A|Page
A|Page
รายงานฉบั บ นี้ เป็ น ส่ ว นหนึ่ ง ของ Assignment 5 วิ ช า Mathematics for Computer Graphics and Game รหั ส วิ ช า 951202 สาขา แอนนิ เ มชั น วิ ท ยาลั ย ศิลปะ สื่อ และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ซึ่ ง ได้ จั ด ท าขึ้ น โดยมี จุ ด ประสงค์ เ พื่ อ ให้ ผู้ จั ด ท าได้ ท าการศึ ก ษาค้ น คว้ า เกี่ยวกับ Computer Graphics เพิ่มเติม ทั้งนี้ เนื้อหาภายในรายงาน ได้รวบรวมมาจากบทความต่างๆในอินเทอร์เน็ต และมีการแปลบทความภาษาอังกฤษเป็นภาษาไทยอยู่บ้าง ถ้าหากมีข้อผิดพลาด ประการใด ผู้จัดทาก็ขออภัย มา ณ ที่น้ดี ้วย
ธนวัฒน์ โยริยะ (ผู้จัดทา) (28/11/57)
B|Page
1|Page
แสงและเงา (Light & Shadow) เป็ น สิ่ ง ส ำคั ญ ที่ ท ำให้ ภ ำพเกิ ด ควำมกลมกลื น หรื อ ตื้ น ลึ ก เหมือนจริงอย่ำงที่ตำเห็น ทั้งยังทำให้เกิดรูปทรง และควำมสมบูรณ์ของภำพ แสงเงำเป็นกระบวนกำรที่ ทำให้เกิดกำรมองเห็นอย่ำงหนึ่งซึ่งสำคัญมำก ในวัตถุทุกชนิดที่มีลักษณะเป็น3 มิติ จะมีเรื่องของแสง เงำปรำกฏอยู่เสมอ Shadows tell us about the relative locations and motions of objects เงำ จะบอกถึงควำมสัมพันธ์ระหว่ำงตำแหน่งและกำรเคลื่อนไหวของวัตถุ Shadows can be considered as areas hidden from the light source A shadow on A due to B can be found by projecting B onto A with the light as the center of projection Suggests the use of projection transformations Point lights have hard edges, and area lights have soft edges เงำ ของวัตถุจะตกกระทบเป็นบริเวณตรงข้ำมกับแหล่งกำเนิดแสง
ลักษณะของแสงเงำ เรำสำมำรถแบ่งค่ำออกได้เป็น 6 ค่ำน้ำหนักด้วยกันคือ 1. แสงสว่ำงจัด (HIGH LIGHT) เป็นส่วนของวัตถุที่กระทบแสงโดยตรง ทำให้บริเวณนี้มีน้ำหนัก อ่อนที่สุด ถ้ำเป็นวัตถุสีขำวอำจปล่อยกระดำษว่ำงโดยไม่ต้องลงน้ำหนักแสงเงำเลยก็ได้
2|Page
2. แสงสว่ำง (LIGHT) เป็นส่วนของวัตถุที่ไม่ถูกแสงโดยตรง แต่อยู่ในบริเวณที่ได้รับอิทธิพลจำก แสงนั้น ในบริเวณนี้จะมีน้ำหนักอ่อนมำก แต่แก่กว่ำบริเวณแสงสว่ำงสุดเล็กน้อย 3. เงำ (SHADOW) เป็นบริเวณที่ได้รับอิทธิพลของแสงน้อยมำก ต้องแรเงำพื้นที่บริเวณนี้ให้มี น้ำหนักเข้มกว่ำบริเวณแสงสว่ำงพอสมควร เพื่อแยกแสงและเงำออกจำกกัน 4. เงำมืด (CORE OF SHADOW) คือส่วนที่ไม่ได้รับอิทธิพลของแสงเลย จึงเป็นบริเวณที่ต้องแร เงำด้วยน้ำหนักเข้มกว่ำบริเวณอื่นๆ ของวัตถุทั้งหมด 5. แสงสะท้อน (REFLECT LIGHT) คือ บริเวณของวัตถุที่ไม่ได้กระทบแสงโดยตรงบริเวณของแสง สะท้อนนี้จะอยู่ด้ำนในของเงำ เป็นบริเวณที่กระทบแสงสะท้อนจำกวัตถุอื่นที่อยู่ใกล้ ๆ กัน น้ำหนักบริเวณนี้จะอ่อนกว่ำบริเวณเงำมืด ค่ำของแสงสะท้อนจะให้ควำมรู้สึกว่ำวัตถุในภำพมี มิติ มวลสำร ถ้ำเป็นภำพคนก็จะให้ควำมรู้สึกกว่ำมีชีวิต ถ้ำเป็นวัตถุอื่น ๆ จะให้ควำมรู้สึก เหมือนมีอำกำศอยู่โดยรอบ 6. เงำตกกระทบ (CAST SHADOW) คือ บริเวณที่เงำของวัตถุนั้น ๆ ทอดไปตำมพื้นหรือวัตถุอื่นที่ รองรับซึ่งจะมีน้ำหนักแก่กว่ำบริเวณแสงสะท้อน เงำตกทอดที่จัดว่ำสวยงำมในแง่ของศิลปะ คือ เงำตกทอด ที่เกิดจำกต้นกำเนิดของแสง ทำมุมกับพื้นรำบประมำณ 45 องศำ
Hard and Soft shadows Shadow volume is a technique used in 3D computer graphics to add shadows to a rendered scene. They were first proposed by Frank Crow in 1977 as the geometry describing the 3D shape of the region occluded from a light source. A shadow volume divides the virtual world in two: areas that are in shadow and areas that are not. Shadow volume คือ เทคนิคในกำรทำ 3D Computer Graphic ที่จะเพิ่มเงำเข้ำไปในกำรเรนเดอร์ฉำก
