Приложение / Видеофрагменты с выставки CeBIT (Ганновер)

На этой странице представлены оцифрованные видеофрагменты, имеющие отношение к технологиям компьютерной графики, снятые на выставке CeBIT (Ганновер, Германия). Это видео — результат съемок с шести таких выставок, на которых автор данного учебника, Мухин Олег Игоревич, в составе российского национального стенда демонстрировал программную среду для разработки проектов в области компьютерной графики и моделирования сложных систем Stratum-2000. Мы советуем вам просмотреть эти фрагменты, чтобы лучше понять работу современных информационных компьютерных технологий.

Для проигрывания видеофайлов необходимо установить видеокодек DivX версии 4 (если он еще не установлен на вашем компьютере), взять который можно на нашем сайте: скачать DivX4.

[5 Мб] Видеообраз человека, снимаемый видеокамерой, транслируется через порт в компьютер. Изображение человека вырезается из однородного голубого фона, на котором идет съемка, и смешивается с компьютерным изображением футбольного поля и ворот. Изображения мячей генерируются и перемещаются компьютером. Математическая модель также контролирует положение графических объектов «человек» и «мячи», а при совпадении их координат на экране меняет координаты мячей, имитируя отскок. Человек, наблюдая на экране совмещенное изображение, — свое и мячей, — пытается координировать свои движения, добиваясь собственной цели, то есть является своеобразной «мышкой» — устройством ввода графической информации. Обратите внимание на установленные камеры, фон съемки, то что устройство ввода (человек) не «привязано» шнуром к компьютеру; изображение «человека-курсора» изменяет свои контуры; виртуальные и реальные образы совмещены и взаимодействуют между собой.

[1.5 Мб] Видеокамера передает изображение лица человека в компьютер. Это изображение оцифровывается, смешивается с фоном и надписями, может быть отретушировано. Затем оно передается на специализированный принтер — графическое устройство вывода, где печатается фотоспособом на пластике. В результате получается пластиковая карточка-пропуск. С обратной стороны к карточке подклеивается зажим для прикрепления к одежде.

[3 Мб] Две спаренные видеокамеры передают изображение на экран компьютера. Камеры разнесены на среднюю ширину глаз человека. Изображение с левой камеры как бы соответствует тому, что видит левый глаз, с правой камеры — тому, что видит правый глаз. Обычно это немного разные изображения. Таким образом, на экране появляется сразу два изображения — для левого глаза и для правого глаза. Но при проецировании на экран изображения будут иметь разные цветовые оттенки, это достигается специальной компьютерной обработкой. Одетые на наблюдателе стерео-очки различаются линзами. Правая линза не видит изображение, предназначенное для левого глаза из-за специфического оттенка изображения, который она не пропускает. Левая линза не видит изображение, предназначенное для правого глаза — также из-за специфического оттенка изображения, который она не пропускает. То есть в каждый глаз попадает изображение, предназначенное только ему. Стерео-эффект создается в голове наблюдателя.

[2.8 Мб] Имитатор автомобиля (руль, педали) играет роль своеобразного графического устройства ввода информации. Компьютер воспринимает с датчиков, установленных на руле и педалях, сигналы: руль повернут на N градусов влево (или вправо), нажата педаль газа (тормоза). По положению руля и педалей компьютер вычисляет положение автомобиля, его скорость, направление движения. То есть в любой момент времени компьютер «знает», куда смотрит наблюдатель. В памяти компьютера хранится ландшафт определенной местности. Далее остается только синтезировать картинку и передать ее на экран монитора. При изменении положения руля и педалей картинка пересчитывается и меняется. Таким образом, на экране возникает эффект движения. Для большей реалистичности экраны для наблюдения могут быть большими и их может быть несколько. Иногда — при наезде на виртуальное препятствие — каркас автомобиля начинает трясти — это компьютер выдает сигнал о встрече автомобиля с препятствием на реальные домкраты, установленные в имитаторе; за счет этого создаются вполне реалистичные тактильные ощущения у наблюдателя, сидящего внутри этого автомобиля.

[1.6 Мб] Человечество построило и продолжает строить множество различных кибернетических устройств, имитирующих живые организмы. Эти устройства двигаются. При наезде на препятствия датчики, установленные на борту киберустройства, замыкаются и устройство поворачивает в сторону, сильнее «загребая» правой или левой ногой. Обратите внимание на шнур, ведущий от датчиков к компьютеру, который обрабатывает получаемую пауком-исследователем информацию о реальном мире и отдает команды его ногам-движителям. На пауке установлена видеокамера для раннего обнаружения препятствий.

