Mapping 3D: Jak zrealizować mapping 3D na ruchomej platformie?

Cieszący oko model tylko pozornie wygląda na trywialny. Spróbujmy więc trochę przybliżyć zagadnienie przygotowania i produkcji tej instalacji.

Widza często nie interesuje, jak została wykonana dana instalacja. Liczy się efekt. W przypadku obracającego się Moskwicza można usłyszeć zdania w stylu „to przecież tylko samochód z wyświetloną projekcją”. Nic bardziej mylnego – to naszpikowana najnowszymi technologiami platforma integrująca wiele profesjonalnych rozwiązań.

 

MAPPING 3D

Termin „mapping 3D” bywa często nadużywany. Dla niektórych już wyświetlenie płaskiego obrazka na ścianie lub projekcja gobo z opraw oświetleniowych jest równoznaczna z tym pojęciem. Z definicji mapping 3D to wyświetlenie projekcji na obiekcie w taki sposób, żeby stworzyć pewnego rodzaju iluzję dla widza – obiekt, który żyje, którego kształty, kolory, geometria zmienia się w sposób dynamiczny. Do niedawna jeden warunek przy tworzeniu pokazu pozostawał niezmienny – obiekt nie może się poruszać względem projektorów, przynajmniej jeśli chcieliśmy w dokładny sposób odwzorować jego geometrię projekcją. Technologia jednak idzie do przodu, pojawiają się coraz doskonalsze rozwiązania, odpowiadające na potrzebę rynku – chęć pokazania czegoś nowego. Jednym z takich rozwiązań jest d3. Producent tego oprogramowania przez wiele lat tworzył specjalne, spersonalizowane projekty programistyczne, związane z multimediami. Naturalną ewolucją tych wieloletnich działań i owocem ich pracy jest mediaserwer d3.

Oprogramowanie to jest potężnym narzędziem do produkcji związanych z wideo. Pozwala na projektowanie multimediów, ich wizualizację wraz z proponowanym kontentem, a potem odtworzenie na właściwym show. Jest to narzędzie zaprojektowane do pracy w przestrzeni trójwymiarowej, z trójwymiarowymi obiektami. Daje nam to zupełnie nowe możliwości pracy, konfiguracji i wyświetlania grafik.

2D

Jak wyglądał i wygląda obecnie proces tworzenia plików wideo do projekcji mappingowych w mediaserwerach starszego typu – 2D? Przedstawmy to na przykładzie mappingu, podczas którego chcielibyśmy rysować linie na geometrii obiektu (przykładowo samochodu). Grafiki muszą być przygotowane jako płaski obrazek, ale projekcję chcielibyśmy wykonać na modelu trójwymiarowym. Nie znamy jednak zależności pomiędzy perspektywą projektora a geometrią wyświetlaną na samochodzie. W tym celu musimy wykonać procedurę znaną jako pobieranie masek z projektorów. W praktyce ustawiamy projektory i obiekt względem wstępnego projektu multimediów. Komputer grafika podłączamy bezpośrednio do wejścia wideo projektora, a ten obrysowuje w programie graficznym wszystkie kontury i punkty charakterystyczne obiektu za pomocą wyświetlonej projekcji – niezależnie od tego, czy jest to samochód, czy budynek. Proces należy powtórzyć dla każdego projektora, pamiętając o zachowaniu jego rozdzielczości natywnej (aby gdzieś w międzyczasie nie zmieniły się proporcje wyświetlanego obrazu). Po zdjęciu masek nie ma już możliwości zmiany położenia projektorów względem obiektu ani optyki. Późniejsza adjustacja urządzeń, a raczej odtworzenie ich oryginalnej pozycji zapisanej w projekcie, jest tak ważne, że w części firm zagranicznych pracują ludzie odpowiedzialni tylko i wyłącznie za dokładne ustawienie pozycji, optyki i wypoziomowanie projektora przed pokazem.

3D

W przypadku pracy w przestrzeni trójwymiarowej wygląda to inaczej. Grafik pracuje na modelu samochodu, a następnie renderuje grafiki do tekstury pokrywającej się z koordynatami UV modelu 3D (UVmapą).

Czym jest owa UVmapa? Jest to informacja określająca z którego obszaru płaskiej grafiki musi zostać pobrana tekstura na daną powierzchnię w modelu 3D. Następnie w mediaserwerze nowej generacji – d3, projektor zachowuje się jak wirtualna kamera. Cały obiekt jest pokryty grafiką – teksturą, projektor wyświetla grafikę przetworzoną na płaszczyzny widzialne, możliwe do wyświetlenia, niezależnie od kąta czy pozycji jego ustawienia. W przypadku błędnego ustawienia projektorów i zmiany ich pozycji (lub potrzeby dostawienia dodatkowych), złego doboru optyki, mamy jeszcze ogromne pole manewru. W przypadku systemu 2D grafik musiałby wyrenderować cały kontent od początku, a to zabiera cenny czas.

Model samochodu obraca się, więc zalety z użycia systemu pracującego w 3D są oczywiste – w starszych rozwiązaniach pokaz byłby niemalże niemożliwy do zrealizowania.

Obrót platformy został zrealizowany za pomocą urządzenia sterowanego cyfrowo – protokołem DMX512.

STEROWANIE OBROTEM

Potrzebowaliśmy jeszcze urządzenia, które będzie zarządzać obrotem fizycznej platformy i modelu w mediaserwerze – oprogramowanie potrzebuje dokładnego położenia kątowego, aby przetworzyć obraz wysyłany do projektorów. Oprogramowanie d3 obsługuje dwukierunkowo cały szereg protokołów sieciowych, w tym Art-Net, wykorzystany do przesłania zadanej pozycji obiektu. Jako centrum sterowania obrotem wybrano produkt Visual Productions – CueCore2. Może on pracować samodzielnie lub w połączeniu z oprogramowaniem komputerowym na różnych platformach sprzętowych. Wykorzystanie oprogramowania sterującego umożliwiło ułatwienie procesu kalibracji projektorów – zadawanie określonego położenia platformy bezpośrednio z komputera jest znacznie łatwiejsze niż zaprogramowanie wszystkiego wykorzystując jedynie CueCore2.

W celu zminimalizowania liczby potrzebnych wyjść wideo z komputera został użyty Datapath x4. Urządzenie to potrafi przyjąć zadany obraz wejściowy, a następnie podzielić go na 4 niezależne obrazy wyjściowe, według zaprogramowanych parametrów. Jako ciekawostkę można przytoczyć rozdzielczość wyjściową z komputera – 2.880 × 1.700 pikseli, przesłaną interfejsem Dual Link DVI.

Jedną z trudności, z którą należało się zmierzyć, była synchronizacja obrotu platformy i obrazu wideo. Platforma ustawia się do zadanego sygnału sterującego z pewnym opóźnieniem, natomiast sygnał Art-Netowy i ustawienie wirtualnej pozycji następuje natychmiastowo. Wynikającej z fizyki bezwładności nie próbowaliśmy zmienić, natomiast dodanie 20 klatek latencji do wyjścia wideo pozwoliło na uzyskanie zadowalającego rezultatu.

Efektem finalnym jest kompletne rozwiązanie techniczne, platforma – szkielet do ciekawej promocji dowolnego produktu. Przedstawiony samochód jest jednym z przykładów. Praca przy tym projekcie pokazała, że dzięki analitycznemu podejściu do rozwiązywania problemów i korzystaniu ze sprawdzonych elementów można osiągnąć zakładany efekt – mimo że jeszcze do niedawna takie mobilne stanowisko było niemożliwe do zrealizowania.

Krzysztof Grabowski, Prolight