3|Page
Shadow Texture • Use a shadow image as a projective texture • Generate an image of the occluder from the light’s view and color it grey • Produce a shadow by texture mapping this image onto the background object • Can render shadows over curved surfaces Shadow Texture คือ กำรฉำยภำพเงำเข้ำไปในเท็กเจอร์ The lack of shadows is a big problem with computer graphics. They are complex and time consuming to generate, but add so much to a feeling of depth and form. กำรบกพร่องด้ำนเงำเป็นปัญหำใหญ่กับคอมพิวเตอร์กรำฟิก ซึ่งเงำจะมีควำมซับซ้อนและใช้เวลำนำนใน กำรสร้ำง แต่ท้งั นี้ทั้งนั้น เงำจะช่วยเพิ่มควำมรู้สึกของควำมตึ้นลึกและรูปแบบให้กับวัตถุ
“In computer graphics, ray tracing is a technique for generating an image by tracing the path of light through pixels in an image plane and simulating the effects of its encounters with virtual objects. The technique is capable of producing a very high degree of visual realism, usually higher than that of typical scanline rendering methods, but at a greater computational cost. This makes ray tracing best suited for applications where the image can be rendered slowly ahead of time, such as in still images and film and television visual effects, and more poorly suited for real-time applications
4|Page
like video games where speed is critical. Ray tracing is capable of simulating a wide variety of optical effects, such as reflection and refraction, scattering, and dispersion phenomena (such as chromatic aberration).”
Ray-tracing เป็น global illumination algorithm อันแรกที่ถูกพัฒนำขึ้นมำ กำรใช้ Ray-tracing จะคำนึงถึง โฟตอนเป็นล้ำนๆ อัน ที่เดินทำงไปมำในห้องนั้น จำนวนโฟตอนที่ใช้พิจำรณำเป็นหลัก คือโฟ ตอนที่วิ่งมำตกกระทบกับ สำยตำผู้มองเท่ำนั้น วิธีกำรนี้ใช้ได้ผลโดยไล่ตำมทิศทำงของแสงย้อนกลับไป จำกในทุกๆ จุด pixel บนจอภำพไปถึงตัววัตถุ 3 มิติ วิธีกำรที่ใช้ จะคำนวณเฉพำะข้อมูลที่จำเป็นเท่ำนั้น สำหรับกำรสร้ำงภำพบนจอภำพ อันมีลำดับขั้นตอนในกำรสร้ำงภำพ ดังนี้ 1. แสง ถูกตำมรอยกลับไป จำกสำยตำ ผ่ำนไปที่จุด pixel บนจอภำพ จนกลับไปถึงพื้นผิววัตถุ เรำ จะรู้กำรสะท้อนของแต่ละพื้นผิวจำกวัสดุที่ใช้แต่ะเรำจะไม่รู้จำนวนของแสงที่ตกกระทบมำถึง วัตถุน้นั ๆ 2. ในกำรพิ จ ำรณำกำรให้ แ สงโดยรวมทั้งหมดเรำจะไล่ ย้อนรอยกลั บไปยั งแสงจำกจุ ดตั ดกั น (intersection) ของแต่ ล ะต้ น ก ำเนิ ด ของแสง ในสภำพแวดล้ อ มธรรมชำติ (shadow ray) ถ้ ำ ลำแสงจำกต้นกำเนิดไม่ได้ถูกบดบังใดๆแสงนั้นจะถูกนำมำเพื่อคำนวนค่ำสีบนพื้นผิวตกกระทบ 3. ถ้ำพื้นผิว ที่ตกกระทบมีควำมมัน หรือโปร่งใส เรำจะคำนึงถึง สิ่งที่ไ ด้เนผ่ำนพื้นผิวนั้น และ คำนวณต่อ ในส่วนที่สะท้อนจะคำนวณซ้ำ จนกว่ำแสงนั้นจะได้พบกับวัตถุอื่น สี ณ จุดตัดกัน ของแสงนั้นจะคำนวณตำมองค์ประกอบของแสงจำกต้นกำเนิด 4. ถ้ำพื้นผิวอื่นมีควำมโปร่งใส หรือสำมำรถสะท้อนต่อไปได้อีก ray-tracing จะคำนวณเช่นเดิม ต่อไปอีกซ้ำๆกันเรื่อยๆจนสิ้นสุดทุกวัตถุ
5|Page