[2.3 Мб] Принтеры бывают маленькие, большие и очень большие. Если надо напечатать одно и то же изображение быстро и в большом количестве экземпляров, то применяют промышленные версии принтеров. Например, как этот.

[0.8 Мб] Веселее работать на мониторе, который графический не только внутри, но и снаружи :) Монитор в стиле «Граффити». Можно из картонки сделать такие же накладки или покрасить панели из аэрографа.

[1 Мб] Трекбол — «мышка наоборот». Мышку катают по коврику. Шарик трекбола подкручивают пальцами. Шарик вращает взаимно перпендикулярные валики, спрятанные в корпусе. Угол, провернутый соответствующим валиком за миллисекунду, преобразуется в число импульсов, переданных с его датчика в компьютер. Два датчика совместно задают движение графического курсора на экране, вычисляя непрерывно его текущие координаты X и Y. Трекбол удобен тогда, когда на столе недостаточно места, чтобы двигать мышь. Для детей более удобен большой трекболл.

[1.2 Мб] Видеокамера, направленная на объект съемки, передает изображение объекта в компьютер несколько раз в секунду. Принятое компьютером изображение выводится на экран или может быть передано по сети на другие компьютеры. Можно понаблюдать, например, что делается у вас дома, пока вас там нет, или следить за дорожной ситуацией на оживленном перекрестке города. Видеокамера на гибкой платформе может быть легко нацелена на любую точку. «Взглядом» камеры можно управлять по сети с удаленного компьютера, подавая сигналы на электромоторы, вращающие платформу с камерой.

[1.1 Мб] [0.4 Мб] Продуманные с эргономической точки зрения клавиатуры фирмы Cherry. Цифровая часть клавиатуры может использоваться автономно. Перелом клавиатуры стимулирует правильную постановку рук во время набора текста.

[4.7 Мб] Шар позади графического дисплея — направленнный источник ультразвука. Изменение положения дисплея в пространстве меняет направление источника. На стойке установлены три датчика, принимающие ультразвуковой сигнал. Все время сравнивая между собой зависящую от угла поворота источника силу сигнала, попадаемого на каждый датчик, можно определить текущее положение дисплея, а значит, и направление взгляда наблюдателя. Это называется «пеленг сигнала». Компьютер с учетом вычисленных координат взгляда генерирует изображение виртуального мира на экране монитора.

[5 Мб] В виртуальном шлеме фирмы «Silicon Graphics» находится два жидкокристаллических маленьких экрана, по одному на каждый глаз. Глаза отделены друг от друга перегородкой, чтобы изображения поступали только в тот глаз, для которого они предназначены. Изображения для правого и левого глаза немного разные, как это и бывает в реальности. Возможность бокового зрения исключена, за счет этого человек совершенно теряет ориентацию в реальном мире, погружаясь в виртуальный. На шлеме установлен датчик поворота, сообщающий компьютеру текущее положение головы наблюдателя. С учетом этого сигнала компьютер строит виртуальное изображение, которое должен видеть наблюдатель при данном вращении тела. Джойстик в руках наблюдателя позволяет «нажимать» на объекты в виртуальном мире и имитировать его движение вперед. Кнопка выдает сигнал «открыть/закрыть», наклон джойстика — сигнал «вперед/назад». На изображении, продублированном на мониторе, зрителям видно, как наблюдатель путешествует по виртуальному дому, переходя из комнаты в комнату.

[7.1 Мб] Видеокамера, неподвижно зафиксированная на голове оператора, вынесена перед его лицом. На экране монитора сформировано изображение головы фантастического виртуального персонажа в виде каркасной трехмерной сетки. На лицо оператора приклеены блестящие точки фольги. Каждая фольгированная точка соответствует точке каркасной фигуры. Изменение координаты фольгированной точки, которое засекает камера по ее блику при изменении мимики оператора, ведет к изменению координат соответствующей точки на сетке изображения. Точка на каркасе слегка подтягивает к себе соседние точки (режим резиновой сетки). Меняя положение лицевых мускулов, оператор управляет сразу множеством точек изображения. На грани каркаса, которые находятся между узлами сетки, натягивается по выбору режиссера любая текстура (или закраска). Теперь можно очень быстро снимать фильм, управляя виртуальным персонажем из реальности. Обратите внимание, что данное устройство ввода графической информации сразу управляет множеством переменных (множеством координат фольгированных точек), в отличие от мышки, которая обычно вводит в один момент только три переменные (x-координата, y-координата, s — нажата ли клавиша). То есть с помощью мимики можно, например, управлять очень сложным объектом, если к координатам каждой из точек привязать значение определенного технологического параметра. Очевидно, что такая технология и ее аналоги позволяют очень быстро снимать кино, мультфильмы и рекламные ролики.

