Inleiding tot 3D in de praktijk: 3D-toepassingen

Er zijn enorm veel toepassingen te bedenken waarbij 3D een belangrijke rol speelt. Zo maakt de medische wereld dankbaar gebruik van de mogelijkheden van 3D om het menselijk lichaam tot in de kleinste details ruimtelijk in kaart te brengen. Ook de industrie is niet vies van 3D en dan kunt u bijvoorbeeld denken aan prototypen van producten en voorwerpen die met behulp van 3D, tegen een relatief lage prijs, vervaardigd worden. Natuurlijk mogen we de televisie- en filmwereld niet vergeten. Menige film zou geen kassucces zijn geworden als de speciale 3D-effecten ontbraken. In deze paragraaf laat ik u een aantal van de vele 3D-toepassingen zien.

Filmindustrie

De filmindustrie gebruikt al jaren de vele mogelijkheden die 3D biedt. Zo zou bijvoorbeeld de film Titanic er heel anders uit hebben gezien als men geen gebruik had kunnen maken van 3D-technieken. Vroeger gebruikte men bijvoorbeeld poppen en werden speciale voorwerpen handmatig vervaardigd. Dit was erg tijdrovend en ook erg kostbaar. Nu worden steeds vaker omgevingen, voorwerpen, effecten en situaties met 3Dsoftware vervaardigd. Zo is het bijvoorbeeld zonder problemen mogelijk om in een film een 3D-object toe te voegen, zoals een gebouw, een auto, of zelfs een mens. De technieken zijn zo goed geworden dat het gedetailleerde resultaat vaak niet van echt is te onderscheiden. Als u wel eens een aflevering van Star Trek hebt gezien, of bijvoorbeeld de film Jurassic Park, dan hebt u ongetwijfeld zelf ervaren hoe realistisch 3D-effecten kunnen zijn.
Ook animatiefilms worden steeds realistischer met behulp van professionele 3D-technieken. Een goed voorbeeld (en dicht bij huis) is het hondje dat af en toe in het Ster-reclameblok zijn snuitje liet zien. In minder dan tien seconden beleefde dit hondje (met de naam Stardog), telkens de meest uiteenlopende avonturen in een wereld vol reclameproducten. De Stardog-filmpjes worden gemaakt door Geesink Studio (bekend van Loeki de Leeuw) met behulp van computers van Silicon Graphics en 3D-software van Alias|Wavefront.

Het gebruik van 3D in de media- en de amusementswereld zal de komende jaren enorm toenemen. Films zullen steeds spectaculairder worden, omdat met behulp van 3D elke fantasie tot werkelijkheid kan worden gemaakt.

Algemeen onderzoek

Dat 3D voor allerlei onderzoeksdoeleinden gebruikt kan worden bewijst de Cave. De afkorting Cave staat voor Cave Automatic Virtual Environment. De Cave bestaat uit een kamer van 3 x 3 meter die wordt gevormd door drie wanden en een vloer waarop een virtuele wereld wordt geprojecteerd. Dit in combinatie met een speciale bril zorgt dat er een zeer realistische wereld ontstaat. De bewegingen van het hoofd worden direct via de bril en de software, doorgegeven aan de computer die de geprojecteerde beelden aan de bewegingen aanpast. Verder heeft de gebruiker een soort 3D-muis waarmee hij zich kan verplaatsen en waarmee voorwerpen ‘virtueel’ opgepakt en bewerkt kunnen worden. Ook het geluid is ‘3D’, waardoor de werkelijkheid zeer sterk wordt benaderd. De Cave is hoofdzakelijk bedoeld voor onderzoekers en bedrijven die het apparaat kunnen huren en zo allerlei onderzoeken kunnen uitvoeren. Hierbij valt te denken aan bijvoorbeeld onderzoek naar moleculen. De structuur van een bepaald molecuul wordt zichtbaar gemaakt in de Cave en de onderzoekers kunnen eindeloos de structuur veranderen met behulp van de 3D-muis.
Andere toepassingen zijn onder meer het bekijken van gebouwen en interieurs, of het inrichten van bijvoorbeeld een nieuw vliegtuig. De visuele mogelijkheden van de Cave zijn in principe onbeperkt. In Nederland beschikt de Stichting Academisch Rekencentrum Amsterdam (SARA) over een Cave. Om een systeem als de Cave goed te laten functioneren is aardig wat hard- en software nodig. Hiervoor beschikt Sara over een superkrachtig grafisch systeem in de vorm van een SGI Onyx2-RealityMonster. Deze krachtpatser beschikt over acht processors, 1 gigabyte intern geheugen, 40 gigabytes aan harddiskruimte en diverse grafische insteekmodules met ieder 128 megabytes aan videogeheugen. Desgewenst kan de rekenkracht van de Cave worden vergroot door een koppeling te maken met de Craysupercomputer die ook bij Sara is te vinden.

Medisch onderzoek

Voor de medische wetenschap maakt men onder meer gebruik van 3D om delen van het menselijk lichaam tot in de kleinste details ruimtelijk in kaart te brengen. Dankzij deze gedetailleerde gegevens kan men allerlei ziekten en afwijkingen makkelijker en sneller opsporen. Daarnaast kunnen deze gegevens voor allerlei doeleinden worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld het voorbereiden van een ingewikkelde operatie, of voor het vervaardigen van lesmateriaal voor het onderwijs. Ter illustratie gebruik ik het programma 3D-doctor. Dit programma maakt van doorsnee 2D-beelden van een CT-, of MRI-scan, een 3D-model dat van alle kanten is te bekijken.

