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超级计算机云技术(TM) UC-win/Road CG动画服务
利用POV-Ray提供高清晰度视频动画文件

价格●独立估计(LowRes(512x384)、15FPS、1分钟:\156,950~) 发布●9月 云服务

 创建高清晰度的VR动画
 超级计算机云技术(TM)「CG动画服务」是使用UC-win/Road,利用光线追踪法创建动画的服务。其中光线追踪引擎使用POV-Ray。

 光线追踪最大的优点是、能够正确的计算光和材料的外观,但可能需要几个小时到几天的时间来生成一个图像。为了生成高清晰度的静止图像,在POV-Ray的数据文件上将UC-win/Road的VR空间信息输出的功能已很早被利用,但由于渲染的时间过长,会产生创建的CG动画不能够使用的后果。
 
该服务在“FORUM8・超级计算机云技术神户研究室”中使用的超级计算机,可使渲染的时间大幅度缩短。

 在创建动画时,使用UC-win/Road创建内容,在渲染时必要的POV-Ray数据文件可作为每个视频帧进行输出。从而也可以渲染UC-win/Road中实时仿真的VR空间。

 此外,在发挥UC-win/Road 已装备空间的创建功能时,比起实时数据,高分辨率的3D空间和CG动画的创建也成为可能。

 动画创建服务流程
在FORUM8,提供根据光线跟踪形成的动画创建服务,已经作为创建数据的一部分开始了(图1)。

  1. UC-win/Road的场景创建
  2. 从UC-win/Road输出试行的静止图像,确定POV-Ray的设定和特殊效果
  3. 进行动画内容的调整,根据需要写入脚本
  4. 在POV-Ray中,输入的动画帧和AVI、AVI帧图像,可大致确认完成后的AVI 在某些情况下3),4)可重复
  5. 将POV-Ray输出数据转送至神户研究所,在超级计算机上进行渲染
  6. 渲染后重新配置AVI文件,根据需要进行编辑
  7. 使用DVD光盘等,实行最终交付

■图1 CG动画服务的动画创建流程

 关于POV-Ray
 POV-Ray(Persistence of Vision Raytracer)是一种可产生逼真静态图像和免费3D图形的软件。
存在Windows、Unix、MacOS等各种平台用的引擎。创建一个图像时,需要在给定脚本形式的文本文件中创建多数的信息,使用POV-Ray进行渲染。

 POV-Ray的脚本形式,从POV-Ray的官方HP可取得信息和样本。其主要内容如下。
 1.物体形状  2.表面特性  3.大气效应  4.光源  5.摄像头位置

物体形状
POV-Ray是物体表面的材质(纹理),材质的信息作为脚本大量的存在。例如,木材、岩石、金属等(图2)。以上直接使用默认信息就可以感受到真实效果,并且在编写脚本时也可自由的定义材质。 其中材质可更改清晰度,也可在位图文件中进行更改。

大理石 金属
■图2 表面材质的举例

大气效应
 POV-Ray可追加大气效应(雾的影响)。在整个场景中,也可设定街道照明灯和周围的晕影等。

光源
 POV-Ray可支持点光源、面光源、聚光灯(图3)。如果没有光源时变为黑暗状态。

大理石 金属
■图3 光源设定的举例

影追踪
光线追踪法
计算从摄像头位置开始的光的反射和折射,以决定图像像素的最终颜色的技术为标准。在渲染整个场景时,最重要的是光学跟踪,在POV-Ray中,一般的光学跟踪的方法都可支持光线追踪法(图4左)。

无线电城法:
仅利用光线追踪法就可以感受到真实的效果了,但我们只是考虑了被光照射面的光的计算了,而没有考虑到在光源内测被反射到其它物体上的照射情况。给人一种比较生硬的感觉。
 为了淡化这种生硬的感觉我们采用了无线电城法。无线电城法可使光的照射面好像光源一样,放射出间接光中的柔和光的一种表现。在POV-Ray中也同样支持无线电城法(图4右)。

光线追踪法的举例 无线电城法的举例
■图4 影设定的举例

水的反射、波纹
 湖泊等可设置水面的反射和风等引起的波纹。

 与UC-win/Road的对应
 UC-win/Road中都使用插件进行AVI文件的输出,也支持POV-Ray的输出,但由于此次开始的CG动画服务,使其进行了修订。

