18
ระบบจำลองรูปแบบสามมิติเชิงปฏิสัมพันธ์ในสภาพแวดล้อมเสมือนร่วม สำหรับการสื ่อสารงานออกแบบสถาปัตยกรรม: แนวทางวิจัยเชิงสำรวจ Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research Approach พฤฒิพร ลพเกิด Prittiporn Lopkerd

Interactive 3D Simulation System prittiporn - tds.tu.ac.th 3D... · ใช้ในกระบวนการออกแบบสถาป ัตยกรรม (Computer-Aided

Embed Size (px)

Citation preview

85Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

ระบบจำลองรปแบบสามมตเชงปฏสมพนธในสภาพแวดลอมเสมอนรวมสำหรบการสอสารงานออกแบบสถาปตยกรรม: แนวทางวจยเชงสำรวจ

Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environmentfor Architectural Design Communication: Exploratory Research Approach

พฤฒพร ลพเกดPrittiporn Lopkerd

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University86

87Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

ระบบจำลองรปแบบสามมตเชงปฏสมพนธในสภาพแวดลอมเสมอนรวมสำหรบการสอสารงานออกแบบสถาปตยกรรม: แนวทางวจยเชงสำรวจInteractive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environmentfor Architectural Design Communication: Exploratory Research Approach

พฤฒพร ลพเกดPrittiporn Lopkerd

คณะสถาปตยกรรมศาสตรและการผงเมอง มหาวทยาลยธรรมศาสตร จงหวดปทมธาน 12121Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University, Pathum Thani 12121, Thailand,E-mail: [email protected]

บทคดยอ

ปจจบนเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรมระดบความสามารถในการแสดงผลดานวทศน 3 มต และความสมจรงของมตเวลาในสภาพแวดลอมเสมอน ซงเปนระดบทสามารถนำมาประยกตใชงานในดานอน ๆ นอกเหนอจากการใชเพอความบนเทงเทานน บทความนจงไดนำเสนอแนวทางการใชเครองมอตนแบบทชวยในการจำลองรปแบบ 3 มตเชงปฏสมพนธสำหรบการสอสารงานออกแบบทางสถาปตยกรรม และการสอสารเชงปฏสมพนธรวมกบการจำลองปรากฏการณจรงทางกายภาพ ผานการพฒนาและประยกตใชเพอการจำลองสภาพแวดลอมเสมอนบนพนฐานของเทคโนโลยทเรยกวา“ครายเอนจนท” (CryEngine2) โดยมวตถประสงคเพอศกษาเชงสำรวจและวเคราะหกระบวนการเรยนรและประยกตใชเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรทมคณลกษณะเฉพาะทหลากหลาย สามารถรองรบการมสวนรวมในสภาพแวดลอมเดยวกนแบบทนทจากผทเกยวของในกระบวนการออกแบบทางสถาปตยกรรม ดวยคณลกษณะการเลนแบบหลายคน รวมถงการใชเปนสอในการนำเสนอผลงานออกแบบทางสถาปตยกรรมทงายตอการรบรและเขาใจจากเจาของโครงการหรอผใชงานทวไป นอกจากนพบวามรปแบบการใชเครองมอทงายตอการเรยนรและพฒนาสำหรบนกออกแบบทไมใชนกพฒนาโปรแกรมคอมพวเตอร และมประสทธภาพในการแสดงสภาพแวดลอมเสมอนทเกดขนไดใกลเคยงกบความเปนจรง ขณะทมการใชงานงายในเชงปฏสมพนธ ซงบทความนเปนการวจยเชงสำรวจและเสนอแนะแนวทางการใชเครองมอทแตกตางไปจากเดมเพอชวยในการสอสารกระบวนการออกแบบทางสถาปตยกรรม