ในภำพ ray-tracing จะตำมแสงจำกกล้ อ ง ผ่ ำ นจุ ด pixel บนจอภำพ ไปยั งวั ต ถุ แล้ ว ย้ อ นกลับ ไปที่ แหล่งกำเนิดแสง ข้อดี กำรให้แสงแบบโดยตรง จะให้ควำมแม่นยำสำหรับ เงำ,กำรสะท้อน และ ควำมโปร่งใส ใช้ memory ไม่มำก ข้อเสีย ใช้เวลำในกำรคำนวณมำก ขึ้นอยู่กับว่ำใช้แหล่งกำเนิดแสงกี่ดวงด้วย กำรคำนวณ จะต้องทำซ้ำๆ ไปเรื่อยๆ ทุกครั้งที่เปลี่ยนมุมมอง ไม่ได้มีกำรคำนึงถึงแสง กระจำยโดยรอบ ในธรรมชำติ Ray Tracing ให้คุณภำพกำรเรนเดอร์ในระดับสูง โดยใช้กำรคำนวณลำแสงและกำรแบ่งพื้นที่ว่ำง โดยจำลองได้ทั้งกำรสะท้อนและกำรหักเหของแสง Ray Tracing ใช้ได้ดีโดยเฉพำะกับพื้นผิวที่มีกำร สะท้อนแสง เพรำะมันสำมำรถคำนวณทิศทำงของแสงที่สะท้อนจำกวัตถุได้อย่ำงแม่นยำ และยังใช้ได้ดี กับวัตถุโปร่งแสงอีกด้วย เช่น แก้ว ซึ่งสำมำรถคำนวณทิศทำงในกำรหักเหของแสงผ่ำนวัตถุได้ สภำพ แวดล้อมแบบแสงตกกระทบและแสงท้องฟ้ำสำมำรถทำได้โดยใช้กำรเรนเดอร์แบบ Ray Tracing โดย กำรคำนวณหรือทำงำนร่วมกับ Radiosity Soft shadow มีอยู่ในเครื่องมือ Shadow Map Blur
6|Page
“Virtual reality has been notoriously difficult to define over the years. Many people take "virtual" to mean fake or unreal, and "reality" to refer to the real world. This results in an oxymoron. The actual definition of virtual, however, is "to have the effect of being such without actually being such". The definition of "reality" is "the property of being real", and one of the definitions of "real" is "to have concrete existence". Using these definitions "virtual reality" means "to have the effect of concrete existence without actually having concrete existence", which is exactly the effect achieved in a good virtual reality system. There is no requirement that the virtual environment match the real world. Inspired by these considerations, for the virtual windtunnel we adapt the following definition: Virtual reality is the use of computer technology to create the effect of an interactive threedimensional world in which the objects have a sense of spatial presence.”
ความเป็นจริงเสมือน (Virtual Reality) หรือที่เรียกกันย่อ ๆ ว่ำ “ วีอาร์ ” (VR) เป็นกลุ่ม เทคโนโลยีเชิงโต้ตอบที่ผลักดัน ให้ผู้ใช้เกิดควำมรู้สึกของกำรเข้ำร่วมอยู่ภำยในสิ่งแวดล้อมที่ไม่ได้มีอยู่ จริงที่สร้ำงขึ้นโดยคอมพิวเตอร์ พัฒนำกำรของควำมเป็นจริงเสมือนได้รับอิทธิพลมำจำกแนวควำมคิดง่ำย ๆ แต่มีอำนำจมำก เกี่ยวกับกำรที่จะเสนอสำรสนเทศอย่ำงไรให้ดีที่สุด คือ ถ้ำผู้ออกแบบสำมำรถให้ประสำทสัมผัสของ มนุษย์มีควำมค่อยเป็นค่อยไปในปฏิสัมพันธ์กับโลกทำงกำยภำพซึ่งเป็นสิ่งที่อยู่ล้อมรอบตัวเรำแล้ว มนุษย์ก็จะสำมำรถรับและเข้ำใจสำรสนเทศได้ง่ำยขึ้น ถ้ำสำรสนเทศนั้นกระตุ้นกำรรับรู้สัมผัสของผู้รับ ควำมเป็นจริงเสมือนเป็นวิวัฒนำกำรอย่ำงหนึ่งของเทคโนโลยีที่เกิดจำกกำรวิจัยของรัฐบำล อเมริกันเมื่อกว่ำ 40 ปีที่แล้ว เพื่อกำรวิจัยและพัฒนำเทคโนโลยีสำหรับด้ำนกำรทหำรและกำรจำลอง ในกำรบิน ในระหว่ำง พ.ศ. 2503 – 2512 อีแวน ซูเทอร์แลนด์ (lvan Sutherland) ซึ่งนับเป็นบิดำ ของเทคโนโลยีควำมเป็นจริงเสมือนได้ประดิษฐ์จอภำพสวมศีรษะ 3 มิติ รุ่นแรกออกมำและในระยะนั้น
7|Page