[1.2 Мб] Морфинг — плавный переход (перетекание) одного изображения в другое. Идея технологии состоит в том, что вычисляется расстояние между цветами точек с одинаковыми координатами двух изображений — исходного и конечного. Затем все это расстояние преодолевается по шагам. С каждым шагом в вычисляемой точке становится все больше цвета конечного изображения и все меньше цвета исходного изображения. Используется формула вычисления пропорции. Чем больше шагов, тем более плавным покажется переход наблюдателю. Расстояние между цветами вы можете представить себе, например, как линию в трехмерном пространстве с осями «красный-синий-зеленый».

[5.1 Мб] Стерео-очки создают эффект трехмерного пространства при рассматривании плоского изображения. Обычно на экране формируется два изображения — для левого и для правого глаза. Но изображения, полученные с видеокамеры, обрабатываются компьютером так, чтобы каждая из линз очков пропускала изображение, сформированное для нее, и не пропускала изображение, сформированное для второго глаза. Эффект трехмерности возникает в голове наблюдателя при сопоставлении изображений, полученных двумя глазами.

[4 Мб] Мышки и трекболы бывают разные. Главное, чтобы пользователю было удобно и приятно ими работать.

[10.8 Мб] [16.7 Мб] Вот так с помощью редактора трехмерной графики фирмы «Silicon Graphics» можно быстро создавать рисованные мультфильмы. Обратите внимание на дополнительные удобства — возможность работать в трехмерном, а не в плоском мире, возможность редактирования ранее нарисованных объектов и траекторий, подбор взгляда на сцену по воле мультипликатора. Полюбуйтесь во втором фрагменте на результат работы компьютерной мультипликации. Вначале оператор-художник находился слева. Обратите внимание на механическую конструкцию около оператора, это устройство называется «манки» (monkey — «обезьяна» (англ.)) Оно предназначено для ввода в компьютер виртуальных человекоподобных существ и быстрого управления их позами.

[2.3 Мб] Дигитайзер (планшет) — устройство для ввода графической информации — оформлено в виде школьной доски. В маркере спрятан не только чернильный карандаш, след которого виден на доске, но и электрический излучатель, работающий от батарейки. Под поверхностью доски находится сетка из взаимно перпендикулярных проводников, в узлах которых маркер-излучатель возбуждает элекродвижущую силу (ЭДС). Примерно один раз в милисекунду по всем горизонтальным проводникам сетки по очереди пропускается ток, который меняется в одном из них, вблизи которого находится маркер. Это позволяет компьютеру определить Y-координату положения маркера. Потом то же самое происходит с вертикальными проводниками и определяется X-координата маркера. Координаты точки отображаются на экране компьютера и заносятся в файл. Позже файл можно распечатать на принтере, получив твердую копию рисунка с доски.

[9.4 Мб] Touch-панель. На экран монитора наклеивают прозрачный слой, состоящий из вертикальных и горизонтальных полосок, проводящих ток. Если задеть определенное место на экране пальцем, то изменится электрическое сопротивление или емкость соответствующих полосок. Быстро опрашивая, измеряя по очереди сопротивление каждой полоски, можно определить, где в текущий момент находится палец оператора. После этого компьютеру остается мигнуть в этом месте монитора нарисованной клавишей клавиатуры и вывести определенный символ в нужном поле. Поскольку нарисовать можно любую клавиатуру, то с помощью такой технологии можно мгновенно из программы менять их рисунок. Клавиатура может принять совершенно необычный вид; с помощью такой клавиатуры оператору очень просто управлять производством, включая и выключая различные технологические устройства простым касанием их изображений на экране. Постепенно технологии переходят от интерфейса точечного, кнопочного, языкового (в виде набора символов) к манипуляционному, графическому, пространственному.

[3 Мб] На мой взгляд, художнику очень удобно рисовать на touch-панели пальцем. Там же выбирать на виртуальной палитре цвета красок, «макая» в них пальцем.

[2.8 Мб] Та же touch-панель, только съемная. Информация о положении точки соприкосновения экрана с пальцем передается по кабелю в компьютер. Touch-панели используются клиентами в банках, больницах и других учреждениях массового посещения для быстрого и четкого диалога.

