espace-semesterprojekt

Transkript

1 espace-semesterprojekt Recherche und Bewertung von Open Source Software, die in der Produktionsstraße des MediaLab eingesetzt werden kann Angefertigt von: Verena Reising # Ina Scherf #219840

2 Inhalt 1. Aufgabenbeschreibung und Vorgehen 2. Open Source Modelling-Software 2.1 Art of Illusion 2.2 Blender 3. Open Source Software zur stereoskopischen Darstellung 3.1 Probleme bei der Suche 3.2 Blender Game Engine 4. Fazit

3 1. Aufgabenbeschreibung und Vorgehen Als Semesteraufgabe haben wir uns vorgenommen, Open Source Software ausfindig zu machen, die im MediaLab eingesetzt werden kann. Neben der Suche nach Alternativen zu Tucan und der Fehlinvestition WorldUp lag das Hauptaugenmerk auf Modelling-Software und Anwendungen zur Stereoprojektion. Ich möchte kurz beschreiben, wieso wir gezielt nach Open Source Software gesucht haben und nicht nach gewöhnlicher Freeware oder geeigneten kommerziellen Produkten. Kommerzielle Produkte schieden von vornherein aus finanziellen Gründen aus. Die PCs in der MediaLab-Produktionsstraße sollten lediglich mit bereits am Fachbereich vorhandener, aber ungenutzter Lizenzsoftware ausgestattet werden. Gewöhnliche Freeware ist insofern interessant, als dass nützliche Programme keine Kosten verursachen. Damit einher geht allerdings auch, dass man für eventuell auftretende Fehler oder bei Fragen zum Programm im Gegensatz zu kommerzieller Software keinen Ansprechpartner hat. Auch hat man als versierter Benutzer keine Möglichkeit, kleine Fehler in der Programmierung auszubessern oder eigene Features in den Code zu integrieren. In dieser Hinsicht schlägt Open Source Software gleich mehrere Fliegen mit einer Klappe. Zwar erhält man fast ausschließlich Programme, die sich noch in der Entwicklung befinden, also unter Umständen noch nicht alle möglichen Funktionen bieten, aber dies hat auch einige Vorteile. Open Source Software entspringt für gewöhnlich ebenso fähigen wie begeisterten Köpfen, die gerne bereit sind, einem bei aufkommenden Problemen zu helfen. Zudem findet man rund um ein solches Open Source Projekt oft eine begeisterte Fan- und Entwicklergemeinde, mit denen man Erfahrungen austauschen kann. Der erste Blick beim Suchen nach Open Source Software sollte beim Besuch der Homepage auf Datumsangaben fallen. Newsbeiträge oder Angaben zur aktuellen Downloadversion lassen schnell feststellen, ob das Projekt inzwischen aus Zeitmangel, verlorenem Interesse oder auf Grund unüberwindbarer Problemen abgebrochen wurde. Generell kann man sagen, dass in der Regel nur Open Source Projekte interessant sind, die noch nicht abgeschlossen sind. Für betagte Softwareprojekte gibt es in der Regel keine Diskussionsforen oder Entwicklungsgemeinde mehr, die man bei Problemen zu Rate ziehen kann. Des Weiteren kann solche Software natürlich auch von laufenden Hardware- oder Betriebssystemsentwicklungen überholt werden. Der große Vorteil von Open Source Software ist, dass man als Benutzer Zugang zum Sourcecode hat und damit in der Lage ist, bestimmte Funktionalitäten zu verändern. Hat man dies vor, sollte man bei der Auswahl des Programmes nicht nur auf die verwendete Programmiersprache, sondern auch auf die Qualität des Codes und der Dokumentation achten, da man sonst schnell auf Probleme stoßen kann. Auch die Frequentiertheit der Diskussionsforen und das Interesse der Entwicklergemeinde an diesem Projekt sollte überprüft werden, wenn man vorhat, sich so tief mit einem Programm zu beschäftigen.

