Iquarium: виртуальные рыбы учат людей гидродинамике
Подойдите к этому электронному аквариуму, и рыбка подплывёт к вам поближе. Постучите по стеклу, и она испуганно метнётся в сторону.
Впрочем, перед вами не только средство развлечения. Нажатие кнопки, и вода в аквариуме преображается, показывая то, что обычно скрыто от человеческих глаз.
Анимированными рыбками, плавающими по экрану монитора, давно никого не удивишь. Однако «Айквариум» (iQuarium), созданный студентами Массачусетского технологического института (MIT), заметно отличается от предыдущих похожих разработок.
Трёхмерная анимация очень детальна, а движения виртуальных рыб максимально приближены к движениям рыб настоящих.
Любопытно, что, среди прочего, здесь использованы те же технологии, что делают реалистичными игры Homeworld2 и Raven Shield для приставки Xbox.
При этом высокая правдоподобность виртуальных рыб не является самоцелью. Для стильной развлекательной «штуковины» достаточно было бы использовать софт, аналогичный скринсейверам.
Зачем же такие сложности? Оказывается, iQuarium служит обучающей программой и даже, в некотором роде, исследовательской лабораторией.
«Айквариум»: две рыбы (маленькая — данио, большая — тунец) демонстрируют различные способы визуализации водных вихрей (фото с сайта web.mit.edu).
Люминесцирующий «трэкбол», установленный перед огромным жидкокристаллическим экраном, и ряд кнопок позволяют изменять масштаб изображения, угол зрения наблюдателя, число рыб в аквариуме и даже их вид — голубой тунец, гигантский данио, либо и те, и другие вместе.
Благодаря специальным датчикам и вебкамерам, смонтированным выше и ниже экрана, виртуальные рыбы реагируют на движения людей, приближающихся к аквариуму. Довершают иллюзию присутствия солнечные блики, играющие на чистом песке, которым «покрыто» виртуальное мелководье.
Но самое интересное начинается, когда вы включаете режим визуализации подводных вихрей.
Вы можете видеть, как движения рыбьего хвоста порождают волны, разнообразные вихревые кольца и спиральные жгуты в толще воды.
Эти изображения — не приближенная мультипликация, как можно подумать. В компьютер заложены модели рыб, основанные на съёмках обитателей подводного мира.
Всем хорошо знакомы аквариумы-скринсейверы, однако в таких случаях от программы требуется лишь художественная достоверность и привлекательность изображения, но вовсе не точное следование реальной «подводной физике» (иллюстрация с сайта serenescreen.com).
Кроме того, машина просчитывает всю гидродинамику вокруг движущейся рыбёшки: выстраивает траектории отдельных частиц воды. В полном соответствии с реальной физикой.
Авторы системы — Кэти Вассерман (Katie Wasserman), Одри Рой (Audrey Roy) и Аарон Соколоски (Aaron Sokoloski) — утверждают, что впервые элементы «игрового» софта и свежие библиотеки DirectX были использованы для расчёта гидродинамических потоков в реальном времени.
«Айквариум навсегда изменит взгляды людей на рыбу», — сообщила Кэти, руководящая проектом.
Виртуальные аквариумы предлагают и в качестве элементов интерьера (фото с сайта cbc.ca).
Студентка имела в виду не кулинарные пристрастия: «Они (люди) заметят тонкость движения рыбы и начнут думать как океанские инженеры», — добавляет Вассерман.
Изучая движение рыб, мы можем строить более быстрые суда. Однако вне лаборатории трудно рассмотреть детали их движений, а тем более, сразу сопоставить их с реакцией воды.
Виртуальный аквариум позволяет проделать это легко, да ещё с увеличением, или «замедленной съёмкой». И всё это — в процессе «непринуждённой игры» анимированной рыбы и зрителя.
Студенты намерены расширять возможности программы. И это им наверняка удастся, ведь проект щедро ($30 тысяч) финансирует товарищество iCampus, созданное совместно MIT и Microsoft Research.
А пока «Айквариум» привлекает студентов и преподавателей, а также школьников и взрослых, на выставке студенческих работ Массачусетского института. Как видим, когда обучение идёт посредством игры, игра часто перерастает в серьёзное исследование.
Рыбки=)