Abstract

Nowadays technology of computer game engines have reached a level of 3d visual quality plus thefourth dimension-a time line of realistic of virtual environment that makes them much more useful in applying onother applications besides mere entertainment. This paper presents innovative prototype which benefits inInteractive 3D Simulation System for architectural design communication and architecture communication withthe simulation of real world phenomenon through development and application of virtual environment simulationbase on the CryEngine2 technology. The objective of this study is to explore and analyse method of learningand using computer game engine technology that have several unique features that able to reserve real-time

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University88

collaborative virtual environment from multi-player who related with designer team including using a media inpresenting architectural designs which is easily perceived and understood by the project owner or generalusers. In addition, the CryEngine2 is easy for learning & improvement for designer who is non-programmer aswell as efficiency in presenting realistic virtual worlds featuring user friendly interaction. Finally, this paperattempts to explore and suggest different ways to apply this tool to improve architectural design communication.

คำสำคญ (Keywords)

การสอสารเชงปฏสมพนธ (Interactive Communication)เกมเอนจน (Game Engine)ครายเอนจน (CryEngine)จนตทศน (Visualization)สภาพแวดลอมเสมอนรวมกน (CVE: Collaborative Virtual Environment)

89Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

1. บทนำ

การปฏวตเทคโนโลยคอมพวเตอร กอใหเกดสงคมยคใหมทผนวกมตทางดานเทคโนโลยเขาสสวนอน ๆ ของวถการดำเนนชวตการเรยนรและการปฏบตวชาชพ ววฒนาการทางดานเทคโนโลยคอมพวเตอรทพฒนาไปอยางรวดเรวสงผลใหเกดการกระจายทกษะและความรออกไปสขอบเขตทกวางไกลขน มการประยกตใชคอมพวเตอรทกรปแบบในทกสาขาวชา โดยเฉพาะในวงการสถาปตยกรรม คอมพวเตอรถกใชเปนเครอง-มอเพอขยายขดความสามารถใหกบการสอสารความคดและกระบวนการตาง ๆ ในกระบวนการออกแบบสถาปตยกรรม การนำเทคโนโลยคอมพวเตอรเขามาใชในกระบวนการออกแบบสถาปตยกรรม (Computer-Aided Architectural Design, CAAD) ไมเฉพาะแตในการเขยนแบบ แตยงครอบคลมถงการใชในขนตอนอน ๆไดแก การออกแบบ การกอสราง และการจดการอาคารเปนตน ซงมบทบาททงในเชงวชาชพ การศกษา และงานวจยทางสถาปตยกรรม (Schmitt, 1999)

การใชคอมพวเตอรเพอการสรางแบบจำลอง 3มตเสมอนจรงจดเปนเครองมอหนงทใชในกระบวนการออกแบบสถาปตยกรรมเพอเปนตวแทนในการสอสารนำเสนอ และศกษาความสมพนธขององคประกอบทางกายภาพเพอเปนสอสงเสรมการรบร เรยนร และรวมตดสนใจกอนการกอสรางจรง โดยองคประกอบหลกของการจำลองแบบเสมอนจรงนนประกอบดวย 2 สวนคอแบบจำลอง 3 มตทเปนชนงานหลก และสวนของสภาพแวดลอม ซงแบงเปนสภาพแวดลอมทางธรรมชาต(natural elements) เชน แมนำ ตนไม เปนตน และสภาพแวดลอมประดษฐ (artificial elements) เชน ถนนทางเทา เปนตน (Fukuda et al., 2006) ทชวยเพมการรบรในการสรางบรรยากาศใหใกลเคยงกบสภาพแวด-ลอมจรงมากทสด ชวยในการศกษา วเคราะหแนวคดการออกแบบในเชงจนตทศน (visualization) ซงเปนการมองเหนภาพของงานออกแบบไดกอนการกอสรางจรง โดยการทำใหคอมพวเตอรชวยสรางหนจำลอง การใหแสงเงาทเหมอนจรง และทำภาพเคลอนไหว (Bha-trakarn, 2003) นอกจากนความสามารถอนโดดเดนของการสรางงาน 3 มตดวยคอมพวเตอรในสภาพแวดลอมเสมอนเปดโอกาสใหสถาปนกผออกแบบสามารถเลอกนำเสนองานในมมมองใด ๆ กไดโดยไมมขอจำกดสถาปนกสามารถวเคราะหและพจารณาสถาปตยกรรมท