4 2. Open Source Modelling-Software Im Open Source Sektor gibt es ein großes Angebot an 3D-Modellern, von denen wir zwei als als besonders interessant für das MediaLab und den Fachbereich DM einstufen. 2.1 Art of Illusion Art of Illusion ist ein in Java (!) programmierter 3D-Modeller. Wenn man mit Anwendungen wie 3D Studio Max, Maya oder Cinema4D vertraut ist, wird man zunächst etwas verwundert und ungläubig auf die Oberfläche von Art of Illusion starren. Während die Objektliste rechts und die 3-Seiten-Ansicht durchaus an gängige 3D-Anwendungen erinnern, kommt die Toolbar links im Paintbrush-Stil daher. Trotz des sehr simpel gehaltenen Layouts verbirgt sich hinter Art of Illusion ein relativ mächtiges Tool. Das Killer-Argument für Art of Illusion sind aber nicht die Features, sondern die absolut einfache, intuitive Bedienung. So lassen sich mit wenig Aufwand 3D-Modelle erstellen, die auch recht fix gerendert werden (ca. 10min für ein aus 10 Primitives bestehendes Modell mit Global Illumination auf 1024x768 Bildpunkten). Für fotorealistische Abbildungen ist Art of Illusion nicht geeignet. Allerdings ist es das Tool der Wahl, um auf die Schnelle ein einfaches 3D-Modell zu erstellen, da es wesentlich leichter zugänglich ist als der Großteil der aktuell erhältlichen 3D- Software.

5 Art of Illusion läuft in der aktuellen Version 1.9 (10/04) auf Windows, Mac OS X und Unix/Linux. Benötigt wird mindestens Java 1.4 und teilweise das Java Media Framework. Zum Ausführen des Programms müssen etwa 4MB heruntergeladen werden, bestehend aus den.class-dateien und dem betriebssystemabhängigen Launcher. Es muss keine Installation durchgeführt werden, Art of Illusion ist ohne Registry-Einträge oder sonstiges direkt lauffähig. Negativ fällt auf, dass durch die Verwendung von Java sehr viel Arbeitsspeicher belegt wird (etwa 100MB bei einer einfachen Szene), ansonsten ist es sehr performant. Lediglich das Rendern belastet den Rechner kurzzeitig stark, aber nicht mehr als andere 3D-Programme. Art of Illusion ist ein Projekt von Peter Eastman, der 1999 mit dem Programmieren der Applikation begann. Regelmäßige Aktualisierungen und rege Diskussionen auf der Sourceforge-Projekt-Homepage zeugen vom Erfolg seiner Bemühungen. Allerdings ist die Entwickler- bzw. Anwendergemeinde wesentlich kleiner als beispielsweise jene von Blender, wo man bei Problemen mehr Unterstützung erwarten kann als bei Art of Illusion. Einen DM-spezifischen Vorteil bietet Art of Illusion hinsichtlich der Programmiersprache Java. Neben dem Schreiben von Plugins 1 oder dem Skripten 2 von Abläufen kann auch direkt in den Quellcode eingegriffen werden. Da bei OM nur Java gelehrt wird und bei MI erst im Hauptstudium eine Vorlesung zu C++ stattfindet ist dies ein entscheidender Vorteil gegenüber den meisten Open Source Anwendungen. Wie eingangs schon erwähnt, ist die Bedienung von Art of Illusion sehr intuitiv und man kann schnell erste Erfolge erzielen. Jedoch bietet die Homepage auch gute Hilfestellung zum Einarbeiten und Vertiefen der Fertigkeiten an. Neben einigen Tutorials 3 gibt es auch ein ausführliches, 10MB großes User Manual 4 zum Download. 1 Writing Plugins for Art of Illusion How to use the Beanshell scripting language Tutorials focus on various aspects of Art of Illusion Comprehensive guide to Art of Illusion -