ได้มีพัฒนำกำรด้ำนคอมพิวเตอร์กรำฟิกเกิดขึ้น กำรใช้จอภำพสวมศีรษะร่วมกับคอมพิวเตอร์กำรฟิก 3 มิติ จึงนับเป็นต้นกำเนิดของเทคโนโลยีควำมเป็นจริงเสมือนในปัจจุบัน ในระหว่ำง พ.ศ. 2513 – 2532 (ทศวรรษ 1970s – 1980) กำรวิจัยในห้องปฏิบัติกำรวิจัย อวกำศอำร์มสตรอง ได้พัฒนำเทคโนโลยีกำรจำลองกำรบินโดยกำรปรับปรุงจอภำพสวมศีษะให้ดีขึ้น โดยให้นักบินสวมใส่แล้วจะมีควำมรู้สึกกลมกลืนไปกลับสิ่งแวดล้อมเสมือนจริง เมื่อนักบินมองออกไป ในโลกควำมเป็นจริงเสมือนซึ่งปรำกฏอยู่เบื้องล่ำงแล้ว จะเห็นเสมือนว่ำมีเครื่องบินอื่นปรำกฏอยู่ ภำยใต้สิ่งแว้ดล้อมนั้นในระยะเดียวกันนั่นเอง ได้มีกำรวิจัยเกี่ยวกับควำมเป็นจริงเสมือนในมหำวิทยำลัย ต่ำงๆในสหรัฐอเมริกำเช่นกัน ที่มหำวิทยำลัยนอร์แคโรไลนำ ได้มีกำรใช้เทคนิคควำมเป็นจริงเสมือนใน กำรสร้ำงจินตนำกำรด้ำนสถำปัตยกรรมและด้ำนกำรแพทย์และที่มหำวิทยำลัยแห่งวิสคอนซินและคอน เนกทิคัต ได้มีกำรวิจัยเกี่ยวกับ “ควำมเป็นจริงประดิษฐ์ ” ซึ่งมีควำมปฏิสัมพันธ์กับโลกเสมือนจริง สำมำรถใช้ได้ท้งั ทำงด้ำนกำรศึกษำและบันเทิง ในปี 2536 เทคโนโลยีควำมเป็นจริงเสมือนได้ขยำยวงกว้ำงทำงด้ำนบันเทิง โดยเฉพำะอย่ำงยิ่ง ในสถำนบันเทิง เช่น ดิสนีย์เวิลด์ที่มีกำรใช้เทคโนโลยีมำใช้อย่ำงกว้ำงขวำง ในระยะต่อมำผู้ผลิตเกม คอมพิวเตอร์ เช่น ซีกำ และนินเทนโด ได้นำเทคโนโลยีควำมเป็นจริงเสมือนมำใช้ในเกมต่ำงๆแทน ของเดิมในขณะที่บริษัทต่ำงๆ ได้พัฒนำกำรโดยใช้ควำมเป็นจริงเสมือนในด้ำนบันเทิงอยู่น้ีสถำบันและ กลุ่ ม นั ก วิ จั ย ก็ มี ค วำมพยำยำมในกำรน ำควำมจริ ง เสมื อ นมำใช้ ใ นด้ ำ นต่ ำ งๆ เช่ น ด้ ำ นวิ ศ วกรรม วิทยำศำสตร์ กำรแพทย์และกำรฝึกอบรม ระบบ VR แบ่งตำมลักษณะตำมพื้นฐำนบนวิธีที่ติดต่อกับผู้ใช้ออกเป็น 5 ประเภท ดังนี้ 1. Desktop VR or Window on World Systems (WoW): ระบบเหล่ำนี้ใช้จอภำพคอมพิวเตอร์ธรรมดำ เพื่อแสดงโลกเสมือนจริงบำงครั้งถูกเรียกว่ำ “Desktop VR” หรือ “Window on a World” (WoW).
2. Video Mapping: เป็นกำรนำวิดีโอมำเป็นอุปกรณ์หรือเครื่องมือนำเข้ำข้อมูลของผู้ใช้และใช้กรำฟิก คอมพิวเตอร์นำเสนอกำรแสดงผลในโมเดลแบบสองมิติหรือสำมมิติโดยผู้ใช้จะเห็นตัวเองและ
8|Page
เปลี่ยนแปลงตัวเองจำกจอภำพ ควำมคิดนี้ถูกใช้ในเกมคอมพิวเตอร์ที่เป็นที่ชื่นชอบ เช่น Doom and Quake.
3. Immersive Systems: เป็ น ระบบควำมจริ ง เสมื อ นส ำหรั บ ผู้ ใ ช้ ส่ ว นบุ ค คล โดยผู้ ใ ช้ น ำอุ ป กรณ์ ประเภทจอภำพสวมศีรษะ (HMD) ได้แก่ หมวกเหล็กหรือหน้ำกำกมำใช้จำลองภำพและกำรได้ยิน
4. Telepresence : คือเป็นระบบเสมือนจริงที่มีกำรนำอุปกรณ์ตรวจจับสัญญำณระยะไกลที่อำจติดตั้ง กับหุ่นยนต์เชื่อมต่อกับกำรใช้งำนของผู้ใช้
9|Page
5. Augmented / Mixed Reality Systems : เป็นกำรผสมผสำนระหว่ำง Telepresence ระบบควำมจริง เสมือน และเทคโนโลยีภำพเพื่อสร้ำงสิ่งที่เสมือนจริงให้กับผู้ใช้ เทคโนโลยีเสมือนจริง (Augmented Reality: AR) เป็นประเภทหนึ่งของเทคโนโลยีค วำมจริงเสมือนที่มีกำรนำระบบควำมจริงเสมือนมำ ผนวกกับเทคโนโลยีภำพเพื่อสร้ำงสิ่งที่เสมือนจริงให้กับผู้ใช้