ถกสรางขนเปนแบบจำลองในคอมพวเตอรไดรอบดานเสมอนเปนผเขาไปใชงานภายในสถาปตยกรรมทสรางเสรจสมบรณแลว ดงนนการใชซอฟตแวรคอมพวเตอรเพอตอบโจทยการใชงานทกลาวถง ยอมตองการเครอง-มอทสรางสภาพแวดลอมและจำลององคประกอบทางกายภาพทเทยบเคยงกบธรรมชาตไดใกลเคยงกบความเปนจรงใหมากทสด และชวยสงเสรมการมสวนรวมและตดสนใจของกลมผทเกยวของในกระบวนการออกแบบ

1.1 ความเปนมาเคร องมอและข นตอนการทำงานดานการ

ออกแบบทางสถาปตยกรรมทใชกนทวไปในปจจบนมความสลบซบซอนและยากตอการใชงาน ซอฟตแวรทใชสำหรบการออกแบบทางสถาปตยกรรมโดยตรงทมราคาสงแตกลบมประสทธภาพและคณลกษณะเฉพาะทไมครอบคลมกบความตองการทเกดขน รวมทงการสรางและนำเสนองานในรปแบบ 3 มต สวนมากจะถกกำหนดมมมองเฉพาะตามทผออกแบบกำหนด แมแตการทำเปนภาพเคลอนไหว เพอใหเกดความตอเนองเสรมแนวคดความตอเนองของทวางและความสมจรงมากขน ไดถกจำกดดวยมมมองทถกกำหนดจากผออกแบบเชนกน ไมไดสงเสรมการศกษาเรยนรแนวคดรวมกน เจาของโครงการหรอคนทวไปไมมโอกาสรบรความตอเนองของสถาปตยกรรมและสภาพแวดลอมโดยรอบไดอยางอสระ

เมอพจารณาเทคโนโลยเคร องมอทางคอมพวเตอรในดานอน ๆ แลว จะเหนไดวาเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรจดเปนซอฟตแวรทมการพฒนาการสรางสภาพแวดลอม 3 มตทมประสทธภาพสง สภาพแวดลอมทสมจรง ตอบสนองกบผใชงานไดงาย รวดเรว และรองรบการเลนแบบหลายคน ซงเปนแนวคดทสอดคลองกบการมสวนรวมในสภาพแวดลอมเดยวกน ประกอบกบการเปดโอกาสใหนกพฒนาซอฟตแวรเขาไปมสวนรวมพฒนาการใชงานได ผใชขนปลาย (end user) สามารถเขามาเรยนร สรางเนอหา และสภาพแวดลอมใหมขนเองได ทงนมการประยกตใชศกยภาพของเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรเพอเปนเครองมอสำหรบสอรปแบบ 3มตในงานหลากหลายสาขาวชา ในศาสตรสาขาอน ๆมการใชเทคโนโลยนเพอพฒนาการใชงานทนอกเหนอจากการใชเพอความบนเทง ในงานทางดานสถาปตย-กรรมมการนำไปใชทงทางดานการศกษาและดานวชาชพ(Sifniotis, 2008)