6 2.2 Blender Blender ist wohl die zurzeit populärste Modelling-Software im OpenSource Bereich. Das Projekt läuft seit 1995 mit dem Ziel, ein professionelles 3D-Tool frei für jeden verfügbar hervorzubringen. Seinen Ursprung hat es in Holland, aber die Entwicklergemeinde erstreckt sich mittlerweile über die ganze Welt. Die Vielzahl an freiwilligen Entwicklern ist es auch, die ständige Verbesserungen und Erweiterungen ermöglicht. Es erscheinen regelmäßig neue Versionen, die schnell vorhandene Bugs beseitigen und oft neue Ideen mit sich bringen. Eine dieser Neuerungen ist die integrierte Game Engine, die auch für das MediaLab ein Gewinn ist. Wie viele andere OpenSource Projekte wurde Blender ursprünglich für Linux erstellt und läuft deshalb unter Verwendung von OpenGL. Mittlerweile gibt es Blender aber auch für Windows, Mac, Solaris, FreeBSD und sogar Irix. Zusätzlich gibt es viele von der Fangemeinde selbst geschriebene PlugIns, die in der Grundversion noch nicht implementiert sind. Dies ist Dank der Python Unterstützung inklusive eingebauten Editor möglich. Die Oberfläche mag sich dem Neuling beim ersten Öffnen nicht gleich erschließen und zunächst etwas unübersichtlich wirken. Hilfreich dabei kann aber ein Anfänger Tutorial sein, von denen es viele im Netz zu finden gibt. Überhaupt gibt es eine sehr große und gute Community in vielen Sprachen im Netz, die gerne bereit ist, bei Problemen zu helfen oder zu beinahe jedem Thema ein Tutorial zu erstellen. Zusätzlich gibt es mittlerweile verschiedene Bücher über Blender, die sich an Anfänger und Fortgeschrittene wenden. So kann man sich sehr schnell an die Benutzung von Shortcuts gewöhnen, die noch dazu recht leicht zu merken sind, da sie an die gebrauchten Wörter angelehnt sind (so z.b. die Kombination RY für die Rotation um die Y-Achse). Die meisten Befehle kann man allerdings auch über Menüs erreichen. Aber da die Tutorials sich nicht darauf beziehen, wird ein Anfänger wohl kaum gleich erkennen, wie er welches Menü erreicht. Der Vorteil an der Oberfläche von Blender ist die Anpassbarkeit. Der Anwender kann wählen, welche und wie viele Fenster er wo haben möchte und welchen Inhalt sie haben sollen. Wer also aus anderen Modelling Programmen eine bestimmte Ansicht gewohnt ist, kann sie in Blender nachbauen. Grundsätzlich kann jedes Fenster jegliche Gestalt annehmen von der 3D-Ansicht über das Animations-Zeit-Fenster bis hin zum Button Window, in dem die meisten Einstellungen vorgenommen werden. Beim Speichern im Standard-Dateiformat (.blend) werden diese Ansichts- Einstellungen übrigens mitgespeichert, so dass nicht jedes mal wieder die Ansicht konfiguriert werden muss. Animationen sind keine Kunst in der Welt von Blender. Über einfaches Einfügen von Keyframes für jedes Objekt oder den Zeitleisten-Editor ist es kein Problem, eine Animation zu erstellen. Für komplexere Bewegungen steht hier wiederum Python zur Seite, mit dem man solche Animationen einfach scripten kann. Außerdem gibt es die Möglichkeit, Musik einzufügen.

7 Auch beim Rendering kann sich Blender sehen lassen. Die Yafray Render Engine kann auch noch bei komplexen Bildern recht gute Geschwindigkeiten bringen. Es gibt diverse voreingestellte Rendergrößen und viele verschiedene Bild- und Filmformate, die sich erstellen lassen. Auch im Im- und Export gibt es diverse Formate, mit denen Blender kommunizieren kann. Zusätzlich gibt es einige von Fans geschriebene Plug Ins, die den Inoder Export von Sonderformaten beinhalten. Ein zusätzliches Feature bildet die integrierte Game und Graphik Engine, die es ermöglicht, mit Hilfe von Python Spiele zu programmieren und sich somit in der geschaffenen 3D-Welt zu bewegen. Ohne zu kompilieren können Spiele auch innerhalb der Blender-Oberfläche getestet werden. Auf die Game Engine wird in einem der nächsten Kapitel näher eingegangen. oder

