Wavefront Advanced Visualizer: История и Технологии 3D-Графики

Введение

Пакет программ для 3D-графики Advanced Visualizer (TAV) был флагманским продуктом компании Wavefront Technologies с 1980-х по 1990-е годы.

История

Программный пакет, прославившийся применением при создании множества фильмов, получивших премию "Оскар", таких как "Бездна", "Терминатор 2: Судный день" и "Парк Юрского периода".

Прозвище: "Волновой фронт"

Это широко рассматривалось как результат приобретения Microsoft компании Softimage в попытке доминировать на рынке 3D-компьютерной графики. В ответ Silicon Graphics приобрела Alias Systems Corporation, а также двух своих основных конкурентов — Wavefront и французскую компанию TDI (Thomson Digital Images) — ради их технологий Explore, IPR и GUI. Таким образом, SGI создала компанию Alias|Wavefront. Программисты Wavefront по-прежнему работали в Калифорнии, но управление компанией осуществлялось в Торонто, Канада.

Эра Autodesk

В 1996 году Alias|Wavefront объявила о выпуске Maya, которая объединила в себе элементы всех трех программных комплексов. Wavefront была переименована в Alias Technologies и приобретена Autodesk в 2005 году. Часть технологий, находящихся в собственности Autodesk, до сих пор продается как часть Maya.

Архитектура

В отличие от многих современных (2011 года) программных пакетов для компьютерной графики и анимации, TAV представлял собой набор независимых программ, каждая из которых была ориентирована на определенный аспект синтеза изображений, а не являлась монолитным продуктом. Этот набор небольших программ формировал полноценный комплекс, основанный на простом обмене данными в основном в формате ASCII-файлов, таких как OBJ. Основными компонентами программного пакета TAV были: Model, Paint, Dynamation, Kinemation, Preview и fcheck. Composer также был доступен в качестве дополнения для компоновки изображений. В состав инструментария входило множество простых утилит, например, для преобразования графики, которые часто использовались для пакетной обработки с помощью скриптов командной строки. Модульная структура позволяла этим слабо связанным, легковесным программам быстро запускаться с относительно небольшим потреблением памяти. Было обычным делом запускать несколько экземпляров пакетов Model или Preview, каждый из которых работал над разными аспектами одного и того же проекта. Поскольку TAV работал исключительно на платформе Silicon Graphics, он обладал значительным преимуществом в производительности по сравнению с программными решениями, благодаря использованию специализированного графического оборудования SGI, поддерживающего IrisGL – предшественника OpenGL.