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University90

จากประเดนดงกลาว บทความนจงนำเสนอเครองมอตนแบบทชวยในกระบวนการออกแบบ 3 มตโดยมงเนนทจะบรณาการเทคโนโลยทางคอมพวเตอรจากศาสตรสาขาอนเขากบกระบวนการออกแบบในศาสตรทางสถาปตยกรรม โดยศกษาและประยกตแนวทางการใชเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรเปนเครองมอหลกในการสรางงานออกแบบ 3 มตและจำลองสภาพแวดลอมเสมอนจรงทรวมถงการสรางบรรยากาศจำลองสำหรบสงเสรมการมสวนรวมในสภาพแวดลอมเสมอนเดยวกนในแบบทนท (real-time) นอกจากนไดมการศกษาเพอเสนอแนะกระบวนการตอประสานระหวางผใชกบสภาพแวดลอมเสมอนจรงในเชงปฏสมพนธ เพอรองรบการมสวนรวมจากผทเกยวของในกระบวนการออกแบบทางสถาปตยกรรมและสภาพแวดลอมโดยรอบรวมถงการใชเปนสอในการนำเสนอผลงานออกแบบทางสถาปตยกรรมทงายตอการรบรและเขาใจจากเจาของโครงการหรอผใชงานทวไป ทงนไดมการวเคราะหเปรยบเทยบกบรปแบบการพฒนาดวยระบบเทคโนโลยและเครองมอทมการใชงานจรงในปจจบน รวมทงเสนอเปนแนวทางสำหรบผทสนใจใชเปนขอมลเปรยบเทยบเพอการเลอกใชงานไดอยางเหมาะสม

1.2 วตถประสงค1. เพอศกษาแนวคดและกระบวนการสราง

สภาพแวดลอมเสมอนจากเทคโนโลยเกมคอมพวเตอร2. เพอศกษาการปฏสมพนธกนในสภาพแวด-

ลอมเสมอนแบบทนท3. เพอศกษาคณสมบตเฉพาะของเทคโนโลย

ครายเอนจนทกบการสนบสนนการมสวนรวมในสภาพแวดลอมเสมอนแบบทนท

4. เพอเสนอแนะแนวทางทเหมาะสมในการใชเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรในการสอสารกระบวนการออกแบบทางสถาปตยกรรม

1.3 ขอบเขตการศกษา1. ศกษารปแบบการใชงานครายเอนจ นท

เฉพาะคณลกษณะเฉพาะทสมพนธกบองคประกอบทางสถาปตยกรรม

2. ศกษาการใช ครายเอนจนท โดยทำงานผานแซนบอก อดเตอร (Sandbox Editor) ซงเปนโปรแกรมทตดตงมาพรอมกบเกมครายซส (Crysis)

3. ทดลองการเชอมโยงโมเดล 3 มตทางสถา-

ปตยกรรมกบสภาพแวดลอมเสมอนจรงดวยครายเอนจนท โดยไมรวมถงการเชอมตอเครอขาย (network)เพอการเลนแบบหลายคน

4. โมเดล 3 มตทางสถาปตยกรรมเปนสวนทสรางสำเรจจากซอฟตแวร 3ds MAX 9 ทตองเปนแบบรปหลายเหลยมแบบจำกดจำนวน (low-polygon) และมการใสวสดพนผวโดยใชตวปรบแกวสด (material editor)ของปลกอน (plug-ins) 3ds MAX Exporter เทานน

2. สภาพแวดลอมเสมอนรวมกน (CollaborativeVirtual Environment, CVE)