8 3. Open Source Software zur stereoskopischen Darstellung 3.1 Probleme bei der Suche Prof. Fetzner empfahl das Programm White_Dune, was anfangs einen sehr guten Eindruck machte. White_Dune wurde an der Universität Stuttgart am Institut für Computeranwendungen/Abteilung Computersimulation und Visualisierung (ICA/CSV) entwickelt. Es basiert auf dem Programm Dune 5, das von Stephen F. White unter der GPL entwickelt wurde und nach der im April 2000 veröffentlichten Version 0.13 eingestellt wurde. Bei White_Dune handelt es sich um ein einfaches VRML97 Programm, das VRML97-Dateien liest, anzeigt und einen editierbaren Szenegraph anzeigt. Es besteht aus nur einer Datei, die direkt nach dem Download gestartet werden kann und ressourcenschonend wirkt. Leider stößt man beim Gebrauch des Programms auf einige Probleme wie häufige, nicht nachvollziehbare Abstürze. Beim Versuch den Fortschritt des Projekts nachzuvollziehen kamen wir zu der Erkenntnis, das es inzwischen wohl eingestellt wurde. Auf der Homepage ließ sich nicht eine einzige Datumsanzeige zu den Releases oder News finden. In der aktuellen Version des Programms zeugt ein Copyrighthinweis von 2001 von einer mindestens dreijährigen Ruhephase. Leider konnten wir nach dem Flop White_Dune kein entsprechendes Programme ausfindig machen, das Stereoskopie unterstützt. Das Problem liegt vermutlich darin, dass kaum jemand Zugang zur nötigen Hardware hat, um motiviert zu sein, etwas hierfür zu programmieren. Entsprechend ist das Angebot hier sehr klein. Die wenigen verfügbaren Open Source Lösungen sind zudem oft auf bestimmte Betriebssysteme wie Mac OS X oder Linux spezialisiert und kamen somit für uns nicht in Frage. Bei der Suche sind wir auf allerhand kommerzielle Software gestoßen, die Stereoskopie unterstützt. Diese haben wir auf Grund der Aufgabenstellung nicht näher untersucht. 3.2 Blender Game Engine Die Blender Game Engine bietet ab der Version 2.33 die Möglichkeit zur stereoskopischen Darstellung. Die Engine ist bereits in der normalen Version von Blender eingebaut und kann beliebig hinzugeschaltet werden. Programmiert werden die Spiele mit Hilfe der Scriptsprache Python. Somit können Eingaben verarbeitet werden, Szenerie sowie die Kamera bewegt und eine komplette Logik hinter ein Spiel gestellt werden. Die Physik ist bereits vollständig implementiert und kann per Knopfdruck eingeschaltet werden. Somit bietet Blender gerade Anfängern einen guten Einstieg in die Spieleprogrammierung. Dies wird vor allem auch unterstützt durch eine sehr große Community sogar im deutschsprachigen Raum und viele Tutorials, die erste Schritte leiten sollen. Das Spiel wird als.exe- Datei gespeichert ein so genanntes Runtime und kann dann auch ohne Blender aufgerufen werden. Hierfür werden lediglich noch zwei DLL Dateien benötigt, die von Blender mitgeliefert werden, sich aber entweder im selben Verzeichnis wie die.exe- 5 Projekthomepage Dune -

9 Datei befinden oder aber über eine PATH-Umgebungsvariable erreichbar sein müssen. Für die Stereoskopie stehen viele verschiedene Einstellungen zur Verfügung. Es werden fünf Darstellungsmethoden (von Anaglyph bis zur zeilenweisen Darstellung für autostereoskopische Displays) angeboten. Des Weiteren kann die Auflösung des Spiels, die Anzeigefrequenz und der Vollbildmodus gewählt werden. Einige Darstellungsarten wie Anaglyph sind bereits im Engine-Vorschau-Modus aktiv und können somit getestet werden. Mit Hilfe der vielen Foren war es auch ohne Python-Kenntnisse möglich, schnell eine Möglichkeit zu finden, sich mit Tastatur und Maus durch eine 3D-Welt zu bewegen. Zu einem vorhandenen Template muss einfach eine Szenerie geladen oder gebaut und das ganze als Runtime abgespeichert werden. Um nun im Medialab die stereoskopische Darstellung nutzen zu können, muss in den Game Frame Settings Pageflip gewählt werden. Eine bereits vorhandene Welt kann in diesem Fall als VRML oder DXF Datei eingelesen werden, um hindurch laufen zu können. Leider ist innerhalb der letzten Releases der Im- und Exporter für VRML Dateien auf der Strecke geblieben und kann nun nicht mehr genutzt werden. Dies ist ein offizieller Bug und es wird auf Entwicklerseite daran gearbeitet. Sicherlich gibt es diese Funktion in einer der nächsten Versionen wieder. Für die Nutzung des Templates und damit die Bewegung in einer 3D-Welt bedeutet dies, dass nur auf das DXF Format zurückgegriffen werden kann, das leider nicht die gleiche Funktionalität wie VRML bietet. Auch ein Umstieg auf eine ältere Version von Blender hilft hierbei nicht, da man soweit zurückgehen müsste, dass die Game Engine noch nicht stereoskopiefähig wäre. Aktuell muss man also in punkto Import von bestehenden Welten mit einigen Behinderungen leben, die aber vermutlich in nächster Zeit beseitigt werden. Wer mit den Nachteilen des DXF-Formates nicht leben kann und mit Blender arbeiten möchte sollte seine Welt von Grund auf in eine Kopie des Templates bauen und in diesem.blend File mitspeichern. Ein anderes Problem stellt der Augenabstand dar. Bei der stereoskopischen Darstellung fällt recht schnell auf, dass dieser zu groß gewählt wurde. Es gibt jedoch weder in der Blender Oberfläche noch über Shortcut erreichbar eine Möglichkeit, diesen Abstand anzupassen. Abhilfe konnte hierbei nur ein Einstieg in die Python Programmierung schaffen, denn intern gibt es eine Variable, die diesen Wert ändern kann. Für das Medialab wurde also ein weiteres Script in das Template hinzugefügt. Beim Aufruf des Templates wird das Script mit angezeigt und durch Ändern eines einfachen Zahlenwertes kann der Augenabstand individuell eingestellt und in die Runtime eingespeichert werden. Es ist somit für den Endanwender möglich, mit dem Programm Blender und der darin enthaltenen Game Engine seine Welten im Medialab stereoskopisch darstellen zu lassen. Dafür ist kein großes Know How nötig, da alle nötigen Vorkehrungen bereits im Template implementiert sind. Eine kurze Anleitung sowie weitere Einstellungsmöglichkeiten dazu finden sich im How To für die Engine

