Не углубляясь в технические особенности подобных систем, рассмотрим некоторые аспекты работы с ними с точки зрения 3D-дизайнера на примере отечественной виртуальной студии «Фокус» производства компании «Софтлаб-НСК» (Новосибирск).
Идеология работы виртуальной студии от любого производителя предполагает определенные шаги, предваряющие работу телеоператора по созданию собственно передачи. Изначально определимся в терминологии. «Виртуальной студией» назовем систему, которая в реальном времени комбинирует несколько видеопотоков и трехмерные синтезированные декорации. Понятие «сет» в нашем изложении будет определено как трехмерный интерьер, синтезированный с помощью специализированного программного обеспечения и подготовленный для записи телевизионных программ специалистами, далекими от 3D-дизайна.
Определиться с понятиями необходимо, поскольку часто возникает путаница. Виртуальной студией называют как технологию создания телевизионного контента, так и декорацию, созданную с использованием компьютера.
Для создания интерьера будущей телевизионной передачи дизайнер может использовать одно из наиболее распространенных приложений — 3ds Max компании Autodesk любой из существующих версий. Есть специальный экспортер данных и из пакета Maya. Наиболее распространенная ошибка большинства дизайнеров, впервые создающих графику для систем реального времени, — это попытка использования всех многообразных возможностей пакета 3ds Max в создаваемом интерьере. К сожалению, на сегодняшний день это невозможно. Даже несложный интерьер, содержащий фрагмент стены, стол и пару светильников, при попытке использования алгоритмов просчета типа raytraycing или mental-ray приводит к тому, что один кадр с разрешением 720і576 пикселов будет визуализироваться не менее нескольких минут. Для работы же виртуальной студии существует жесткое условие просчета — 25 кадров в секунду. Не стоит забывать, что помимо визуализации система загружена еще и обработкой нескольких видеопотоков. Исходя из этого, возникает одно из первых и самых важных ограничений на 3D-сцену, создаваемую для виртуальной студии. Оно заключается в том, что все предварительные текстуры, освещение и т. п. могут быть созданы сколь угодно сложными, но для использования в сцене реального времени должны быть «запечены» в текстуру. Сохраняются особенности работы с текстурными координатами, но напрочь исключаются такие эффекты как bump, displacement и т. д. Зачастую это отпугивает даже сильнее, чем ограничения на количество полигонов в сцене. Но опытному дизайнеру это не помеха! Для создания эффекта освещенности или затемнения объекта сохраняется ряд возможностей работы с назначением данных mapping на параметры материала. В зависимости от требуемого качества отображения объекта в сцене размер текстуры может быть достаточно большим (объем файла до 4 МБ), анимированным и т. п., но не стоит увлекаться большими текстурами, не надо забывать о том, что все текстуры хранятся в памяти в процессе работы системы и заметно влияют на ее быстродействие.
При создании сцены не менее интересно работать с различными источниками освещения, но количество источников света ограничено восемью. При этом следует помнить, что тени в реальном времени не поддерживаются, а большинство локальных участков светотени можно просто «упаковать» в текстуру. Поэтому из изначально созданной сцены можно смело исключить большее число источников света. В конечной сцене имеет смысл использовать светильники для анимации общей освещенности, работы с цветом либо для создания спецэффектов.
Студия «Фокус» поддерживает параметр материала «карта отражений». Пользователь может использовать эту функцию без ограничений. Для создания же эффекта «реального» отражения дизайнеру придется зеркально отображать всю сцену относительно плоскости отражения, назначив на нее полупрозрачную текстуру. Эффект отражения полный. Правда, это приводит к удвоению количества полигонов в сцене.
Количество полигонов в сцене зачастую является одним из основных вопросов. Однозначно ответить на этот вопрос сложно. Дело в том, что производительность графического акселератора зависит не только от количества полигонов, но и от числа источников света, объема памяти, занятого текстурами и, несомненно, видеопотоками. Поэтому к каждой конкретной сцене подход индивидуальный, зависящий от квалификации дизайнера. Сегодняшние аппаратные возможности позволяют поддерживать до 100 тыс. полигонов. Этого более чем достаточно для создания большинства телевизионных интерьеров. Не стоит увлекаться детализацией при моделировании малых объектов или объектов заднего плана. При оптимизации сцены иногда большую роль играет удаление невидимых полигонов с обратной стороны объектов.
Немаловажным аспектом при создании сцены является понимание дизайнером особенностей работы с «виртуальными» камерами. Основная идея студии «Фокус» базируется на том, что входной видеосигнал после аппаратной обработки присваивается как материал одному из объектов в сцене (чаще всего это плоскость с отношением сторон 3:4). Далее вся работа в сцене производится с виртуальными, то есть созданными в 3ds Max, камерами. Параметры камеры в среде 3ds Max соответствуют параметрам реальных камер, поэтому здесь не существует принципиальных ограничений. Для создания эффекта движения внутри сцены применимы любые типы анимации камеры — движение для создания эффекта наезда или отъезда, вращение, пролеты по длинным траекториям, создающие эффект работы с краном. В процессе эксплуатации сета специально подготовленными камерами можно управлять с помощью джойстика, что позволяет создавать в реальном времени произвольные пролеты по синтезированным декорациям. Таким образом, нет абсолютного соответствия между виртуальной и реальной камерой. Для получения максимального качества видеосигнала после его совмещения с 3D-данными используется специальный режим (overlay), при котором текстурные координаты игнорируются и видео отображается на экране «пиксел в пиксел». Опытный дизайнер, не увлекаясь количеством виртуальных камер, может обходиться всего одной анимированной.
Студия «Фокус» поддерживает иерархию групп и связанных объектов, что позволяет создавать вложенную анимацию, существенно расширяя возможности работы в сцене.
Дизайнеру придется подробно ознакомиться и с возможностями виртуальной студии по работе с входными видеопотоками, а также с мультимедийными данными с жесткого диска. Например, дублирование входного видеосигнала не влияет на производительность системы, в то время как одновременное воспроизведение нескольких avi-файлов сильно затруднит работу студии.
Безусловно, существует еще немало особенностей создания трехмерных сцен для виртуальных студий. Изложить их все в небольшом обзоре довольно сложно, к тому же зачастую это не имеет широкого применения. Надо не забывать о главном: при создании сцены необходим трудоемкий и длительный процесс оптимизации.
Текущая версия студии «Фокус» базируется на Direct-X 7.0, но на данный момент активно ведется тестирование бета-версии движка просчета под Direct-X 9.0, который позволит реализовать новые широкие возможности (такие как particle system, glow и т. д.). Тем не менее, качество синтезированного интерьера зависит только от квалификации дизайнера, его навыков и знания алгоритмов оптимизации сцен для систем просчета в режиме в реального времени.