Программа для ландшафтного дизайна

Изучение принципов работы генератора ландшафтов. Требования к данному программному средству. Обзор алгоритмов построения ландшафтов. Используемые дополнительные библиотеки. Руководство пользователя. Расчет себестоимости и цены программного продукта.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Программа для ландшафтного дизайна

Введение

Какими только возможностями ни обладают сегодня персональные компьютеры при установке на них соответствующих программных средств: они самостоятельно генерируют пароли и шифруют текст, пишут музыку и стихи, создают самые разные изображения и анимацию и даже могут помочь в рисовании вполне реалистических или, наоборот, фантастических пейзажей. Кстати, хранящиеся у многих пользователи обои для рабочего стола и заставки в виде природных пейзажей в большинстве своем не отсняты фотографами, а созданы в профессиональных генераторах ландшафтов.

Генераторы ландшафтов позволяют сравнительно быстро создавать фотореалистические земные или безжизненные, будто бы инопланетные пейзажи, порою по своей красоте и реалистичности неотличимые от настоящих фотоснимков и вполне достойные того, чтобы пополнить любую личную фотоколлекцию или стать фоном для дальнейшей работы в среде графического пакета при создании, например, фотомонтажа или фотоколлажа, а также украсить экран монитора в качестве фонового изображения и т.п.

Искусственные ландшафты могут стать основой для разнообразных 3D-сцен в трехмерных играх, при подготовке телевизионных заставок и клипов. К тому же генераторы ландшафтов -- настоящая находка для историков, палеонтологов и географов: первым и вторым они смогут помочь понять, как выглядела наша планета в тот или иной исторический период, а при изучении географии могут быть экстраординарным образовательным инструментом, более интересным, чем обычные учебники. Даже в совершенно далеком от 3D-искусства бизнесе искусственные пейзажи тоже могут оказаться полезными, например для наглядного представления расположения каких-то объектов компании.

Итак, рассмотрим основные принципы, заложенные в фундамент многих генераторов ландшафтов.

1. Постановка задачі

1.1 Проблемная область

Принцип работы генераторов ландшафтов довольно сложен и основан на понимании ими внутренней структуры природного пейзажа и на знании географических данных разнообразных экосистем, а подходы к реализации могут быть разными. Однако большинство генераторов ландшафтов строят рельеф на основе принятой в картографии так называемой карты высот, представляющей собой изображение с концентрическими областями разного цвета, где каждому оттенку соответствует какая-либо высота относительно уровня моря. Такая карта высот может создаваться самой программой (случайным образом) или пользователем (на основании некоей собственной задумки), и тогда пейзаж может оказаться как фотореалистическим, так и фантастическим. Карта высот может быть получена и на базе реальных данных, взятых из базы геоинформационной системы, вследствие чего искусственный ландшафт может стать полной копией какого-то уголка нашей планеты.

Кроме того, почти все генераторы ландшафтов очень тесно интегрированы с другими 3D пакетами, так что потребуется реализовать поддержку стандартных форматов.

1.2 Словарь терминов

генератор ландшафт программный пользователь

Если речь идет о трехмерном ландшафте в компьютерной графике, то в первую очередь следует раскрыть такой термин, как «трехмерная графика».

Трёхмерная графика [15] (3D Graphics, Три измерения изображения) -- раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может, как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

1. моделирование -- создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.

Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

Геометрия (построенная с помощью различных техник модель, например здание)

Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон)

Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения)

Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции)

Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации)

Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)

Задача трёхмерного моделирования -- описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

2. рендеринг (визуализация) -- построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.

На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок -- кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга -- это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

3. вывод полученного изображения на устройство вывода -- дисплей или принтер.

API (application programming interface) [10] (рус. интерфейс прикладного программирования) - набор готовых классов, процедур, функций, структур и констант, предоставляемых приложением (библиотекой, сервисом) для использования во внешних программных продуктах. Используется программистами для написания всевозможных приложений.

Кадровый буфер (англ. framebuffer) [11] (другие названия: буфер кадра, видеобуфер, фреймбуфер) -- реальное или виртуальное электронное устройство, или область памяти для кратковременного хранения одного или нескольких кадров в цифровом виде перед его отправкой на устройство видеовывода.

1.3 Требования к программному средству

Цель данного дипломного проекта является разработка программного продукта, для создания трехмерного ландшафта.

Что при этом должно быть реализовано:

1) Легкий в использовании интерфейс программы

2) Создание

a) Создание нового ландшафта

b) Открытие сохраненного ландшафта

3) Изменение высот ландшафта

a) Создание холмов

b) Создание равнин

c) Создание впадин

d) Выравнивание

e) Сглаживание

4) Работа с текстурами

a) Возможность загружать и отображать различные текстуры

b) Создание несколько слоев текстур местности

5) Использование фона неба(SkyBox)

6) Настройка уровня освещения и теней

7) Сохранения ландшафта в формате для хранения 3D объектов

2. Теория и выбор

2.1 Обзор алгоритмов построения ландшафтов

Существует несколько основных принципов представления данных для хранения информации о ландшафтах [14]:

1. Первый - использование регулярной сетки высот (или еще другое название Карта Высот - HeightMap).

2. Второй - использование иррегулярной сетки вершин и связей, их соединяющих (т.е. хранение простой триангулизированной карты).

3. Третий - хранение карты ландшафта, но в данном случае хранятся не конкретные высоты, а информация об использованном блоке. В этом случае создается некоторое количество заранее построенных сегментов, а на карте указываются только индексы этих сегментов.

2.1.1 Использование карты высот