ระบบเสมือนจริง (Virtual Reality System -VR) ระบบเสมือนจริง คือ ระบบสำหรับผู้ใช้ คนเดียวหรือหลำยคนที่เคลื่อนย้ ำยหรือ โต้ตอบใน สิ่งแวดล้อมที่จำจองมำโดยคอมพิวเตอร์ ระบบเสมือนจริงจะต้องมีอุปกรณ์ที่พิเศษในกำรมอง กำรได้ ยิ น กำรสัม ผั สจำกโลกที่ จ ำลองขึ้ น และอุ ป กรณ์ ที่ใ ช้ จะต้ องสำมำรถที่ จะบั น ทึ ก และส่ ง พู ด หรื อ เคลื่อนไหวได้ในโปรแกรมที่ทำให้เกิดกำรจำลอง ระบบเสมือนจริงนับเป็นกำรใช้ประโยชน์จำกกำรแสดงผลด้วยสื่อประสม กำรสร้ำงภำพ 3 มิติที่ สำมำรถมองเห็ น เหมือนเป็ น ภำพที่เ ป็ น 3 มิติจริงๆ โดยใช้ อุปกรณ์พิเศษเช่ น แว่ น ตำ 3 มิติเข้ ำช่ วย ประกอบกับกำรใช้อุปกรณ์สำหรับกำรรับข้อมูลจำกกำรเคลื่อนไหว ระบบเสมือนจริง (Virtual Reality – VR.) เป็นระบบที่คอมพิว เตอร์สำมำรถสร้ำงภำพเหตุกำรณ์ต่ำงๆ ขึ้นได้ตอบสนองกำรสั่งกำรด้วยวิธี ปฏิบัติของผู้ใช้ ซึ่งผู้ใช้จะสำมำรถรับรู้ได้เสมือนอยู่ในเหตุกำรณ์จริง ระบบคอมพิวเตอร์สำมำรถตรวจ รับควำมเคลื่อนไหวของผู้ใช้ นำไปประมวลผลและแสดงผลให้ผู้ใช้เห็นตอบสนองกำรเคลื่อนไหวนั้นโดย เหมือนภำพจริง และอำจเพิ่มควำมรู้สึกอื่นเช่นแรงตอบสนอง หรือควำมเคลื่อนไหวของสิ่งแวดล้อม ประกอบให้เหมือนจริงมำกขึ้นได้อีกด้วย ระบบเสมือนจริงถูกนำไปใช้ประโยชน์ในด้ำนต่ำงที่สำคัญเช่น ด้ำนกำรฝึกอบรม ระบบฝึกผ่ำตัด สำหรับแพทย์ นักเรียนแพทย์สำมำรถใช้ระบบนี้เพื่อเรียนรู้ก ำรผ่ำตัดโดยใส่ถุงมือซึ่งจะส่งสัญญำณกำร เคลื่อนไหวกลับไปคอมพิวเตอร์ นักเรียนแพทย์สำมำรถจะเห็นภำพห้องผ่ำตัดที่มีเตียง เครื่องมือ และ คนไข้ได้จำกแว่น 3 มิติซึ่งถูกส่งภำพมำจำกคอมพิวเตอร์ เมื่อนักเรียนแพทย์ขยับมือไปหยิบเครื่องมือที่ เห็นในจอภำพ โดยที่ไม่มีเครื่องมื อนั้นอยู่จริง สำมำรถนำเครื่องมือนั้นทำกำรผ่ำตัดคนไข้บนจอภำพ และระบบเสมือนจริงยังอำจส่งแรงต้ำนเมื่อมีดผ่ำตัดกดลงบนเนื้อคนไข้ ให้นักเรียนแพทย์ได้รู้สึกจำกถุง
10 | P a g e
มือได้ด้วย กำรใช้ระบบเสมือนจริงเช่นนี้ทำให้นักเรียนแพทย์สำมำรถเรียนรู้วิธีกำรผ่ำตัดโดยสำมำรถ ฝึกหัดได้ จำกระบบเสมือนจริงบ่อยครั้งมำกกว่ำเดิมที่ต้องทดลองกับครู ใหญ่ (ศพที่มีผู้บริจำคเพื่อ กำรศึกษำ) เจเนอรัลมอเตอร์และฟอร์ด ซึ่งเป็นผู้ผลิตรถยนต์รำยใหญ่ของโลก ได้สร้ำงรถยนต์เสมือน จริงที่ให้ลูกค้ำได้ทดลองขับขี่รถยนต์ ซึ่งจะเห็นภำพของสถำนที่แวดล้อมที่มีกำรขับรถยนต์ผ่ำนไปพร้อม กับควำมรู้สึกที่ใ กล้เคียงกับกำรได้นั่งขับรถยนต์อยู่จริงๆ ซึ่งเหล่ำนี้ก็เป็นตัวอย่ำงของกำรใช้ระบบ เสมือนจริงเพื่อกำรฝึกอบรมปฏิบัติ นอกจำกกำรนำไปใช้สำหรับกำรฝึกปฏิบัติแล้ว เกมคอมพิวเตอร์ก็ได้นำระบบเสมือนจริงไป สร้ำงเป็นเกมให้ผู้เล่นสำมำรถจับอำวุธ หรืออุปกรณ์เช่นเครื่องควบคุมยำนอวกำศ เป็นเครื่องมือที่จะส่ง ควำมเคลื่ อ นไหวเข้ ำ สู่ ค อมพิ ว เตอร์ และมองเห็ น ภำพของกำรสู้ ร บได้ แ บบสำมมิ ติ ที่ เ หมื อ นอยู่ ใ น เหตุกำรณ์จริง และยังอำจสร้ำงเครื่องมือเฉพำะที่อำจทำให้รู้สึกสั่นสะเทือน หรือมีแรงหน่วงเมื่อเกิด กำรเลี้ยวโค้ง ฯลฯ ได้ ทำให้เกิดควำมบันเทิงในกำรเล่นเกมที่สมจริงสมจังมำกยิ่งขึ้น รำยกำรของงำนที่คำดว่ำจะมีกำรใช้คอมพิวเตอร์เป็นอย่ำงมำกได้แก่ 1. งำนประยุกต์ที่อำศัยควำมจริงเสมือน (Virtual Reality Applications) เกม (Games) เช่น เกมส์ที่ได้รับควำมนิยมอย่ำงมำกในช่วง 2-3 ปีที่ผ่ำนมำคือ Counter Strike ซึ่งเป็นเกมส์แนว Action ที่ทำให้ผ้เู ล่นรู้สึกว่ำเหมือนว่ำอยู่ในเหตุกำรณ์นั้นจริงๆ นำโนเทคโนโลยี (Nanotechnology) ที่ใช้สร้ำงเครื่องจักรขนำดจิ๋วระดับโมเลกุลของสสำร เช่น อุตสำหกรรมทำงกำรแพทย์ ในอนำคตกำรผ่ำตัดแบบดั้งเดิม อำจเปลี่ยนไปเป็นกำรผ่ำตัดระดับ นำโน (nanosurgeons) โดยกำรควบคุมหุ่นยนต์นำโน (nanorobots) เข้ำไปตรวจจับและทำลำย เซลล์มะเร็ง หรือไวรัสที่ต้องกำรโดยไม่เป็นอันตรำยต่อเซลล์อื่น เครื่องมือฝึกอบรม (Training Tools) ดังตัวอย่ำงด้ำนล่ำงนี้ o กำรบินไทยได้นำเทคโนโลยี “เครื่องจำลองกำรบิน " หรือ Aviation Simulation เพื่อเป็น