10 4. Fazit Es ist erstaunlich, welches riesige Angebot an Software es im Open Source Sektor gibt und wie viele brauchbare Programme man ausfindig machen kann. Beeindruckend ist auch die rege Aktivität in Diskussionsforen und das Engagement der vielen User, die sich für ein Open Source Projekt verantwortlich zeichnen. Sehr interessant ist, dass bestimmte Funktionen bei Open Source Software oft wesentlich besser gelöst als bei etablierter kommerzieller Software. Viele Entwickler setzen auf intuitive Bedienung und schaffen es, etablierte Kompliziertheiten abzulösen. Auch sind Programme oft sehr Speicher und Prozessor schonend entworfen, so dass man in vielen Fällen keine Einbußen gegenüber kommerzieller Software feststellen kann. Ein Nachteil ist allerdings, dass Open Source Software nicht immer absolut stabil ist. Ein gutes Beispiel dafür ist das bereits angesprochene Problem von Blender, keine VRML-Dateien mehr importieren zu können. Des Weiteren ist der Verlauf eines solchen Projekts nicht absehbar. Man kann nicht vorhersagen, ob ein Produkt auch in einem Jahr noch mit solchem Engagement erweitert bzw. alle Bugfixes sorgsam durchgeführt werden. Oft gelangt man auf Homepages mit sehr positiv klingenden Projektbeschreibungen und muss kurz darauf feststellen, dass das beschriebene Programm entweder noch nicht fertig ist oder gar bereits ergebnislos eingestellt wurde. In vielen Fällen überwiegen die Vorteile eindeutig die Nachteile und mit ein wenig Ausdauer kann man auf sehr viele nützliche Programme der verschiedensten Bereiche stoßen. Neben den hier vorgestellten 3D-Modellern haben wir der Gruppe Kett/Sobolewski noch empfohlen, folgende Programme auf dem Modelling-Rechner der Produktionsstraße zu verwenden und haben diese dort installiert: Audacity (Soundbearbeitungstool) VirtualDub (Videobearbeitungstool) VLC VideoLanClient (spielt Videos sämtlicher Formate ab) Der Vorteil von Open Source Software für den Fachbereich DM besteht darin, dass kreative Inhalte und Informatik eine symbiotische Beziehung eingehen können. Um eine beeindruckende animierte Welt in der Blender Game Engine darzustellen, sollte man sowohl 3D-Modelling als auch Scripting mit Python leisten. Natürlich lassen sich mit Blender auch nur 3D-Modelle erstellen oder die Bewegung von fertigen Objekte skripten. Außerdem besteht selbstverständlich die Möglichkeit, beispielsweise im Rahmen eines WPVs Verbesserungen an einer Software wie Art of Illusion vorzunehmen. Dies wäre für die Studierenden eine sehr befriedigende Art und Weise die im Grundstudium angeeigneten Java-Kenntnisse zu vertiefen, da von den realitätsnahen Aufgaben auch nachfolgende Semester profitieren würden.