[2.9 Мб] Ну очень большой графопостроитель! Качество изображения — полиграфическое. Устройство вывода графической информации рисует рекламный плакат по пикселам строчка за строчкой, используя принцип аэрографа и специальные яркие краски. Если графопостроитель рисует по строчкам от точки к точке, нанося пикселы, не возвращаясь к ранее нарисованным, то рисунок называется растровым. Если графопостроитель рисует пером линии (векторы), перемещаясь из одной произвольной точки планшета в другую, то рисунок называется векторным.

[2.9 Мб] Устройство ввода графической информации — виртуальные горные лыжи. В зависимости от положения тела человека замыкаются определенные датчики, сообщая компьютеру, куда направлены носки лыж. Компьютер вычисляет траекторию движения лыжника и пересчитывает окружающий ландшафт. Картинка выводится на большой экран, создавая для человека иллюзию движения. Человек, замыкая контур обратной связи, пытается управлять своим телом и наилучшим образом воздействовать на датчики. Задача компьютера — успеть в реальном времени отреагировать на изменение положения лыж и регенерировать картинку 30-50 раз в секунду.

[5.7 Мб] Взаимодействие двух партнеров в виртуальном мире. Поворот головы каждого партнера в виртуальном мире задает датчик, находящийся в шлеме. Движение каждого партнера в виртуальном мире задается джойстиком, который находится в руках. Получая информацию о направлении и скорости движения, компьютер все время вычисляет текущее положение партнеров и выводит на экран каждого из них вычисленную графическую сцену. Заметим, что каждому выводится своя индивидуальная картинка. Если в зоне зрения (то есть вблизи) партнера A находится координата, в которой находится сейчас партнер B, то в сцене, которую видит A, отрисовывается виртуальная фигура партнера B. Партнеров, разумеется, может быть несколько. И каждый будет видеть каждого, если какие-то виртуальные предметы не будут загораживать их друг от друга. В зависимости от целей игры партенеры могут взаимодействовать в виртуальном мире, когда их координаты становятся близки. Например, разговаривать друг с другом через микрофоны, видеть лицо (если лицо будет сниматься микрокамерой, находящейся внутри шлема), стрелять друг в друга и так далее. Если некто A попал, стреляя в B, то на экране у B может высветиться пятно или надпись об этом. В продвинутых случаях специальные исполнительные устройства, надетые на этого партнера, могут щелкнуть его.

[7.8 Мб] Многие знают, что одни из самых мощных компьютеров в мире — компьютеры фирмы Cray. Но как они выглядят, видели немногие. Обратите внимание на количество процессоров. Cray — машина для параллельных вычислений. Практически на каждом процессоре производятся одни и те же вычисления, но для разных исходных данных. Именно за счет этого компьютер развивает высокую скорость счета и только на задачах, где вычисления однотипны, а данных, подлежащих обработке, очень много. Контакты платы обработаны золотом. Золото — инертный металл и плохо окисляется, поэтому компьютер Cray очень надежен. Большой проблемой в параллельных компьютерах является количество связей, по которым процессоры обмениваются друг с другом исчисляемой информацией для получения целостной картины. Обратите внимание на количество проводных соединений, интерфейс машины.

[5.3 Мб] Виртуальный мир музея. В графическом трехмерном редакторе воссоздана архитектура старинного здания, интерьер и картины музея. Создается полная иллюзия посещения исторического места. Навигация по музею свободная. По проекту «Сетевые города» со временем будет воссоздано множество таких интересных мест планеты, которые можно будет «посещать» через Интернет, не сходя со своего рабочего места. При этом, благодаря языкам имитации виртуальной реальности, таким как VRML, будет организован плавный переход из одного места в другое.

[5.4 Мб] Сейчас на жестких носителях (винчестер) уже можно компактно разместить до 160 гигабайт информации за счет достигнутой в настоящее время очень высокой плотности записи на единицу площади магнитного носителя. Используя несколько винчестеров в виде стойки, уже сейчас можно получить емкость 1 террабайт. Но потребности человека всегда обгоняют возможности. Стойка из компакт-дисков позволяет за счет механического манипулятора загружать требуемый диск из библиотеки-хранилища. Разумеется, механическая доставка информации существенно медленнее электронного или оптического принципа чтения-записи информации.

