Prozedurale Generierung digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen
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Prozedurale Generierung digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen

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Prozedurale Generierung digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen Presentation Transcript

  • 1. Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen Quelle:http://www.flickr.com/photos/kozmoczki-attila/4887640479/M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 4 4
  • 2. Ablauf Einleitung: Definition von „prozedural“ Abstrakte Formen Prozedurale Inhalte bei Digitalen Medien Werkzeuge und Algorithmen Vor- und Nachteile prozeduraler Erzeugung Zusammenfassung / Subsumption Quellen / LinksM. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 5 5
  • 3. Procedural techniques are codesegments or algorithms that specify somecharacteristic of a computer-generatedmodel or effect. (Ebert et al.) Quelle: http://www.flickr.com/photos/mngyver/M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 6 6
  • 4. Praktisches Beispiel Kein Foto (Pixel) zur Darstellung einer Pflanze,  Pflanze wird erst über Regeln definiert, virtuelle Pflanze wird erzeugt und dargestellt, Prozeduren (Methoden, Abläufe) generieren Objekte, Abfolge von Anweisungen bzw. Algorithmen, Objekte werden vom Computer über Algorithmen dynamisch in Echtzeit (auf Anfrage) erzeugt.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 7 7
  • 5. SYNTH: 100% pure math art! .kkrieger: 96K grossM. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 8 8
  • 6. Prozedurale Techniken Algorithmen (Programmiercode) für Beschreibung und Erzeugung von Eigenschaften und Aussehen von z.B. Oberflächen, Objekten, Landschaften, Gebäuden, Welten, Spielinhalten, …. Abstrakt: Welt mit mathematischer Beschreibung  Über Geometrie und wiederkehrende Formen möglich,  “The simplest mathematical objects are numbers, and the simplest of nature’s patterns are numerical.“ (I. Stewart)  Blumen haben z.B: meist 3,5,8,13,… Blätter (Fibonacci). Je abstrakter, desto einfacher umsetzbar. Erstellung geometrischer, komplexer Formen und Modelle. Techniken auch für andere Themen der Informatik adaptierbar.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 9 9
  • 7. Abstrakte FormenM. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1010
  • 8. Selbstähnlichkeit Eins der mächtigsten Konzepte der Programmierung ist Rekursion:  Ablauf (Prozedur) ist unterteilt in Sequenzen der Wiederholung von sich selbst.  Einfaches Beispiel (nach Stewart) ist eine Mauersteinwand  Prozedur Wanderstellung ist über Replikation von sich selbst definiert. Stopp, wenn Wand hoch genug (Abbruchbedingung).M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1111
  • 9. Inhaltsgenerierung MultimediaProcedurale Content Generation (PCG) Z.B. Texturen, 3D-Körper und Welten, Partikel, Geräusche, Charaktere (Avatare), Animationsabläufe, Zufallsereignisse/anzahlen, Level, Spielinventar, Gegenstände, Texte, Sounds, ….. Modellierung und Animation, Video und digitaler Film, Virtuelle Welten, Simulationsinhalte, Sound Generation. Spiele. Sonstige Inhaltsgenerierung (Text, Audio, Video,…) .M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1212
  • 10. Spiel: Spore-EditorM. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1313
  • 11. Animation/Film: Ratatouille Prozedurale Erzeugung von Nahrung:M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1414
  • 12. Weitere Anwendungsfälle System zur Simulation von Personenströmen  Mit Hilfe von Simulation Wege nach Effizienz und Sicherheit beurteilen und verbessern. Mit Hilfe genetischer Algorithmen Optimierungen im Entwurf der Gebäude  optimale Aufteilung Grundriss in Korridore und unterschiedliche Wohnungen. Generierung eines Gebäudes, basierend auf Regeln Selbstähnliche Strukturen in Städten  Z.B.: Straßennetze einer Großstadt prozedural verlegen und die einzelnen Bauwerke an die erzeugten Netze anpassen.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1515