กำรฝึกปรือให้นักบินมีทักษะและควำมเชี่ยวชำญในกำรปฏิบัติหน้ำที่ด้วยควำมเชื่อมั่น ซึ่งนักบินถือเป็นอำชีพหนึ่งแต่อำจจะแตกต่ำงกับหลำยๆ อำชีพก็ตรงที่ กำรบินต้อง เตรียมพร้อมและต้องสำมำรถรับมือกับสถำนกำรณ์เฉพำะหน้ำได้ทุกรูปแบบ แม้ว่ำกำร เดินทำงโดยเครื่องบิน จะเป็นกำรเดินทำงที่ปลอดภัยมำกที่สุดก็ตำม ดังนั้นกำรฝึกบิน จึงต้องปฏิบัติอย่ำงสม่ำเสมอ ในสถำนกำรณ์ที่แตกต่ำงกันไป o บริษัท ST Software คิดค้นเครื่องหัดขับรถเสมือนจริง (Driving Simulator) เพื่อให้ผู้ที่ เริ่มขับรถเข้ำใจทั้งกำรใช้เกียร์ สัญญำณไฟกำรเลี้ยวเพื่อเป็นกำรสร้ำงควำมเข้ำใจขั้น พื้นฐำนก่อนกำรออกถนนจริง อีกทั้งยังเป็นกำรประหยัดค่ำใช้จ่ำยและปลอดภัยมำกว่ำ กำรหัดขับบนถนนจริงๆอีกด้วย
11 | P a g e
o กองทั พ (Military) เช่ น บริ ษั ท Microsoft ได้ คิ ด ค้ น Software ที่ ชื่ อ Flight Simulator 2004 A Century of Flight เพื่อใช้สำหรับกำรฝึกนักบิน กำรแพทย์ (Medical) เช่น โรงพยำบำลพญำไท แผนก Surgery Clinic ซึ่งนำเทคโนโลยี กล้อง microscope มำประยุกต์ใช้ในกำรผ่ำตัดหรือกำรศัลยกรรมเสริมสวยต่ำงๆเพื่ออำนวยควำม สะดวกในกำรผ่ำตัดอวัยวะภำยในร่ำงกำยที่ยำกต่อกำรเข้ำถึงและยังลดควำมเจ็บปวดหลังกำร ผ่ำตัดได้อีกด้วย 2. กำรเรียนโดยใช้คอมพิวเตอร์ (Computer Assisted Learning) กำรเรียนทำงไกล (Distance Learning) เช่น E-Learning ก็เป็นอีกช่องทำงหนึ่งในกำรสอนซึ่ง นักศึกษำสำมำรถเรียนวิชำต่ำงๆผ่ำนทำง Internet และยังอำนวยควำมสะดวกแก่นักศึกษำ อย่ำงมำกเพรำะสำมำรถซักถำมข้อสงสัยและโต้ตอบได้ทันทีเหมือนกับกำรเรียนในห้องเรียน กำรเรียนโดยอำศัยเทคโนโลยีช่วย (Technology Aided Learning) เช่น "จะต้องมีกำรพัฒนำใน 3 ส่วน คือ กำรพัฒนำระบบ MIS หรือ Management Information System ซึ่งจะเน้นกำรรำยงำน ข้อมู ลเพื่อกำรบริห ำรจัดกำร ระบบ DSS หรือ Decision Support System เน้น กำรวิเครำะห์ ข้ อ มู ล เพื่ อ ช่ ว ยในกำรตั ด สิ น ใจของผู้ บ ริ ห ำรมหำวิ ท ยำลั ย และระบบ EIS หรื อ Executive Information System เน้นกำรวำงแผนเชิงกลยุทธ์เพื่อกำหนดนโยบำยกำรบริหำร 3. พำณิชย์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Commerce; E-commerce) เช่น เวบไซด์ต่ำงๆที่ทำกำรซื้อ ขำยสินค้ำผ่ำนทำง Internet 4. หุ่นยนต์ (Robots) คนรับใช้ไซเบอร์ (Cyber maid) รถยนต์ที่ไม่ต้องใช้คนขับ (Driverless Cars) เช่น ศูนย์ปฏิบัติกำรพัฒนำหุ่นยนต์ภำคสนำม สำนักวิจัยและบริกำรวิทยำศำสตร์และเทคโนโลยี มหำวิทยำลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้ำธนบุรี ได้ทำหำรคิดค้นหุ่นยนต์ที่มีลักษณะเป็นซีเคียวริต้ี โรบอท (Security Robot) ที่ พั ฒ นำต่ อ ยอดเสริ ม ลู ก เล่ น ให้ มี ค วำมฉลำดเพิ่ ม ขึ้ น และพั ฒ นำ วิธีกำรควบคุมหุ่นยนต์ จำกกำรบังคับด้วย Joystick มำเป็นบังคับโดยถุงมือรับข้อมูล (Data Glove) เพื่อให้ง่ำยต่อกำรบังคับทิศทำงและเป็นกำรควบคุมที่ให้ควำมรู้สึกเป็นธรรมชำติ แล้วส่ง ข้อมูลที่ต้องกำรผ่ำนอุปกรณ์ไร้สำยไปยัง คอนโทรลเลอร์ ซึ่งติดตั้งอยู่กับตัวหุ่นยนต์ สำหรับ ประมวลผลสัญญำณ เพื่อสั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปตำมทิศทำงที่ต้องกำร นอกจำกนั้นหุ่นยนต์ ยังสำมำรถส่งภำพจำกกล้องดิจิตัลที่ติดตั้งอยู่ส่วนบนของหุ่นยนต์ มำยังเจ้ำหน้ำที่ ควบคุม แล้ว นำข้อมูลและภำพที่ได้รับมำใช้ประกอบกำรตัดสินใจในกำรปฏิบัติงำน นำฬิกำ นอกจำกถุงมือ แล้ว ยังได้นำหมวก Head Mounted Display (HMD) มำใช้เพื่อเพิ่มศักยภำพในกำรทำงำนของ หุ่นยนต์ โดยผู้บังคับหุ่นยนต์เมื่อสวมหมวก HMD แล้วจะให้ควำมรู้สึกเหมือนกำลังขับหุ่นยนต์ ด้วยตัวเอง ภำพที่เห็นก็เหมือนเข้ำไปอยู่ในเหตุกำรณ์อย่ำงใกล้ชิด
