Rastový simulátor SIBYLA využíva stredové premietanie na zobrazenie 3D perspektívy (obr.1). Porast je umiestnený do súradnicového systému (x,y,z), ktorý vychádza z bodu P(0,0). Na obrázku je porast reprezentovaný vo forme kocky. Okrem hlavného súradnicového systému je definovaný aj vedľajší súradnicový systém (x',y',z'), ktorého počiatok je v bode R. Bod R reprezentuje ťažisko porastu (kocky), okolo ktorého sa prevádza rotácia v smere osi y'. Zároveň vedľajší súradnicový systém slúži aj na operácie posunu v smere všetkých osí. Pozorovateľ je umiestnený v bode P. Bod je vzdialený od prednej steny kocky (ab) v smere osi z' 200 m a od rotačného bodu R(bP) v smere osi y' 50 m. Prevod súradníc z vedľajšieho súradnicového systému do hlavného sa prevádza pomocou transformačných funkcií:

x = x'

y = y' + 50

z = z' - 200

Stredové premietanie je definované bodom Z°. Bod Z° určuje hĺbku premietania a jeho vzdialenosť od rotačného bodu R sa nazýva faktor premietania (f_P). Jeho hodnota je 1500 m. Základom algoritmu vizualizácie je transformácia 3D súradníc (x_3D,y_3D,z_3D) do 2D súradníc (x_2D,z_2D) podľa funkcií:

Rastový simulátor SIBYLA umožňuje posun porastu v smere vedľajších osí, ktorý je na obrázku znázornený písmenami A, B a C. Posun sa prevádza podľa:

x_posunuté = x_pôvodné + vektor_posunu_x

y_posunuté = y_pôvodné + vektor_posunu_y

z_posunuté = z_pôvodné + vektor_posunu_z

Okrem posunu model umožňuje aj rotáciu okolo rotačného bodu R v smere zvislej osi. Rotácia je na obrázku znázornená písmenom D. Zmena súradníc je závislá od veľkosti rotačného uhla Alfa. Nové súradnice (x^R,y^R,z^R) sa vypočítajú z pôvodných súradníc (x,y,z) podľa:

Samotný postup vizualizácie prebieha v nasledujúcich krokoch (príklad výsledku je na obr.2):

1. Vizualizácia terénu: Terén je zobrazený vo forme plátového modelu, ktorý je definovaný pravidelnou sieťou (lattices). Body siete majú určené súradnice x, y a z. Body sú vykreslené a vzájomným pospájaním vo forme úsečiek vytvárajú sieť terénu.

2. Vizualizácia stromov: Stromy sú vykreslené v schematickom zobrazení. Kmeň je tvorený zvislou čiernou čiarou s dĺžkou rovnou výške stromu a koruna je znázornená vo forme jednofarebného obrázku s tvarom habitu danej dreviny (Tab.1). Veľkosť koruny vyplýva z jej výšky a šírky. Stromy sú zobrazené postupne od najvzdialenejšieho k najbližšiemu voči pozorovateľovi podľa tzv. Maliarovho algoritmu (Žára et al. 1992). Medzi stromy môžu byť doplnené aj stanoviská sférického snímkovania zobrazené ako malé terče.

3. Vizualizácia projekcie korún: Koruny sú vykreslené vo forme kruhov s farbou totožnou s korunami stromov v bode 2 a priemerom zhodným s najširším priemerom koruny. Koruny sú vykresľované v poradí od najnižších stromov po najvyššie.

Počítačové prevedenie vychádza z technológie DirectX a umožňuje interaktívnu zmenu polohy pozorovateľa voči vykresľovanému porastu (posun a rotácia).

Obr.1 Princíp stredového premietania porastu v rastovom simulátore SIBYLA

Obr.2 Príklad schematického 3D zobrazenia simulačnej plochy

Tab.1 Zobrazenie korún jednotlivých drevín:

• 1 ... smrek obyčajný

• 2 ... smrek pichľavý

• 3 ... jedľa biela

• 4 ... jedľa obrovská

• 5 ... borovica lesná a čierna

• 6 ... vejmutovka

• 7 ... limba

• 8 ... smrekovec

• 9 ... duglaska

• 10 ... tis

• 11 ... buk

• 12 ... dub

• 13 ... hrab

• 14 ... javor

• 15 ... jaseň

• 16 ... brest

• 17 ... lipa

• 18 ... agát

• 19 ... breza

• 20 ... topoľ

• 21 ... osika

• 22 ... vŕba

• 23 ... jelša

• 24 ... čerešňa

• 25 ... jarabina

• 26 ... orech

• 27 ... gaštan

• 28 ... platan

• 29 ... mŕtvy ihličnan

• 30 ... mŕtvy listnáč

Rastový simulátor SIBYLA umožňuje vizualizovať les aj vo forme virtuálnej reality (Fabrika 2003), pričom využíva jazyk VRML 97.

Čo je virtuálna realita ?

Základom virtuálnej reality sú špeciálne postupy počítačovej grafiky. Ide hlavne o tvorbu priestorových modelov a scén, manipuláciu s nimi, pohyb v trojrozmernom priestore a zobrazovanie v reálnom čase. Tieto metódy bývajú umocnené použitím špeciálnych periférií, ktoré zaisťujú obrazovú, zvukovú a hmatovú (polohovú) interakciu. Virtuálna realita sa vyznačuje nasledujúcimi vlastnosťami (Žára 1999):

• všetky deje sa prevádzajú v reálnom čase, teda pokiaľ možno s okamžitou odozvou na vstupnú aktivitu užívateľa,

• umelý svet a objekty v ňom majú trojrozmerný charakter alebo aspoň vytvárajú jeho ilúziu,

• užívateľ neprehliada virtuálny svet iba zvonku, ale vstupuje do neho a pohybuje sa v ňom po rozličných dráhach (chodí, lieta, skáče a v okamihu sa presúva - teleportuje sa),

• svet nie je statický, s jeho časťami užívateľ manipuluje. Virtuálne telesá často pôsobia ako aktívne objekty - pohybujú sa po animačných krivkách, interagujú s užívateľom i medzi sebou navzájom.