Компонентные программы

fcheck или "Frame Check" — это программа для просмотра последовательностей изображений. fcheck загружала файлы изображений с диска в оперативную память и воспроизводила их с частотой кадров, синхронизированной с монитором, для оценки воспроизведения в реальном времени. Она позволяла просматривать каналы RGBA (и глубину Z в случае RLA) независимо, изменять частоту кадров и рисовать непосредственно в буфер. Эта программа по-прежнему поставляется с Maya. Model — 3D-моделировщик полигонов и поверхностей. Он читал и записывал файлы OBJ. Также была возможность манипулировать UV-координатами, нормалями и назначать ассоциации материалов, сохраненные в формате файла MTL. Включал в себя язык команд для автоматизации в виде скриптов или псевдонимов. Поскольку функции "отмены" не было, стандартной автоматизированной процедурой было копирование данных в свободное место перед их изменением — по сути, пользователи создавали свою собственную "отмену". Наряду с непосредственным манипулированием данными вершин, были доступны процедурные деформаторы для скульптинга поверхностей с использованием общих геометрических преобразований, таких как "изгиб". Paint — программа для редактирования изображений, предназначенная для работы с растровой графикой. Поддержка текстурных карт была сосредоточена на форматах файлов RLA, SGI, Cineon (теперь DPX) и TIFF. Поддерживались 16-битные целочисленные текстуры, возможности секвенирования для ротоскопирования, а также клонирование рисунка из соседних кадров на временной шкале. Dynamation — программа для анимации и рендеринга частиц, способная импортировать OBJ для взаимодействия. Она выполняла нативный рендеринг с использованием аппаратного буфера рендеринга, включающего Z-буфер. Анимацией управлялось с помощью комбинации предопределенных полевых объектов и программных "выражений", а также поддержки столкновений жестких тел. Эта технология до сих пор используется в продукте Maya. Preview — пакет анимации, который ссылался на файлы OBJ с диска, управлял иерархиями и назначал анимированные данные канала атрибутам, таким как перемещение и вращение. Он позволял связывать примитивные нелинейные деформации, такие как изгибы и волны, с геометрией. В нём отсутствовала функция отмены действия. Как и в Model, был предусмотрен язык команд, позволявший создавать псевдонимы или разрабатывать скрипты для автоматизации задач, таких как "отмена". Другие функции включали размещение и предварительный просмотр источников света, манипулирование файлами OBJ MTL и поддержку сканирующего или каркасного рендеринга через внешний модуль рендеринга. Уникальная функция, позволяющая отрисовывать каждый N-й полигон модели, была необходима для визуализации анимации "тяжелых" сцен во время манипуляций. Render поддерживал тени с трассировкой лучей, отражения с трассировкой лучей, прозрачность, текстурные карты, рельефное текстурирование, модели затенения Ламберта и Фонга. Kinemation — "продвинутая" система анимации, позволяющая манипулировать геометрией с помощью обратной кинематики (IK) и геометрического скининга к "костям" с деформациями на основе решетки. Деформированные сетки экспортировались в виде серии файлов OBJ, которые считывались в Preview для сборки с другими компонентами сцены. Composer, хотя и не был первоначальным членом семейства, представляет собой систему компоновки и редактирования на основе временной шкалы (подобную After Effects) с цветокоррекцией, хромакеем, фильтрами свертки и возможностями анимации. Он поддерживал 8- и 16-битные форматы файлов, а также Cineon и ранние форматы "фильмов", такие как SGI movie, Indeo, MPEG video и QuickTime.

fcheck or 'Frame Check' is an image sequence viewer. fcheck loaded image files from disk into RAM and played them back at monitor synced frame rates for real time playback evaluation. It features the ability to view the RGBA (and Z depth in the case of RLA) channels independently, variable frame rate and the ability to draw directly into the buffer. This program still ships with Maya. Model a polygon and patch 3d modeler. It read and wrote OBJ files. It also had the ability to manipulate UVs, Normals and assign material associations saved in the MTL file format. Included a command language for automation in the form of scripts, or aliases. Since there was no 'undo' feature, a common automated sequence would copy data to a spare place before modifying it in essence, the users made their own 'undo'. Alongside direct manipulation of the vertex data, procedural deformers were available to sculpt the surfaces using common geometric transformations such as 'bend'. Paint was an image editing program for manipulation of bitmap graphics its texture map support focused on the RLA, SGI, Cineon (now DPX) and TIFF file formats. Support for 16 bit integer textures, sequencing capabilities for rotoscoping in addition to paint cloning from adjacent frames in the timeline. Dynamation was a particle animation and rendering program capable of importing an OBJ to interact with. It accomplished native rendering using a hardware render buffer featuring a z buffer. It drove the animations using a combination of predefined field objects & programmatic 'expressions' as well as rigid body mesh collision support. This technology is still being used in the Maya product today. Preview was animation package that referenced OBJ files from disk, managed hierarchies and assigned animated channel data to attributes such as translation and rotation. It allowed association of primitive non linear deformations such as bends and waves to geometry. It lacked a native undo feature. Like Model, included a command language that allowed for alias, or script development to automate tasks such as 'undo'. Other features included placement and preview of lights, manipulation of OBJ MTL files, and facilitation of scanline or wire frame rendering via an external render module. A unique feature to draw every Nth polygon of a model, was essential for visualizing animation of 'heavy' scenes during manipulation. Render featured raytraced shadows, raytraced reflections, transparency, texture maps, bump mapping, Lambert and Phong shading models. Kinemation an 'advanced' animation system that allowed for the manipulation of geometry using Inverse Kinematics (IK), geometric skinning to 'bones' featuring lattice based deformations. The deformed meshes were exported a series of OBJ's read into preview for assembly with other scene components. Composer, though not an initial member of the family, is a time line based (similar to after effects) compositing and editing system with color corrections, keying, convolution filters, and animation capabilities. It supported 8 and 16 bit file formats as well as Cineon and early 'movie' file formats such as SGI movie, Indeo, MPEG video and QuickTime.