กระบวนการทำงานทางสถาปตยกรรมตองอาศยการรวมงานกนระหวางสถาปนก ทมงาน และลกคาหรอเจาของโครงการ (Jung & Yi-Luen, 2000)เทคโนโลยอนเทอรเนตทชวยใหรปแบบการสอสารการทำงานแบบมสวนรวมเกดขนไดทงจากตางสถานทเพอแลกเปลยนและแบงปนแนวคด ทรพยากรขอมลและการนำเสนอ (Chiu, 1995) การมสวนรวมในการออกแบบซงแบงประเภทตามความแตกตางของการปฏสมพนธทพจารณาถงทวางและเวลา โดยระบบการประสานงานทเกดขนนนแบงออกเปนแบบประสานเวลา(synchronous) และไมประสานเวลา (asynchronous)ตามตารางท 1 ซงเปนการมสวนรวมในเวลาเดยวกนและตางเวลากน (Ellis et al., 1991) เชน การรบสงแบบผานอเมล การสนทนาแบบทนท (Instant Messenger:IM เชน MSN, Skype) หรอแมแตการเสนอผลงานผานเวบบลอก (web block) ซงการมสวนรวมในการออก-แบบเกดไดท งในแบบประสานเวลาและไมประสานเวลา ซงเปนการมสวนรวมในเวลาเดยวกนและตางเวลากน (Ellis et al., 1991) โดยทงสองกรณอาจปรากฏขนไดทงแบบผทเกยวของ หรอผทใชงานอยในสถาน-ทเดยวกนหรอตางสถานทกน เชน การใชอเมล การแชรไฟล เปนรปแบบทำงานทตางเวลากน ขณะทการchat, MSN, videophone และ multiplayer เปนแบบเวลาเดยวกน เปนตน

สภาพแวดลอมเสมอนรวมกนเปนรปแบบของการมสวนรวมทโตตอบกนในสภาพแวดลอมเดยวกน(Kerr, 2002) เปนสถานทเสมอนทางคอมพวเตอรทสามารถเขามาพบและโตตอบกบผอน หรอกบตวแทนหรอกบวตถเสมอน (Churchill et al., 2001) ซงทาง

91Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

เทคนคแลวเปนการสอสารออนไลนระหวาง client-server ขอมลสภาพแวดลอมจะอยในฝงของ serverสวนผใชงานหรอฝง client ทอยตางสถานทกนสามารถเชอมตอเขามาท server เพอเขามาอยในสภาพแวดลอมเสมอนเดยวกนเพอแลกเปลยนขอมลหรอปฏบตภารกจบางอยางรวมกนได

ปจจบนมเครองมอในการสรางและพฒนาสภาพแวดลอมเสมอนรวมกนเปนจำนวนมากและสวนใหญจะเปดใหใชและพฒนาไดเองโดยไมเสยคาใชจาย เชนVRML, Second Life และ Google Lively เปนตน ทงนรวมถงเกมคอมพวเตอรทเปน multi-user รองรบการใชงานแบบออนไลนและเปดใหผใชเขามาพฒนาไดเองเชน Half-Life, Quake, Unreal และ Crytek เปนตน

3. เครองมอในกระบวนการออกแบบ 3 มต

การใชสอ 2 มตมขอจำกดในการนำเสนอทวางทางกายภาพ ในขณะทการใชสอในรปแบบ 3 มตชวยเพมความสามารถในการรบรของทวางไดเปนอยางดนกออกแบบตองการเครองมอออกแบบหรอสอกลางทางดจทลทชวยจดการงานออกแบบทเปน 3 มตไดด ซงเครองมอหรอซอฟตแวร 3 มตสามารถรองรบความตองการนและเปนสวนเสรมจากเครองมอหรอสอในการออกแบบอน ๆ (Campbell & Wells, 2008) เครองมอทสถาปนกใชกนในกระบวนการออกแบบ 3 มต อาท

ArchiCAD, Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya,Google SketchUp และ Blender เปนตน แตการนำเทคโนโลย 3 มต มาใชเพอนำเสนองานออกแบบ หรองานสถาปตยกรรมเสมอนถกจำกดดวยระยะเวลาในการใหแสงเงาทมความสมพนธกบความสามารถในการทำงานเชงโตตอบแบบทนทในรปแบบ walkthrough(Miliano, 1999)