3D-weergave van meetgegevens

Grote hoeveelheden getallen en meetresultaten in tabellen spreken bij de meeste mensen niet tot de verbeelding. De leesbaarheid is te vergroten door de getallen om te zetten in een 3D-uitvoering. Een simpel voorbeeld is een tabel met verkoopgegevens tegenover een 3D-grafiek van dezelfde verkoopgegevens. In de 3D-grafiek is in een oogopslag duidelijk welke items de hoogste en de laagste waarden hebben. Een nadeel van zo’n grafiek is dat de exacte waarden van de gegevens vaak lastig zijn af te lezen. Dit is op te lossen door bij de top van elk meetresultaat (balk) alsnog de exacte waarde te vermelden. Op deze manier kunt u heel makkelijk een overzicht geven dat veel mensen aanspreekt.

Ook complexe meetgegevens lenen zich uitstekend om met behulp van 3D-technieken te visualiseren. U kunt hier bijvoorbeeld denken aan de meetresultaten van een botsproef. Aan de hand van de meetgegevens kan er een grafische 3D-simulatie worden gemaakt die de impact van de crash visueel in beeld brengt.

Complexe meetgegevens in beeld brengen via een simulatie. (ViewTech GLview Pro - www.glview.com)

Ook bij de populaire autosport Formule 1 gebruikt men 3D voor het visualiseren van meetgegevens. Zo heeft het bedrijf Computer Associates voor het team McLaren speciale 3D-software ontwikkeld die de prestaties van de auto tijdens de race visueel in beeld brengt met behulp van een 3D-interface. De software (Unicenter TNG Real World Interface) ontvangt gedurende de race gemiddeld zo’n 25 megabytes aan gegevens van het telemetriesysteem van de auto. Deze gegevens worden direct verwerkt en naar de 3D-interface gezonden. Dankzij deze gegevens is het bijvoorbeeld mogelijk om te zien welke effecten het remmen heeft op de G-krachten, of hoe toerentallen van de motor zich verhouden tot het minderen van het gas. Ook gegevens van voorgaande races zijn beschikbaar zodat vergelijkingen kunnen worden gemaakt, waardoor de prestaties van de auto verder verbetert kunnen worden.

Prototyping

Een prototype is een proefmodel van een voorwerp of een situatie dat hoofdzakelijk gebruikt wordt voor testdoeleinden. Een prototype van een auto kan bijvoorbeeld in een vroegtijdig stadium duidelijk maken of het ontwerp de juiste uitstraling heeft en of het voldoet aan de technische eisen. Zo kunnen ontwerpers met behulp van 3D-software een prototype van een auto laten zien aan hun opdrachtgever. Is de kleur niet goed, dan verandert de ontwerper dit met enkele simpele handelingen en ook een aanpassing in de vorm van de carrosserie is geen enkel probleem. Doordat je vrij eenvoudig aanpassingen kunt maken bespaart deze manier van werken veel tijd en geld.
Een stap verder is om een fysiek model te maken van een ontwerp. Een van de mogelijkheden is om een 3D-ontwerp vanuit een 3D-programma direct te verzenden naar een frees. Deze freest het voorwerp vervolgens uit een of ander materiaal, zoals bijvoorbeeld kunststof, was, of klei. Dit procédé heet in jargon Rapid prototyping.

World Wide Web

Ook op het World Wide Web is veel 3D te vinden. De belangrijkste techniek die hiervoor wordt gebruikt is de Virtual Reality Modeling Language, ofwel VRML. Een mogelijkheid van VRML is bijvoorbeeld om een bestaande stad na te bouwen, waarna iedereen deze stad met behulp van een webbrowser met VRML-ondersteuning kan bekijken. Je kunt dan dus door een virtuele stad lopen en alle plekjes bekijken zonder uit je luie stoel te komen.

Verder kunnen allerlei 3D-voorwerpen en situaties naar VRML worden omgezet, zodat u dit via het World Wide Web van alle kanten kunt bekijken. Zo heeft de nieuwszender CNN de werking van een orkaan zichtbaar gemaakt met behulp van VRML.

Spellen

Mede dankzij de sterke opkomst van de multimedia-pc is het gebruik van 3D in computerspellen (games) min of meer standaard geworden. Bij echte 3D-spellen wordt elk gezichtspunt tijdens het spelen direct berekend en razendsnel op het scherm gezet. Hierdoor ziet het er vaak zeer realistisch uit. De mogelijkheden van 3D in spellen wordt goed zichtbaar als we een screenshot van het klassieke spel PacMan naast een 3D–versie van dit spel zetten. De computerspel-industrie heeft een enorme impuls gegeven aan de ontwikkeling van 3D-technieken.

Genesis3D

Voor de programmeurs onder u is er de Genesis3D Engine. Met behulp van deze software development kit (SDK) van Eclipse Entertainment is het mogelijk om zelf 3D-applicaties te maken. Voor de meest recente versie van de SDK kunt u de website van Genesis3D raadplegen op het adres: http://www.genesis3d.com

Lara Croft
Screenshot Genesis 3D (Eclipse Entertainment)