Dream Forest

2008

นายปิติพงศ์ พงศ์ภัทรานนท์ 4830314921

นางสาวไปรยา ชินะกาญจน์ 4830321221

นางสาวฐิติกา อุรุโสภณ 4831210421

นางสาวสร ้อยรวี สร ้อยระย ้า 4831239721

นายเอก เลิศไตรรักษ์ 4831246021

1. ที่มาของโครงงาน ความสำาค ัญของโครงงาน

เนื่องจากในปัจจุบันมีงานสามมิติที่เกี่ยวข ้องกับป่าอยู่เป็นจำานวนมาก อาทิภา พกราฟฟิคในเกมส์ รวมถึงได ้เห็นภาพการเปลี่ยนแปลงของป่าตามฤดูกาลต่างๆผ่าน ทางสารคดี ประกอบกับผู ้พัฒนามีความสนใจในด ้าน Computer Graphic จึง ศึกษาเกี่ยวกับ Algorithm ในการสร ้างต ้นไม ้ และมีแนวคิดที่จะสร ้างเครื่องมือที่ใช ้ สร ้างป่าเพื่อช่วยให ้ผู ้สร ้างเกมส์สามารถสร ้างป่าได ้ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น นอกจากนี้

ยังสามารถเปลี่ยนฤดูของป่าที่สร ้างขึ้นได ้โดยง่ายอีกด ้วย

ผู ้พัฒนาได ้พัฒนาโปรแกรมที่สร ้างป่าแบบสามมิติในแบบเรียลไทม์ได ้ โดยที่

จุดประสงค์หลักของโปรแกรมนี้คือสร ้างป่าโดยใช ้ทรัพยากรในการประมวลผลน ้อย ที่สุด จึงใช ้เวลาการประมวลผลเร็วกว่าโปรแกรมทั่วไปที่มีอยู่ เหมาะกับงานที่สร ้าง Scene ที่เน ้นเรื่องความเร็วในการประมวลผล และทางผู ้พัฒนาได ้เพิ่มความสามารถ ของโปรแกรมที่ผู ้ใช ้สามารถสร ้างป่าได ้ตามฤดูที่ต ้องการ และกระจายต ้นไม ้ไปบน พื้นที่ที่ต ้องการได ้ แม ้พื้นที่จะมีความสูงตำ่าไม่เท่ากัน

2. ระบบอื่นๆที่เกี่ยวข้อง

จากที่ได ้ศึกษาระบบอื่นๆ พบว่า โปรแกรมที่ใช ้ในการสร ้างป่านั้น จะสร ้างผืนป่า จากโมเดลต ้นไม ้ 3 มิติและปูต ้นไม ้เหล่านั้นไปบนผืนป่า โดยมักจะมีการกระจาย ตัวอย่างสุ่ม หรือใช ้ Algorithm ที่ผู ้พัฒนาได ้คิดค ้นไว ้ ทั้งนี้เพราะมุ่งเน ้นด ้านความ สวยงามเหมือนจริง ซึ่งการทำางานในขั้นตอนเหล่านี้มีการประมวลผลมาก ใช ้เวลานาน ขึ้น แต่โปรแกรม Dream Forest นี้ ลดการประมวลผลด ้วยการนำาภาพ 2 มิติมาไขว ้ กัน (Static Geometry) เพื่อให ้ดูคล ้ายโมเดล 3 มิติ ซึ่งประหยัดเวลาในการ Render เมื่อได ้ Static Geometry ก็นำามาจัดวางบน Terrain อย่างสุ่ม โดยต ้อง ดูความสูงของ Terrain ก่อนที่จะวางต ้นไม ้ลงไป เพื่อให ้ได ้ภาพป่าที่สมจริง ส่วนใน เรื่องของฤดูกาล จะใช ้ภาพจาก Function ที่ Blend ภาพต ้นไม ้ระหว่าง 2 ฤดู

ทำาให ้ได ้ต ้นไม ้ในเวลาระหว่างทั้ง 2 ฤดูนั้น

3. งานหรือทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

เป็นการใช ้ VRML (Virtual Reality Modeling Language) และ ภาพต ้นไม ้ 2 มิติในการพัฒนาโปรแกรมนี้ หลักการคือ จะนำาภาพมาไขว ้กัน เพื่อให ้ดูคล ้ายโมเดล 3 มิติ

ภาพที่ 1 แสดงตัวอย่างภาพป่าที่โปรแกรม Forest Maker สร ้างได ้ (http://leo.h.chiba-u.ac.jp/forest-maker)

 Realistic modeling and rendering of plant ecosystems เป็นการสร ้างโมเดลต ้นไม ้ พร ้อมใช ้ Algorithm ในการกระจาย ตำาแหน่งต ้นไม ้ให ้เป็นไปตามธรรมชาติในพื้นที่ที่กำาหนดไว ้

ภาพที่ 2 แสดงภาพการคำานวณการกระจายของจุดสีต่างๆโดยใช ้ Algorithm ที่

คิดค ้น

และนำาต ้นไม ้มาจัดเรียงตามสีที่ได ้คำานวณไว ้

(http://graphics.stanford.edu/papers/ecosys/ecosys.pdf )

