В рамках конференции "Графикон'95", проходившей в Санкт-Петербурге ("Компьютерра" уже знакомила читателей с ее итогами), состоялся конкурс детского компьютерного творчества. В нем приняли участие юные компьютерные дарования из Центра довузовской подготовки, Санкт-Петербургского детско-юношеского компьютерного клуба, Дворца творчества юных, кружка при Институте киноинженеров, общеобразовательных школ и гимназий северной столицы.

На мой взгляд, детский конкурс стал настоящим украшением "Графикона", в чем-то даже опередив конкурс "взрослый", проходивший в те же самые дни. Устроители конференции выделили юным участникам четыре направления, в которых те должны были проявить все свои таланты: живопись и рисунок на компьютере; компьютерная анимация; программирование компьютерной графики (графика в игровых и обучающих программах); разработка программных пакетов для создания компьютерной графики и анимации.

Итоги конкурса

В номинации "Компьютерные живопись и рисунок" первое место заняла группа ребят из Детско-юношеского компьютерного клуба (ДЮКК), ведомая преподавателем В.А.Локаловым. На их счету – очаровательные рисунки, выполненные на базе пакетов StoryBoard и Autodesk Animator (см. иллюстрации к статье). Курс компьютерной графики, преподаваемый в ДЮКК с помощью специалистов из Института точной механики и оптики, включает занятия по компьютерному рисованию и анимации, а также уроки программирования графических задач Клуб открыт для всех питерских учащихся -было бы желание: в списке группы, представившей работы на конкурс, я насчитала ребят из 12 общеобразовательных школ.

.

Занятия в Клубе начинаются с развивающих игр и постижения основ компьютерной грамоты. Затем ребята переходят к изучению программ StoryBoard, FantaVision и Autodesk Animator. Предполагается, что в дальнейшем здесь будут давать знания по профессиональным системам автоматизированного проектирования, издательской деятельности и рекламы. Курс построен так, что сначала ребята штудируют инструментарий графических и анимационных пакетов, а затем естественным образом переходят к творческому использованию изученных средств. Преподаватели ДЮКК считают, что создание рисунков с помощью компьютера позволяет учащимся быстро обрести уверенность в собственных силах в области живописи и анимации. Даже если навыки традиционного рисования, прививаемые в школьном курсе "изо", не столь велики.

Уроки программирования в Клубе начинаются с освоения языка LOGO и проводятся с широким привлечением средств компьютерной графики, что делает логику алгоритмов более наглядной и легче осваиваемой. В зависимости от интереса учащихся в дальнейший курс могут включаться языки программирования Паскаль, Си++, Ассемблер. Задачи, решаемые с помощью этих языков, также очень разнообразны – от игровых программ, физических и математических моделей до абстрактной живописи. С удовольствием отмечаю, что спектр программных средств, использованных участниками этой номинации конкурса, был довольно широк: кроме уже упоминавшихся пакетов применялись LogoWnter, Quick Basic, CorelDraw.

Секция"Компьютерная анимация" детского соревнования победителя в нынешнем году не выявила. Участники, подавшие работы в этом разделе конкурса, пользовались, в основном, пакетами Autodesk Animator и Autodesk Animator Pro, с помощью которых были выполнены: симпатичные заставки к различным экспозициям выставки компьютерной графики (ДЮКК), фильм по египетским мотивам (гимназия при Русском музее) и серия зарисовок (Институт киноинженеров).

В разделе "Программирование компьютерной графики" были представлены как традиционные, так и оригинальные программы. Первый приз был присужден Дому творчества юных (преподаватель Н.В.Блохи-на), показавшему блок игр – от привычных крестиков-ноликов и гонок до игрушек с загадочными названиями PmBall, Defender, Rank, Batty, Macro Machines и даже (ох уж эти акселераты!) Aids Around.

.

Весьма интересной показалась мне компьютерная игровая программа "Одиссей", созданная группой шести- и семиклассников из школы N 92 (преподаватели А.А.Шперх, А.М.Савин и М.А.Скнарь) и занявшая второе место. Игра была написана в рамках очень современного проекта под названием "Создание интегрированной обучающей системы", который призван помочь ученикам в освоении ряда предметов гуманитарного цикла – литературы, истории, мировой художественной культуры (МХК), рисования – и в то же время систематизировать и расширить их знания по информатике. В проекте использовалась самая, пожалуй, гибкая форма игры – путешествие. Подобная форма обучающей программы позволяет существенно повысить мотивацию, поскольку шести- и семиклассники – это еще дети и им интересней играть, чем учиться. Кроме того, жанр "путешествие" делает проект "резиновым": можно свободно подключать к сюжету новые блоки и почти произвольно варьировать их длительность и насыщенность событиями. Преподаватели отмечают, что наблюдения юных путешественников не ограничиваются лишь учебным предметом: увиденное постигается и описывается комплексно, со многих точек зрения. Основная работа производится детьми на стадии подготовки. Это поиск сюжетных ходов, подбор вопросов, рисование слайдов и разработка алгоритмов сценария. Именно этот этап является наиболее познавательным, поскольку представляет собой процесс сотворчества учеников и учителей, преподающих информатику, МХК, "изо", литературу и историю. В последней номинации детского конкурса были представлены прочные средства для работы с компьютерной графикой и анимацией, созданные учащимися Дома творчества юных, гимназии N 30 и школы N 85. Безусловным лидером раздела была признана группа одиннадцатиклассников из гимназии N 30 (руководитель В.А.Галинский), показавшая программный комплекс синтезирования и анимации двух- и трехмерных изображений под названием Movie Designer, написанный на языках Си и Ассемблер. На мой взгляд, эта довольно мощная и почти профессиональная программа (редкость среди ученических работ!) заслуживает отдельного разговора, и я не удержусь от ее описания.

