панорамной съемки. При наличии такого «fisheye» объектива, достаточно сделать шесть кадров — надир, зенит и четыре стены или стороны. Мы не можем позволить себе такое оборудование, поэтому производили съёмку на трёх уровнях с шагом 45 градусов по вертикали и 30 градусов в горизонтальной плоскости вокруг нодальной точки, плюс надир и зенит. Нодальная точка — это точка внутри объектива камеры, где пересекаются лучи света, идущие к пленке или матрице. Особенность ее заключается в том, что при вращении камеры вокруг этой точки отсутствует параллакс объектов. (Параллакс —
смещение объектов переднего плана относительно объектов заднего плана при повороте камеры). В результате вместо 6 снимков, приходилось обрабатывать и снимать 36 кадров, что значительно повышало трудоёмкость. Процедура установки нодальной точки показана на рис. 1.
Рис. 1. Процедура установки нодальной точки Для получения высококачественных панорам с минимальными искажениями следует придерживаться ряда правил:
• камера устанавливается таким образом, чтобы при выбранной диафрагме все кадры в серии оказались в фокусе;
• набор сшиваемых снимков нужно снимать таким образом, чтобы места швов будущей сферической панорамы находились на достаточно однотонных местах;
• Используется штатив со специальным приспособлением, называемым панорамной головкой. Она служит лишь для того, чтобы закрепить камеру таким образом, чтобы ось вращения проходила через нодальную точку.
Следующий этап — синтез панорамного изображения. Мы провели сравнительный анализ нескольких десятков программ и выбрали те, что предоставляют наиболее качественную обработку. Во время второго этапа полученные фотографии обрабатываются при помощи графических редакторов, например Adobe Photoshop Lightroom, Adobe Photoshop, Photoscape. Графические редакторы позволяют выполнить цвето и свето коррекцию, выровнять угол горизонта.
На практике для обработки изображений используются такие программы, как Adobe Photoshop Lightroom, Adobe Photoshop, Photoscape, GIMP, Picasa и др.
На третьем этапе фотографии объединяются из выбранного материала при помощи специальных компьютерных программ например Autopano Giga,EasyPano, Hugin, PTGui. Технология сшивки панорамы показана на рис.2.
Ош I f lM г ь Пнш
0)1,р if I! ф.
с »¡H1IUU
d * ■
IMС.ЙДЛ НДОИК НДОиК tuc.EWjn:,
opg kolor autopano giga
<3 "Экк аийсчнпо giga
fr MM-MLl ukr. ут* -jww.nf«*
-ЧТЧ.Ч™« 1 1 ■ I ' J!|] [ I
Jnm, Pur f-4, >#гьщг tarowc-, F^wun UlM, taMSty
NH ■WW'»'] tfc^i
J| Kolor
Рис.2. Технология сшивки панорамы
Четвертый этап состоит из конечного создания виртуального тура
путем компоновки панорамных фотографий в одно интерактивное
путешествие. Программы для создания виртуальных путешествий
называются построителями виртуальных туров например Kolor Panotour
Pro, Krpano, Pano2QTVR free. Ktapau versii)n="l,16' ^ие^афтуалызи тур" on?Lart="s-tartjjj)[);"»
i «cene na:tie=n scene_" title ^'Еочь* OMtart*" thiaburl^BHfte/_- tiles/Unato.jEs" lat=n" ln^"" ¡ieading=,i*>
<vieii hlooltat^O' vlcotet^O" fovtyps="ICOT" fov=»l20" Jtaxpixelioon^'a-O" iovm:n="70n £ovmax='140n luitvieu=nEugt* vloofc3tniu='*43.635' vloolrьt!г.¿¡;=níЭ.fiЭ5,* f>
-¡preview UT1="J
tiles/preview.Jpg" />
■ !>
I
icuiie _.tilei/pano_is.jpg" />
I <mctiile>
icute иг1="рапея/_,tiles/acbile_'s.iK~ Ш
</шЫ1е> </iaage>
<!— place your scene hotapots here -->
<ho:*pct ni.-je="spotl" style-'sJdnjwtspotityle" atfc="i5,2M' itlinked* ;erte=*sceM_
</scene>
Рис. 3. Фрагменты кода Krpano В реальной практике для создания виртуальных туров используются такие программы, как Kolor Panotour Pro, язык Krpano, Pano2QTVR и др.
Благодаря этим программам осуществляется конечное создание виртуального путешествия.
Для создания туров мы рассматривали технологию Krpano — универсальное программное обеспечение для создания панорам,
основанное на .XML-подобном языке. Синтез 3d тура осуществлялся с помощью дроплета MAKE VTOUR (NORMAL). Фрагменты кода Krpano приведены на рис. 3.
Работа со скриптовыми кодами Krpano сложнее, чем применение готовых оболочек, таких как Kolor Panotour Pro основанных на технологиях Krpano. Это всё равно как писать на языке PHP или использовать Joomla. Есть приверженцы у обоих подходов. Наши студенты работают с различным инструментарием и получают отличные результаты. Работы продолжаются. В перспективе мы хотим объединить технологии 3D-моделирования и 3D-туров.
Идея состоит в параллельной разработке 3D-моделей помещений, создании анимированных персонажей, написании сценариев взаимодействия пользователей и 3D-героев с возможностью перехода в 3D-тур. Кроме того, автор в течение многих лет пытается развить в своём вузе технологии дополненной реальности. Как только мы получим первые результаты, они также войдут составной частью в проект 3D-университет. Это весьма сложная и амбициозная задача. Есть множество проблем и трудностей на пути к её решению. До сих пор нам удавалось справляться с поставленными задачами, выражаем уверенность в том, что ничего невозможного нет и новых заявленных нами направлениях развития. Сила науки и образования объединяет и вдохновляет нас не смотря ни на что идти к вершинам и достигать целей исследований.
Литература
1. Орлова Н.В. Применение методов З^моделирования в экономических информационных системах: Статистика в современном мире: методы, модели, инструменты: материалы Всероссийской научно-практической конференции. (26-28 сентября 2012 г.) / РГЭУ (РИНХ).
— Ростов-на-Дону, 2012. -0,2 п.л.
2. Орлова Н.В. Применение методов 30-моделирования в IT-образовании// Современные информационные технологии и ИТ-образование [Электронный ресурс] / Сборник научных трудов VIII Международной научно-практической конференции / под ред. В.А. Сухомлина.
— Москва: МГУ, 2013. — Т1. — 478с. — с.45-=454 — 1 электрон. orn-. диск (СО-RÜM). — ISBN 978-5-9556-0156-4
3. М.А. Безрукавая. Сравнительный анализ программных продуктов для реализации синтеза З^изображений \\ III Всероссийский конгресс молодых ученых-СПб: Университет ИТМО, 2014, Выпуск 3
4. Башир Торшхоев. Применение XML-технологий для разработки 30-туров на языке krpano\\ XV международная научно-практическая конференция «Экономико-организационные проблемы проектирования, применения и безопасности информационных систем», Издат.-полиграф. комплекс РГЭУ (РИНХ), май.14
5. М.А. Безрукавая. Анализ вариантов представления реальных объектов и выбор технологии синтеза 3D изображений\\ XV международная научно-практическая конференция «Экономико-организационные проблемы проектирования, применения и безопасности информационных систем» , Издат.-полиграф. комплекс РГЭУ (РИНХ),май.14.