AVI选项、POV-Ray选项综合为动画选项
为了逐帧的使场景POV - Ray脚本输出,将AVI 选项和POV-Ray选项综合为动画选项。

在AVI-Option选项画面上设置的尺码,为满足FPS的帧数向AVI输出帧的时候,逐帧的使场景POV - Ray脚本输出。在同一时间可向AVI的帧追加,POV-Ray输出以外,AVI帧的图像也同时可输出。利用AVI和AVI的帧图像能够确认动画内容的变化。此外,也支持同过去一样的场景中的 POV-Ray输出。

输出对象
 目前在UC-win/Ro中POV-ray输出对象如下:
  ・地形、天空、太阳、道路、3D模型、
  ・2D树木、3D树木、道路标识、
  ・MD3字符、湖泊、背景、旗帜

处理内容
 在逐帧的POV-Ray脚本输出前,预先将静态对象的POV-Ray脚本输出。在逐帧输出时,静态对象的位置、角度信息作为各帧的信息来设置。脚本、交通流、在促成有利环境的同时移动摄像头,将被照射在摄像头内的对象的实例信息进行输出。设置时时刻刻变化的对象的位置、角度信息,来描绘当时的场景。(图5)。

 另外,MD3字符通过皮肤,将预先使用的各模型的动画的帧坐标信息输出,在实际的场景输出时,对应着设置帧的序号。这将减少每帧输出的时间。此外,由于对应着景观模型的显示、绘图选项的绘图设置,所以依据动画时的设置进行的转换也反映在POV-Ray 脚本上。

 另外,帧的输出也可在AVI文件上使用帧图像的同一时间进行。

■图5 POV-Ray项目文件的举例

操作顺序
 读取数据后,按照以下顺序输出每帧的POV-Ray脚本。

■图6 操作顺序POV-Ray项目文件的举例

操作的内容
AVI选项
 图像的大小、设置每秒的帧数(FPS)。

POV-Ray选项
 无线电城法的使用、最大跟踪级别、对象输出范围、模糊对应等,实施POV-Ray全体的设置。

Movie选项
 AVI、AVI帧图像、设置POV-Ray脚本数据的输出位置的文件夹。在未设置的情况下将变成<用户数据文件夹>\Movie。另外,在这个画面上的以上3个数据的基础上,可以设置任何输出,并可以核对输出对象。

■图7 Movie选项画面

静态选项的输出
「Tools」-「Export Static Models to POV-ray」使静态样本的信息、动态样本的部分样本的信息输出。在这个时候帧序号将被重置。

动画输出开始
 一旦选择「Tools」-「Start AVI recording」,便开始输出各帧的信息,并追加每帧至文件夹中。

动画输出结束
在「Tools」-「Stop AVI recording」上结束输出。一度确认AVI文件。在AVI中为帧序号的开始与结束添加名称,这样看起来比较容易明白。在这种状态下再次选择「Start AVI recording」时,则帧序号将从这一时刻开始作成。

关于传统的POV-Ray输出
在菜单中选择「Tools」-「Export To POV-Ray」,静态对象的输出->Frame1的输出连续进行,作为结果的POV-Ray输出同步进行。渲染后的图像,变得与传统的图像一样。

内部文件夹构造
 在Movie Option画面上设置输出位置时,将构成以下文件夹。各文件夹所规定的文件将被输出。

AVI:
  输出AVI文件
  帧的开始、结束成为AVI文件名。

AVIBmp:
  在AVI文件中被使用的各帧图像作为帧序号.bmp被输出。
  利用这个图像和上面的动画,可以把握POVRay的结果AVI的概要。

Base:
  POV-Ray数据中,静态项目信息作为脚本输出。

FrameNNNNNN(N为6位整数):
  包含在各帧序号中的POV-ray项目信息的动态数据作为脚本输出。
■图8 文件夹构造

■图9 POV-Ray渲染的结果

 今后的发展
 目前可应用于Ver5.02.00的POV-Ray输出。计划在今后,未应用的对象(FBX对象、3DText对象...)实现应用。另外,完善UC-win/Road的设置可直接在POV-Ray上反映出来的计划。

(Up&Coming '11 秋季发行出版)
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