[8 Мб] Устройство ввода трехмерной графической информации. Оператор-мультипликатор двигает шарниры устройства ввода графической информации под названием «манки». Устройство антропоморфно, то есть подобно строению человека и некоторых животных. К каждому из множества шарниров прикреплен датчик угла поворота, который передает значение величины угла в компьютер. На каркасной виртуальной трехмерной модели замеренные углы поворота позволяют пересчитать положение частей фигуры, спроектировать ее новое положение в пространстве. После последовательной записи ряда положений фигуры можно быстро просмотреть картинки и получить иллюзию ее движения. На каркас впоследствии натягивают текстуры (битовые цветные карты), получая реалистичное изображение движений виртуального персонажа.

[5.3 Мб] Часто комбинируют способы ввода информации, используя управление объектом как от трехмерного управлятора, так и от двухмерной мыши. Использована технология резиновой сетки: одни узлы трехмерной фигуры немного тянут за собой другие.

[2.7 Мб] Результат съемки небольшого мультифильма, пока на каркасной фигуре. На построение этого фрагмента прямо на выставке у оператора-мультипликатора ушло около часа. Теперь режиссер может легко менять одежду персонажа, направление камер, практически мгновенно вносить изменения в трехмерную модель фильма, управлять сюжетом.

[1.5 Мб] Эффект поляризации. Если очки наблюдателя или стекло поляризованные, то изображение на экране такого компьютера увидеть можно. В обычных лучах изображение невидимо. Оптический тракт камеры, снимавшей этот сюжет, тоже обладает свойством поляризации, поэтому изображение немного нам видимо. Человек, который стоит рядом без специальных очков, изображения на экране компьютера не видит. Штучка хорошая, особенно если не хочешь, чтобы твой сосед видел, чем ты занимаешься на компьютере.

[58 Мб] Картинки с выставки. Выставка CeBIT, проходящая ежегодно в Ганновере (Германия) — крупнейшая в Европе компьютерная выставка. Площадь выставки — 250 000 квадратных метров, — целый город с сотнями ресторанов и магазинов. За семь дней работы выставки невозможно осмотреть все ее 26 павильонов, в которых расположено более 8000 стендов, многие из которых многоэтажные. Фонтаны, роботы, дирижабли, световые эффекты поражают воображение и привлекают внимание более 700 000 зрителей. Передвигаться по выставке лучше на автобусах или велосипедах. Искать друг друга легче по мобильному телефону. На выставке присутствуют практически все развитые в технологическом отношении страны и крупнейшие фирмы, которые выстраивают здесь целые «города». Россия традиционно выставляется в пятом павильоне. За семь дней можно увидеть много чего забавного. Для привлечения публики и рекламы своих достижений экспоненты устраивают музыкальные шоу, используют художников, танцовщиц и даже фокусников. Самое главное в таком фейерверке идей и товаров — остановить зрителя, успеть объяснить и заинтересовать его своим предложением — одним из миллионов.

[1.7 Мб] Этот дракон, — хотя и не действует, — вполне отличная идея для того, чтобы остановить зрителя, обратить на себя и свой стенд внимание.

[240 Мб] Достаточно полный фильм о выставке вцелом. Хотя нас интересовала, в основном, компьютерная графика.

[1.1 Мб] Еще одно устройство ввода графической информации в компьютер. Чем быстрее вы машете своими руками (частота мелькания рук воспринимается видеокамерой), тем быстрее компьютер будет менять координату бегуна на спортивной дорожке. Есть шанс обогнать виртуальных соперников. Неплохая физическая зарядка в офисе, азарт победы тоже неплохо разгоняет кровь :) Ну, не все же время уходить в виртуальность, можно, наоборот, заставить виртуальность управлять вашим физическим состоянием.

[3.8 Мб] Изобретение братьев Латыповых из России — сфера, как устройство ввода графической информации. Своего рода гигантская мышка, только наоборот. Все просто: надеваете на голову виртуальный шлем, влезаете в сферу и ходите внутри нее. Пол сферы от ваших шагов перемещается. Вращение сферы передается на ролики — датчики поворота. Угол проворачивания сферы при каждом шаге передается в компьютер, который вычисляет, куда и на какое расстояние вы переместились в виртуальном мире. На монитор шлема передается вычисляемое изображение местности, куда вы таким образом якобы забрели. Ощущение незабываемое, ходить можно безгранично — краев у сферы нет :) Ориентировка и ощущение реального мира пропадают мгновенно и абсолютно. Здесь, кроме бокового зрения, практически отключается и вестибулярный аппарат, который помогает обычно ориентироваться в реальном мире.