Vrste digitalnih objekata

Tri načina da se opiše isto tijelo

Tijelo se u računalu može opisati na tri temeljna načina, a razlika je u tome što se zapravo zapisuje: rub, površina ili obujam.

Poligonalni zapis opisuje rub tijela nizom ravnih ploha. Valjak nije valjak nego mnogokutna prizma s dovoljno stranica da izgleda okruglo. Zapis je jednostavan, brz za prikaz i razumiju ga svi uređaji, ali je približan. Točnost se povećava samo povećanjem broja poligona, a to izravno usporava prikaz.

Površinski zapis opisuje plohe matematički, najčešće preko krivulja i ploha zadanih kontrolnim točkama (NURBS). Valjak je ovdje doista valjak, opisan polumjerom i visinom. Zapis je točan i mala je datoteka, ali ga grafička kartica ne može prikazati izravno — prije prikaza se uvijek pretvara u trokute.

Volumni zapis ne opisuje samo rub nego cijeli obujam, podijeljen na ćelije (voxel). Svaka ćelija nosi podatak o tome što je u njoj: materijal, gustoća, temperatura. Takav zapis nastaje pri računalnoj tomografiji i pri nekim postupcima simulacije. Datoteke su velike, ali zapis omogućuje ono što drugi ne mogu — prikaz unutrašnjosti bez rezanja.

Za proširenu stvarnost to znači sljedeće. Poligonalni zapis je krajnji cilj jer ga uređaj prikazuje. Površinski zapis je polazište jer dolazi iz konstrukcije. Volumni zapis pojavljuje se rijetko, i to ondje gdje se prikazuje unutrašnjost dijela — primjerice položaj kanala za zrak unutar tijela prihvatnice.

Oblak točaka, skeniranje i fotogrametrija

Oblak točaka nastaje mjerenjem. Uređaj snimi površinu stvarnog predmeta i za svaku izmjerenu točku zapiše tri koordinate, često uz boju i jakost odbijenog signala. Oblak nema ploha ni bridova; to je samo skup točaka. Zbog toga se ne može izravno osvijetliti ni teksturirati, ali vrlo vjerno opisuje ono što je izmjereno.

Mjerenje se izvodi na dva načina. 3D skeniranje koristi vlastiti izvor signala: laserska zraka ili projicirana rešetka svjetla pada na predmet, a kamera mjeri odstupanje. Postupak je točan, radi i na jednobojnim površinama, ali oprema je skupa, a sjajne i prozirne površine ostaju problem.

Fotogrametrija ne koristi vlastiti izvor svjetla. Predmet se snimi s mnogo položaja običnom kamerom, a program iz preklapanja slika izračuna gdje je koja točka. Oprema je jeftina i dostupna, a rezultat nosi vjernu boju površine. Zauzvrat traži ravnomjerno osvjetljenje, predmet s dovoljno teksture i mnogo računanja.

Oblak se za uporabu mora pretvoriti u mrežu. Postupak ide u koracima: uklanjanje šuma i suvišnog okoliša, spajanje snimaka iz više položaja u jedan koordinatni sustav, izrada mreže preko točaka, zatvaranje rupa i prorjeđivanje. Svaki korak gubi dio podataka, pa se izvorni oblak čuva kao zapis mjerenja, a mreža se smatra izvedenim rezultatom.

U projektu AR-1 skeniranje se koristi za ono čega nema u konstrukciji: postojeći nosač izrađen na licu mjesta i ograda ćelije s natpisnom pločicom. Iz tih se snimaka ne izrađuje precizan model nego jednostavna mreža koja služi za provjeru pristaje li prihvatnica i gdje se upute mogu prikazati.

Objekti koji se gibaju i zvuče

Digitalni objekt ne mora biti nepomičan. Uz mrežu se zapisuju i podaci koji ju pokreću. Kostur je hijerarhija kostiju, a svakom vrhu mreže pridružuje se težina kojom ga pojedina kost povlači. Animacija je niz ključnih položaja s vremenskim oznakama, a program međupoložaje računa sam.

U tehničkim uputama animacija nosi značenje koje se tekstom teško prenosi. U uputama AR-1 animirano je otpuštanje četiriju vijaka redom, izvlačenje prihvatnice s prirubnice i smjer u kojem se novi dio uvodi. Trajanje svake animacije je između dvije i četiri sekunde, jer kraća se ne stigne pratiti, a dulja usporava rad.