  • 13. Verbreitung prozeduraler Techniken Nimmt beständig weiter zu in letzten Jahren. Hoher Anspruch an realitätsgetreue Darstellung und abwechslungsreiche Digitale Medien. „Von Hand“ oft nicht zu bewältigen  zu teuer und zu aufwendig, oder zu große Dateigrößen/Ladezeiten. Zufallsgenerierte Inhalte sorgen für sonst nicht mögliche Vielfalt an Lösungen, aber auch für gestalterischen Kontrollverlust.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1616
  • 14. Vorteile Umfangreiche Daten in unendlichen Variationen automatisiert erzeugbar, geringer initialer Speicherbedarf (durch Abstraktion als Algorithmus), keine Inkompatibilitätsprobleme durch verschiedene grafische Ausgabeformate, Änderungen und Anpassungen an Inhalten einfacher (z.B. Ratatouille Nahrung), Anpassung von Inhalten zur Laufzeit (in Echtzeit)  Reagieren auf Kontext und Interaktion. Nutzer-generierte Inhalte mit Funktionen möglich („Owning“).M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1717
  • 15. Beispiel: Auflösung einer Textur Grafiker entscheidet zu Beginn, in welcher Auflösung eine Textur verwendet wird, Prozedural nicht notwendig:  Textur kann variieren und wird für gegebene Situation passend erzeugt. Parametrische Kontrolle steuert und variiert zu erzeugende Inhalte:  Größe eines Baums, Anzahl Beine und sonstige Eigenschaften über Parameter kontrolliert,  Programm nutzt Zufallsgenerator, generiert für jede Ausführung neuen Inhalt.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1818
  • 16. Nachteile Erhöhte Rechenleistung nötig für komplexe Rechenvorgänge zur Erstellung der Inhalte in Echtzeit  bei Rechenleistung moderner CPUs heute meist eher zu vernachlässigen. Teils Algorithmen mit hoher Komplexität  Einarbeitungsaufwand, spezifisches Fachwissen, auch teuer. Nur ein Werkzeug für Problemlösung, keine Lösung an sich. Design, Ästhetik, Dynamik, Fantasie, Flow, Anreizmaßnahmen:  nicht allein prozedural lösbar,  insbesondere nicht „Look and Feel“ und emotionale Komponente bei Spielen (besonders wichtig) für „Addiction“ (Suchtfaktor) und „Engagement“ (Bindung).M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 1919
  • 17. Design-Genauigkeit und Detailgrad Vielfalt gewonnen, aber Genauigkeit der Ergebnisse verloren.  Wechselspiel zwischen Flexibilität/Vielfalt und gezielten Ergebnissen. Exakte Vorstellung von Ergebnis (künstlerischer bzw. gestalterischer Anspruch) oft nicht 100%tig erreichbar:  Viele Ergebnisse, die alle exakter Vorstellung ähneln. Prozedurale Verfahren oft schwer nachvollziehbar, vor allem für Newbies, meist schwer zu programmieren und fehleranfällig. Je nach System, zu erzeugendem Inhalt bzw. Komplexität lange Berechnungszeiten  Verzweigungen expandieren Komplexität und Berechnungszeit sehr schnell. Desto detaillierter, umso aufwendiger (bis rein prozedural unmöglich.)M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2020
  • 18. The details are not the details, the details are the design. Quelle: Zitat Charles Eames, Foto http://www.flickr.com/photos/30005284@N08/M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2121
  • 19. Algorithmen und Werkzeuge Quelle: http://www.flickr.com/photos/jason-samfield/5080904261/M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2222 /
  • 20. Algorithmen und Verfahren Rauschen  Erzeugung von Zufallszahlen mittels eines PRNGs (Pseudo- Random-Number-Generator). Fraktale (Apfelmännchen, 1968)  geometrische Figuren/Formen, künstlich oder natürlich. Lindemayer-Systeme  L-System besteht aus einer Grammatik über Alphabet aus Symbolen (z.B. Von-Koch-Schneeflocke). Isofläche und Metaball  für Flüssigkeiten, kugelartige Gebilde mit Dichtefeld. Partikelsysteme  vielseitig einsetzbar z. B. Erstellen von Rauch, Wolken, Gras, Haaren oder Wasser.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2323