Čo je jazyk VRML ?

VRML (Virtual Reality Modeling Language) je jazyk určený pre popis obsahu virtuálnych svetov a ich chovania. Je štandardizovaný normou ISO s označením ISO/IEC 14772-1:1997.

Obr.3 Princíp vizualizácie jednotlivého stromu

Pre účely vizualizácie stromu bol využitý princíp pochádzajúci z počítačových hier (obr.3). Strom je rozdelený do troch častí: kmeň, koruna a koreňový nábeh. Kmeň a koreňový nábeh sú tvorené do seba zapadajúcimi kužeľmi. Koruna je vytvorená štyrmi rovinami, ktoré sú pootočené o 45°. Na kmeň a koreňový nábeh je nanesená textúra kôry príslušnej dreviny. Ilúzia reálnej koruny je dosiahnutá na základe textúrovania habitusu koruny do pootočených rovín. Textúry koruny majú priehľadné pozadie. V nasledujúcej tabuľke je zoznam všetkých vizualizovaných drevín s textúrami koruny a kôry.

Tab.2 Vizualizácia jednotlivých druhov drevín:

Jednotlivé stromy sú znázornené v skutočných rozmeroch a na základe ich súradníc sú umiestnené na terén. Terén je vytextúrovaný vhodnou tapetou lesnej hrabanky. Takto vzniknutý les je vložený do pozadia s oblakmi. Dodané sú aj efekty osvetlenia a zníženej viditeľnosti (hmly). Zároveň je les ozvučený vhodnými zvukmi lesa. Do lesa je možné umiestniť aj byliny, huby a kry vo forme malých textúr s priesvitným pozadím. Tie sú premietané na malé kolmé roviny vychádzajúce zo zeme s výškou rastliny, ktoré sa neustále natáčajú smerom k užívateľovi (tzv. "bilboard"). Užívateľ sa v lese môže neobmedzene pohybovať, pričom ilúzia 3D je zabezpečená vnímaním objektov "z pohľadu vlastných oči" - princíp "first-person game".  Vnímanie reálnych veľkostí stromov (hrúbok a výšok) je dosiahnuté aj vložením 3D postavy (tzv. Avatara) do modelu porastu, ktorý sa "pohybuje po lese namiesto uživateľa" - princíp "third person game". Na základe relatívneho porovnania postavy "Avatara" a okolitých stromov užívateľ nadobudne skutočnú predstavu o ich rozmeroch. Identifikácia stromov je zároveň obohatená o automatické zobrazovanie informácií o strome, na ktorý je umiestený kurzor. Informácia sa zobrazuje v textovom okne zvanom "konzola". Bezprostredná interakcia medzi užívateľom a porastom je zavŕšená možnosťou označenia stromov opakovaným klikaním na kmeň. Stromy sa označujú farebnými krúžkami vo výške 1,3 m. Model virtuálneho porastu ďalej poskytuje možnosť zoťatia stromu kliknutím na jeho koreňový nábeh. Presun (teleportácia) medzi porastami v jednotlivých fázach vývoja sa zabezpečuje kliknutím na krištáľovú guľu na kamennom podstavci. Väčšina spomínaných vlastnosti je ilustrovaná na obr.4.

Obr.4 Interakcia s prostredím lesa

 Čo sú to sférické fotografie lesa ?

Sférické fotografie vznikajú na základe sférického premietania obrazu (obr.5). Využíva sa na to špeciálna šošovka typu "rybie oko", ktorá sníma obraz v rozpätí viac ako 180° vo všetkých smeroch. Vytvorí sa takzvaná hemisférická (pologuľovitá) fotografia. Spojením dvoch hemisférických fotografií odfotených v dvoch protiľahlých smeroch, vzniká jedna sférická. Pri jej premietnutí na vnútornú stenu gule sa vytvorí verný obraz skutočnosti. Ak sa pozorovateľ nachádza vo vnútri takejto fiktívnej gule a rozhliada sa ľubovoľným smerom (vpravo, vľavo, hore, dole), má pocit, akoby sa nachádzal priamo na odfotenom mieste. Je to metóda, ktorá je vhodná na fotografovanie reálnych bodov vo vnútri lesa, ktoré sú svojou štruktúrou zaujímavé alebo dôležité. Používa sa hlavne v spojení s trvalými výskumnými plochami, kde sú zamerané skutočné súradnice stromov a ich rozmery. Na niektorých bodoch sú urobené hemisferické snímky, ktoré potom obohacujú virtuálnu realitu. Zachytávajú veľmi dobre skutočnú realitu a môžu poslúžiť aj na porovnanie s tou virtuálnou.

Rastový simulátor SIBYLA využívá technológiu iPIX (internet PIcture eXtension). Odfotené body sú lokalizované na schematickom obrázku lesa vo forme iPIX terča. Vo virtuálnej realite sú lokalizované vo forme virtuálnej červeno-bielej výtyčky.

Obr.5 Princíp sférickej fotografie lesa na báze technológie iPIX