12 | P a g e
5. ก ำ ร เ ข้ ำ ใ จ ภ ำ ษ ำ ม นุ ษ ย์ ( Natural Language Understanding) ก ำ ร รั บ รู้ ค ำ พู ด ( Speech Recognition) 6. โทรศัพท์ภำพ (Videophone) กำรประชุมทำงไกล (Video Conference) สำนักงำนแบบเสมือน (Virtual Office) โทรเวช (Telemedicine) เช่น MSN Messenger ก็เป็นอีกช่องทำงหนึ่งที่บริกำร ควำมสะดวกสบำยแก่ผู้ใช้งำนเมื่อต้องกำรประชุมทำงไกลหรือในช่วงเวลำที่ไม่สำมำรถมำ ประชุมร่วมกันในห้องประชุมได้ 7. ไปรษณีย์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Mail) ไปรษณีย์เสียง (Audio Mail) ไปรษณีย์ภำพ (Video Mail) กำรแพร่ข่ำวบนเว็บ (Web Multicast) กำรกระจำยข่ำวบนเว็บ (Web Broadcast) 8. ห้องสมุดอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Library) ห้องสมุดแบบเสมือน (Virtual Library) วิดีโอตำม ควำมต้องกำร (Video On Demand - VOD) เช่น กำรนำ Virtual Reality มำประยุกต์ใช้ในกำร เผยแพร่สถำนที่ที่สำคัญของพระมหำกษัตริย์ของไทยเป็นครั้งแรก เช่น พระที่นั่งวิมำนเมฆ พระรำชวังบำงปะอิน และพระตำหนักภูพิงค์รำชนิเวศน์ เป็นต้น 9. คอมพิวเตอร์แบบสวมใส่ได้ (Wearable Computers) เน็ตเวิร์กคอมพิวเตอร์ (Network Computer) เน็ตเวิร์กพีซี (Network PC) เว็บทีวี (Web TV) เช่น Interactor Vest ซึ่งเป็นกำรเพิ่มอรรถรสใน กำรเล่นเกมส์ให้มันส์มำกยิ่งขึ้นทั้งกำรถูกทุ่มหรือกำรเตะต่อยโดยผู้เล่นต้องสวมเครื่องนี้ไว้ที่ หลัง 10. บั ต รอวยพรอิ เ ล็ ก ทรอนิ ก ส์ (E-greeting Cards) กำรพิ ม พ์ แ บบซอฟต์ ก๊ อ บปี้ (Softcopy Publications) แค็ตตำล็อกสินค้ำแบบอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Catalogs) ข่ำวอิเล็กทรอนิกส์ (E-news) กำรโฆษณำบนเว็บ (Web Advertising) เช่น กำร์ดอวยพรวันเกิดอิเล็กทรอนิกส์ ประโยชน์ที่องค์กรได้รับจำกกำรประยุกต์ใช้ Virtual Reality
สร้ำงประสิทธิภำพในกำรดำเนินงำนภำยในองค์กร สร้ำงภำพลักษณ์ที่ดีและทันสมัยแก่องค์กร อำนวยควำมสะดวกและส่งข้อมูลระหว่ำงองค์กรได้อย่ำงรวดเร็วและชัดเจน ลดปัจจัยเสี่ยงต่ำงๆที่อำจจะเกิดขึ้นจำกกำรทดลองจำกสถำนกำรณ์จริง ลดปัญหำที่เกิดจำกควำมผิดพลำดหรือควำมล่ำช้ำต่ำงๆ ประหยัดเวลำและค่ำใช้จ่ำยต่ำงๆได้มำกกว่ำกำรทดลองจำกสถำนกำรณ์จริง
13 | P a g e
"Texture mapping is a method for adding detail, surface texture (a bitmap or raster image), or color to a computer-generated graphic or 3D model. Its application to 3D graphics was pioneered by Edwin Catmull in 1974. Originally a method that simply wrapped and mapped pixels from a texture to a 3D surface - now more technically called diffuse mapping to distinguish it from more complex mappings - in recent decades the advent of multi-pass rendering and complex mapping such as height mapping, bump mapping, normal mapping, displacement mapping, reflection mapping, mipmaps, occlusion mapping, and many other complex variations on the technique have made it possible to simulate near-photorealism in real time, by vastly reducing the number of polygons and lighting calculations needed to construct a realistic and functional 3D scene."