Movie Designer из гимназии N 30

В первую очередь, комплекс ориентирован на работу с аппаратурой, не отвечающей строгим критериям производительности. При этом в нем реализованы новейшие методы оцифровки, синтеза изображений и рендеринга, используется большое количество спецэффектов из Digital Image Processing.

Условно говоря, Movie Designer можно разбить на четыре части: построение реалистичных трехмерных изображений; синтез изображений с помощью морфинга, обработка изображений и создание специальных эффектов (фильтрация и масштабирование изображений, наложение текстуры на выпуклую поверхность, снижение цветового разрешения); построение связных мультфильмов.

Все четыре составляющие реализованы в качестве отдельных утилит и библиотек функций, которые можно применять в рамках других программных продуктов.

Утилита 3D-Designer предназначена для построения реалистичных изображений трехмерных сцен. При ее создании использовались три основных метода – метод трассировки лучей, алгоритм приоритетной сортировки, позволяющий динамически синтезировать изображения 3D-сцен, и, наконец, метод сканирования строк, строящий с оптимальной скоростью сцены, содержащие большое количество объектов.

Благодаря использованию метода трассировки лучей программный комплекс поддерживает даже точечные источники света и источники с рефлекторной поверхностью. Имеется возможность производить фокусировку, используя либо специальный тип камеры обзора, либо производя постпроцессинг на основе полученных для каждого пиксела результатов по длине и цвету Библиотека процедурно задаваемых объектов постоянно пополняется, при этом для каждого объекта возможно применение текстурирования и наложения шероховатостей (bump mapping). Текстурирование производится либо процедурным способом (например, шахматная доска), либо обычными растровыми изображениями.

Алгоритм приоритетной сортировки поддерживает предварительную сортировку списка выпуклых полигонов по убыванию расстояния до них относительно заданной точки зрения, последующую корректировку списка с учетом взаимной ориентации и, наконец, его "отрисовку" в пространство отображения. Затем с целью корректировки алгоритма производится набор тестов, определяющих взаимное положение пары полигонов относительно наблюдателя: во-первых, это координатные проверки пересечений проекций полигонов на плоскость отображения, во-вторых, контроль их относительного положения. Корректировка ведется с учетом удаленности, что дает возможность отсечь полигоны, находящиеся заведомо ближе текущего. Чтобы отобразить отсортированные полигоны, подкованные школьники использовали несколько различных способов, позволяющих учитывать освещенность объектов, фактуру поверхности и т. д.

А метод сканирования строк авторами Movie Designer был даже усовершенствован: ребята разработали алгоритм, применяющий оригинальные методы построения отрезков сканирующей строки с использованием полигональных закрасок Фонга и Гуро.

.

Технология морфинга поддерживается в пакете с помощью постепенного преобразования в картинном геометрическом и цветовом пространствах, задаваемых контрольными полигональными областями, соответствия в обоих изображениях (утилита Morphmg Designer). Эти контрольные области устанавливаются в специально написанном редакторе и определяют, какие части исходного и конечного изображения подлежат указанному преобразованию Технология морфинга, реализованная утилитой Morfmg Designer, предназначена для работы с произвольными изображениями, независимо от их содержимого. Это могут быть отсканированная фотография, синтезированная каким-либо другим способом картинка, изображение, нарисованное в графическом редакторе и т.д.

Утилита DIP Designer предназначена для цифровой обработки изображений. Она дает возможность, в частности, снизить цветность изображений при подготовке конечного варианта для демонстрации на компьютере, что, во-первых, уменьшает объем ролика и, во-вторых, позволяет учесть тот факт, что далеко не все видеоадаптеры способны отображать 16.7 миллионов цветов. Авторы программы Movie Designer применили методы урезания цветности Dither или Error Diffusion. Метод Dither предназначен для изображений большого размера, для которых наиболее важны скорость обработки и предполагаемое качество сжатия Алгоритм Error Diffusion работает намного медленнее, но дает лучшее качество, поэтому он более пригоден для обработки небольших кадров и получения хорошего статического изображения.

И наконец, обработчик анимационных фильмов – утилита Movie Designer. После подготовки фильма (то есть создания необходимых фрагментов) он переносится в один блок (FilmStnp), который должен содержать в себе информацию о всех фрагментах фильма и цветовом пространстве. Для отображения построенных анимационных фильмов использован специальный визуализатор, использующий произвольные режимы экрана различных видео-карт (EGA, VGA, SVGA).

Надо сказать, что весь графический интерфейс осуществлен с помощью специально разработанной библиотеки, основанной на графических драйверах видеоустройств и расширяющейся путем добавления нужного драйвера в систему. Поддерживаются стандартные режимы EGA, VGA (+ X modes), а также около 30 видеоадаптеров.

SVGA с режимами 640x350, 640x400, 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024 и цветовым разрешением 2, 16, 256, 32768, 65536 и 16777216 цветов. Из-за использования драйверов устройств размер библиотеки невелик – около 30 Кб. Подгружаемые в процессе работы драйверы требуют 4-8 Кб оперативной памяти. В результате скорость работы с библиотекой высока даже на процессоре I8086, хотя авторы программы Movie Designer реализовали еще и специальные варианты библиотеки, предназначенные для защищенного режима процессоров i80386 и i80486.

Подводя черту под разговором о конкурсе детского творчества конференции "Графикон'95", который произвел на меня самое приятное впечатление,с удовольствием делаю два вывода: во-первых, в Питере детское творчество есть и, что еще отрадней, преподавательское творчество есть тоже.