 Interactive Landscape Visualization Using GPU Ray Casting by Stephan Mantler and Stefan Jeschke

เป็นการสร ้างแผนที่ให ้มีแสงและเงาให ้เหมือนจริงมากยิ่งขึ้น โดย Information ที่มีคือ Height Field ซึ่งจะทำาการคำานวณพื้นที่สูงตำ่าของ Terrain แล ้วเพิ่ม Texture เป็นป่าไม ้ จากนั้นทำา Ray Casting เพื่อให ้ภาพ สมจริงยิ่งขึ้น

ภาพที่ 3 แสดงภาพแผนที่ที่มีข ้อมูลความสูงของพื้นที่ แล ้วทำาการประมวลผลได ้ภาพ ที่สมจริง

(http://www.cg.tuwien.ac.at/research/publications/2006/Mantler- 06-landscape/)

 Nonlinear Multiresolution Image Blending by Mark Grundland, Rahul Vohra, Gareth P. Williams and Neil A.

Dodgson

ใช ้เทคนิคการซ ้อนภาพแบบนี้เพื่อให ้รูปต ้นไม ้ที่จะมาทำาเป็น

Texture ตามฤดูกาลต่างๆซ ้อนทับกันได ้โดยคุณภาพของภาพที่ได ้ไม่เสียไป กับการซ ้อนทับรูปแบบธรรมดา ซึ่งจะทำาให ้รูปที่ได ้มีคุณภาพมากขึ้นโดยมี

สมการของแต่ละสีสำาหรับ n รูปเป็นดังนี้

C=T₁

ρ

( ^∑

k=1 n

w_kT_ρ(^ak)

)

^{for Tρ(a)=sign(a)|a|ρ}

w_k:ค่ าOpacityของรู ปที่ kโดยที่

∑

^wk=1

4. Algorithm และการทำางานของโปรแกรม

โปรแกรม Dream Forest นี้มี Input คือ ไฟล์ Terrain, ชนิดต ้นไม ้ และ ฤดูกาล ส่วน Output คือ โมเดลสามมิติของป่าบน Terrain โดยการทำางานสามารถ เขียนเป็น Flow Chart ได ้ดังนี้

5. ต ัวอย่างงานจากโปรแกรม

รูป 1 ภาพป่าฤดูร้อนที่ได้จากโปรแกรม Dream Forest

รูป 2 ภาพป่าฤดูหนาวที่ได้จากโปรแกรม Dream Forest

6. สรุป

ได ้ป่าตามชนิด และฤดูกาลตามที่ผู ้ใช ้ระบุ โดยใช ้ Static Geometry ในการ สร ้างต ้นไม ้ ซึ่งใช ้ภาพจาก Function ที่Blend ภาพต ้นไม ้ระหว่าง 2 ฤดู ทำาให ้ได ้ ต ้นไม ้ในเวลาระหว่างทั้ง 2 ฤดูนั้น

เมื่อได ้ Static Geometry ก็นำามาวางบน Terrain อย่างสุ่ม โดยต ้องดูความ สูงของ Terrain ก่อนที่จะวางต ้นไม ้ลงไป เพื่อให ้ได ้ภาพป่าที่สมจริง

7. แนวทางการทำางานต่อ

อาจลองหาวิธีสร ้างภาพต ้นไม ้แบบใหม่แทนแบบเดิม เช่น สร ้างต ้นไม ้ 3D ด ้วย สมการทางคณิตศาสตร์ แล ้วนำาภาพ 2D ของต ้นไม ้ดังกล่าวออกมาสร ้างเป็น Static Geometry จะทำาให ้เป็นถึงการเจริญเติบโตของต ้นไม ้ได ้

อาจลองหาวิธีการสร ้างต ้นไม ้บน Terrain แบบอื่นแทนวิธีการใช ้ Static Geometry เพราะวิธีนี้ ก็มีข ้อเสียบางอย่าง เช่นเมื่อมองลงมาจากด ้านบน ขนานกับ Terrain จะเห็นแผ่นที่นำามาไขว ้กัน แทนที่จะเห็นภาพต ้นไม ้

8.Reference

-Realistic modeling and rendering of plant ecosystems

http://graphics.stanford.edu/papers/ecosys/ecosys.pdf -Interactive Landscape Visualization Using GPU Ray Casting

http://www.cg.tuwien.ac.at/research/publications/2006/Mantl er-06-landscape/

-Nonlinear Multiresolution Image Blending

http://www.cl.cam.ac.uk/~mg290/Rendering/MultiresolutionI mageBlending.pdf

-Visualization of Forest Landscapes by VRML http://leo.h.chiba-u.ac.jp/forest-maker

ภาพจาก

http://picasaweb.google.com/alexis.berger/IllustratorGraphics#51 14982983997234594

ภาพจาก

http://www.doublediamondauction.com/auction/dd/yew_tree.jpg

ภาพจาก http://johnson.acm.org:11080/plone-