4. เกมคอมพวเตอรในการออกแบบสถาปตยกรรม

กระบวนการสรางสภาพแวดลอมเสมอนใหสมจรงนนมกระบวนการทซบซอน ใชเวลาและทรพยากรทางเทคโนโลยคอนขางสง ดงนนเครองมอในการพฒนาสภาพแวดลอมเสมอนทจดการกบองคประกอบทกอยางไดในเวลาเดยวกนนบวามความสำคญตอการทำงานเทคโนโลยเกมคอมพวเตอรในปจจบนเปนหนงในทางเลอกทนาสนใจ เนองจากมคณลกษณะเฉพาะในการจำลองสภาพแวดลอมเสมอนไดสมจรง ความเรวในการใหแสงเงากบสภาพแวดลอมเสมอนอยางมประสทธภาพในแบบทนท ซงเปนจดเดนทมความไดเปรยบในเรองประสทธภาพของการแสดงผลและการบรหารจดการทรพยากรทางดานฮารดแวรทใชไดอยางเหมาะสม มกลมของผพฒนาทเขามาแลกเปลยนประสบการณและความรรวมกนในสงคมออนไลน ชวยใหผใชทวไปหรอนกออกแบบทไมใชโปรแกรมเมอรเขามาศกษาและสรางงานของตวเองได (Trenholm & Smith, 2008) นอกจากนสภาพแวดลอม 3 มตในเกมคอมพวเตอรไดชวยกระตนการรบรในกระบวนการออกแบบดวยรปแบบของการปฏสมพนธและรบรอยางทนท (More & Burrow, 2007)โดยเฉพาะเกมยงประเภทบคคลทหนง (First PersonShooter, FPS) ทมการนำเสนอในมมมอง 3 มตทเปนมมเดยวกบการมองของผเลน ซงมลกษณะเหมอนกบการสรางงาน 3 มตทางสถาปตยกรรมและใหมมมองแบบwalkthrough ประกอบกบการควบคมการเคลอนไหวทสมพนธกบการควบคมและเคลอนไหวจรงในทางกายภาพ

เกมเอนจน (Game Engine) เปนองคประกอบหลกทใชสรางและพฒนาเกมหรอโปรแกรมประยกตทตองการโตตอบหรอทำงานกราฟกแบบทนท บรษทพฒนาเกมสวนใหญไดสรางเกมเอนจ นในรปแบบmiddleware หรอซอฟตแวรสำหรบการพฒนาเกมทรวมสวนประกอบตาง ๆ ไวใหผ พฒนานำไปใชได

เวลาเดยวกน ตางเวลากน(synchronous) (asynchronous)

สถานทเดยวกน(colocated)

ตางสถานทกน(distance)

การสอสารแบบเผชญหนากน(face-to-face,

freehand & verbal,presentation)

แคดซสเทม(CAAD system)

วดโอคอนเฟอรเรน(video conference)

กระดานอเลกทรอนกส(whiteboard)ทวางเสมอน

(virtual space)

อเมล(E-mail)เวรคโฟลว(workflow)

ตารางท 1 แสดงรปแบบการสอสารแบบมสวนรวมในกระบวนการออกแบบสถาปตยกรรม

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University92

สะดวก เชน กราฟก เสยง ระบบฟสกส และฟงกชนเอไอเปนตน ชวยใหผใชระดบปลายสรางสรรคเนอหาสภาพแวดลอมใหมได เครองมอดงกลาวเรยกกนวา MOD หรอModification (Guilfoyle, 2007) ซงตงแตมการพฒนาเกมเอนจน 3 มต ชวงป 1996-1999 (Sifniotis, 2008)ไดมโครงการและงานวจยทประยกตใชเกมเอนจนทเกยวของกบการศกษาและวชาชพเชงสถาปตยกรรมตวอยางทสำคญ เชน ป ค.ศ. 1998 โครงการสภาพแวด-ลอมเสมอนของพนท ฟลอรดา อเวอรเกลดส (VirtualFlorida Everglades) เพอศกษาและสงเสรมองคความรทางระบบนเวศภายในพนทดงกลาว โดยพฒนาดวยเกมเอนจน อนเรยล (unreal) เปนยคแรกทมการใชเกมเอนจนในศาสตรสาขาอนทเก ยวของกบการจำลองสภาพแวดลอมเสมอนจรง หลงจากนนมการใชเอนจนนกบโครงการอน ๆ ตามมาอกหลายโครงการและถกพฒนาตามเวอรชนของตวเกมเอนจน และในป ค.ศ. 2000หนวยงาน NASA Langley Research Center, Spacecraft& Sensors Branch, An International Virtual SpaceStation ขององคการนาซา ไดเรมใชเกมเอนจนอลเรยลจำลองสภาพแวดลอมเสมอนของสถานอวกาศภายใตชอโครงการ “Virtual International Space Station—VISS” แตการใชงานเอนจนอนเรยลยคแรกตองอาศยการเขยนสครป ผใชตองมทกษะทางดานการเขยนโปรแกรม