  • 21. Werkzeuge und Middleware Software (Middleware) für Erstellung von Landschaften, Texturen, Städten, organischen Strukturen, … mittels prozeduraler Verfahren:  Terragen 2, Speedtree, CityScape, PaintFX als Maya Erweiterung,  Houdini, ProFX, Procedural Inc, Cinema 4D, RederMan, … Anwender muss nicht selber Algorithmen erstellen/einbinden  kann mittels Editor bzw. Oberfläche (GUI) verschiedene Effekte und Objekte kombinieren,  realitätsnahe Ergebnisse möglich, Umfangreich und in Zukunft sicher noch viele Weitere.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2424
  • 22. Subsumption The wide range of applications with procedural practice in Digital Media is constantly increasing, small file sizes of huge object collections are favorable for network applications, lower production costs, more effective and faster production, adjustment is possible "on the fly“ (production in real time), often complex tools and algorithms for procedural generation of 2D and 3D media needed, mix of algorithms and hand-made design usually advisable, random effects of procedural generation must be handled by design aspects or should be wanted intentionally (e.g. artistic manner), advantages and disadvantages depend on use case and application, abstract shapes with high self-similarity producible very efficiently. Many issues open for further courses!M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2525
  • 23. Zusammenfassung Das weite Einsatzgebiet prozeduraler Verfahren bei Digitalen Medien nimmt stetig zu, geringe Dateigrössen von großen Objektsammlungen sind günstig für Netzwerkanwendungen, weniger Produktionskosten, effektivere und schnellere Produktion, Anpassung „on the fly“ möglich (während der Erzeugung in Echtzeit), oft komplexe Werkzeuge und Algorithmen für prozedurale Erzeugung von 2D und 3D Medien, Mischung aus Algorithmen und Hand-gemachtem Design meist ratsam, Zufallsfaktor rein prozeduraler Generierung muss für Designaspekte ,verkraftbar oder absichtlich (z.B. künstlerisch) gewollt sein, Vor- und Nachteile je nach Anwendungsfall abwägen, bei abstrakten Formen mit hoher Selbstähnlichkeit sehr effizient. Viele Themen offen für spannende Lehrveranstaltungen!M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2626
  • 24. Quellen Procedural Content Generation, B. Guðlaugsson, 2006. Modellierung, weitergehende Schwerpunkte, W. Holoch. Texturing & Modeling. A Procedural Approach, D. S. Ebert, F. K. Musgrave, D. Peachy, K. Perlin, S. Worley, Morgen Kaufmann Publishers 2003. ISBN 1-55860-848-6. Procedural Generation Natural Environments out of the Box, T. Wallbaum, 2010.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2727
  • 25. Links PCG Wiki, http://pcg.wikidot.com/, besucht: 05.01.2011, aktualisiert: 2011. The Death Of The Level Designer, http://pcg.wikidot.com/the-death-of-the-level-designer, besucht: 05.01.2011, aktualisiert: 2008. The Procedural World, Part 1 and Part 2, http://www.shamusyoung.com/twentysidedtale/?p=537, besucht: 05.01.2011, aktualisiert: 2006. Pixar RenderMan: http://de.wikipedia.org/wiki/RenderMan, https://renderman.pixar.com/products/whats_renderman/2.ht ml, besucht: 25.12.10, aktualisiert: 2010. Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Procedural_generation, besucht: 05.01.2011, aktualisiert: 2010.M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2828
  • 26. Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Anregungen?M. SteinbergM. Steinberg 12.01.2011 Gestaltung und Produktion prozedural erzeugter Digitaler Medien am Beispiel abstrakter Formen 2929