Texture mapping หมำยถึง กำรใช้ UV map หรือกำรหำควำมสัมพันธ์อื่น ๆ เพื่อคำนวณว่ำ ตำแหน่งบน face (3 มิติ) ใด ๆ ควรจะไปอ้ำงอิงค่ำสีจำกจุดไหนบนแผ่น texture ซึ่งเป็นภำพ 2 มิติ ทั้งนี้ ค่ำสีบน texture อำจจะเป็นค่ำสีจริงที่จะนำไปเรนเดอร์ หรืออำจเป็นค่ำเพื่อประโยชน์อื่นที่ไม่ใช่ค่ำสี เช่น อำจเป็น ค่ ำที่ใ ช้ ใ นกำรเฉลี่ ยน้ำหนั ก สี ร ะหว่ ำง texture สี 2 texture ค่ ำ normal หรือค่ ำควำมสูงของ พื้นผิวเช่นในกำรทำ displacement map ก็ได้
14 | P a g e
Texture mapping เทคโนโลยีที่เอำภำพ (image) ไปแปะ (ฉำยภำพ) บนพืน้ ผิวของวัตถุ ไม่ต้องทำ Modeling ให้ซับซ้อนแต่ก็สร้ำงภำพที่ดูแล้วเหมือนจริงได้
"A particle system is a technique in game physics and computer graphics that uses a large number of very small sprites or other graphic objects to simulate certain kinds of "fuzzy" phenomena, which are otherwise very hard to reproduce with conventional rendering techniques - usually highly chaotic systems, natural phenomena, or processes caused by chemical reactions. Examples of such phenomena which are commonly replicated using particle systems include fire, explosions, smoke, moving water (such as a waterfall), sparks, falling leaves, clouds, fog, snow, dust, meteor tails, stars and galaxies, or abstract visual effects like glowing trails, magic spells, etc. - these use particles that fade out quickly and are then re-emitted from the effect's source. Another
15 | P a g e
technique can be used for things that contain many strands - such as fur, hair, and grass - involving rendering an entire particle's lifetime at once, which can then be drawn and manipulated as a single strand of the material in question."
Particle คื อ อนุ ภ ำค ซึ่ ง ทำง Computer Graphic อำจหมำยถึ ง เทคนิ ค ทำงคอมพิ ว เตอร์ ก รำฟฟิ ก ที่ เกี่ยวกับปรำกฏกำรณ์ทำงธรรมชำติ ที่อ้ำงอิงตำมหลักฟิสิกส์ เช่น ไฟ, ควัน, หมอก หรือกระทั่งระเบิด
Dynamic คือ เกี่ยวกับพลังงำนและกำรเคลื่อนที่ Objects คือ วัตถุ ดังนั้น Dynamic Objects อำจประมำณได้ว่ำ วัตุที่มีกำรเคลื่อนไหว มีพลังงำน และมีเปลี่ยนแปลงเสมอ
16 | P a g e
17 | P a g e
[Internet] [Cited on 2014 November 28] Shadows Available from: http://en.flossmanuals.net/fluxus/ch010_lighting/ http://it.tru.ac.th/pipatsarun/6104325/slides/Shadows.ppt http://www.inf.ed.ac.uk/teaching/courses/cg/lectures/lect12cg2011.pdf Ray-Tracing Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Ray_tracing_(graphics) http://en.wikipedia.org/wiki/Rendering_(computer_graphics) http://jowit.jowit.com/th/shade/rendering.htm Virtual Reality system Available from: http://www.nas.nasa.gov/Software/VWT/vr.html http://www.nextproject.net/contents/default.aspx?00100 Texture Mapping Available from: http://th.blender.wikia.com/wiki/Main_Article/3D_computer_graphics/Rende_ring/V_Mapping http://en.wikipedia.org/wiki/Texture_mapping http://www.futuretech.blinkenlights.nl/tex.html http://www.cs.utexas.edu/users/fussell/courses/cs384g-fall2011/lectures/lecture12Texture_mapping.pdf Particle system Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_system Dynamic Objects Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/High-dynamic-range_rendering