Osim gibanja, objekt može nositi i zvuk. Zvuk u proširenoj stvarnosti nije ukras: kratki signal potvrđuje da je korak prepoznat, a izgovorena uputa oslobađa ruke tehničaru koji drži alat. Zvuk može biti i prostoran, pa se čini da dolazi s mjesta objekta, što pomaže kad objekt nije u vidnom polju.

Formati razmjene

Format datoteke određuje što se iz jednog programa prenosi u drugi. Nijedan format ne nosi sve, pa se bira prema onome što u sljedećem koraku treba. Formati se grubo dijele na one koji nose točan opis ploha, one koji nose mrežu i one koji nose cijelu scenu.

Za projekt AR-1 lanac je sljedeći. Iz konstrukcije izlazi STEP od 41 MB jer treba sačuvati točan oblik i stablo dijelova. Nakon tesselacije i dorade mreže dobiva se FBX od 8,4 MB koji nosi i animacije rastavljanja. Za samu aplikaciju izvozi se glTF sa sažimanjem od 2,1 MB, jer taj format razvojno okruženje učitava najbrže.

Pri svakoj pretvorbi nešto se gubi. Iz STEP-a u mrežu gubi se točan opis plohe i mogućnost promjene mjera. Iz FBX-a u glTF gubi se dio složenih materijala. Iz bilo čega u STL gubi se sve osim oblika. Zato se izvorni zapis nikada ne briše: on je jedini iz kojeg se sve može ponoviti.

Prikaz pokazuje i praktično pravilo pri odabiru formata: ako model treba samo prikazati, bira se format koji nosi najmanje podataka za taj zadatak. Svaki podatak koji aplikacija ne koristi produljuje učitavanje i zauzima memoriju uređaja.

Materijali i teksture kao dio objekta

Digitalni objekt ne nosi samo oblik nego i podatke o izgledu površine. Ti se podaci zapisuju kao materijal, a materijal se opisuje nizom slika koje se nanose na razvijenu površinu. Svaka slika govori nešto drugo o istoj točki površine.

Najveću korist u proširenoj stvarnosti daje slika normala. Ona u svakoj točki površine mijenja smjer normale, pa svjetlo pada kao da ondje postoji reljef. Zahvaljujući tome se utori, natpisi, narebrenja i tragovi obrade mogu prikazati bez ijednog dodatnog trokuta. Upravo se na tom postupku temelji pečenje tekstura o kojem govori sedma jedinica modula.

Materijali se zapisuju uz model, ali ne uvijek na isti način. OBJ ih drži u zasebnoj datoteci uz mrežu. FBX i glTF mogu ih nositi u samoj datoteci ili uz nju. GLB i USDZ pakiraju sve u jedan spremnik, što je za isporuku na uređaj najpraktičnije jer se ne može dogoditi da tekstura ostane negdje drugdje.

Za projekt AR-1 dogovoreno je malo, ali dosljedno rješenje: dvije teksture 1024 × 1024 po modelu — jedna za osnovnu boju s upečenim zasjenjenjem, druga za normale. Hrapavost i metalnost zadaju se brojem, a ne slikom, jer je prihvatnica izrađena od jednog materijala. Time je ušteđeno oko 60 posto veličine u odnosu na potpuni skup tekstura.

Odabir zapisa prema namjeni

Odluka o zapisu donosi se na početku, jer se poslije skupo mijenja. Vodi je nekoliko pitanja: mora li se model mijenjati po mjerama, mora li se prikazati u stvarnom vremenu, dolazi li iz mjerenja ili iz konstrukcije i tko ga sve mora otvoriti.

U praksi se rijetko ostaje pri jednom zapisu. Uobičajen je lanac u kojem se model izradi parametarski, izveze kao površinski zapis za arhivu, pretvori u mrežu za prikaz i po potrebi usporedi s oblakom točaka sa stvarnog dijela. Svaki zapis ima svoje mjesto i nijedan ne zamjenjuje sve ostale.

Zadnje pitanje je trajnost. Formati vezani uz jedan program mijenjaju se s njegovim inačicama, pa se dokumentacija nikada ne arhivira samo u njima. Za dugotrajno čuvanje bira se otvoreni format koji je opisan javno dostupnom specifikacijom, a radne datoteke ostaju uz njega kao radni materijal.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.