ป ค.ศ. 2000 หนวยงาน Martin Centre forArchitectural and Urban Studies แหงมหาวทยาลยเคมบรดจ ไดนำเกมเอนจน เควกท (Quake 2) ใชเปนสวนหนงของโครงการการใชสออเลกทรอนกสในการจำลองแบบสถาปตยกรรมเพอการสอสารระหวางสถา-ปตยกรรมกบผใชทวไป ซงการใชงานเควกทเปนรปแบบภาษาวชวลโปรแกรมมง (visual programming language)ในลกษณะ flow graph ทชวยใหผพฒนาใชงานไดงายกวาการเขยนเปนภาษาสครปแบบเดม หลงจากนนในปค.ศ. 2003 ไมเคล แอนดรว แอนเดอซน (Michael AndrewAnderson) ไดใชเอนจน เควกทร (Quake 3) ชวยสรางแบบจำลอง 3 มตของบานปอมเปอน (Pompeian House)จากผงทางประวตศาสตร ภายใตชอโครงการ “ComputerGames and Archaeological Reconstruction: TheLow Cost VR”

ในป ค.ศ. 2002 ภาควชา Building Con-struction แหงเวอรจเนยเทค (Viginia Tech) ภายใตชอ

โครงการ “Virtual Office Walkthrough Using a 3DGame Engine” เปนการจำลองสภาพแวดลอมเสมอนเชงจนตทศน ในรปแบบทนทเชงปฏสมพนธในมมมองปกตคนเดน ซงใชเอนจนอลเรยลเปนเครองมอทใชรวมกบซอฟตแวร CAAD ในการพฒนาเพอลดคาใชจายและเพมประสทธภาพความสมจรง (Shiratuddin & Thabet,2002) และในป ค.ศ. 2007 มการนำเกมเอนจน ทชอ ครายเอนจน (เวอรชนแรก) ดวยประสทธภาพของการจำลองสภาพแวดลอมเสมอนทสมจรงจงถกนำมาประยกตใชกบงานวจยทางดานภมสถาปตยกรรม ในหวขอ “ATool for Landscape Architecture Based on ComputerGame Technology” (Mittring, 2007) ซงเปนงานวจยจากมหาวทยาลยเบรเมน ประเทศเยอรมนน เปนตน

5. เทคโนโลย ครายเอนจนท(CryENGINE2 Technology)

ครายเอนจนท เปนเกมเอนจนเชงพาณชยพฒนาโดยบรษท Crytek GmbH ประเทศเยอรมนนเพอใชกบเกมครายซส (Crysis) ครายเอนจนทไมไดเปดซอสโคด (sourse code) ใหกบผพฒนาระดบโปรแกรม-เมอร แตอยางไรกด ครายเอนจนทไดมาพรอมกบเครอง-มอในการสรางและแกไขทเรยกวา Sandbox Editor(รปท 1) ซงเปดใหบคคลทวไปสามารถใชพฒนาไดโดยไมเสยคาใชจายสำหรบการใชงานทไมใชในเชงพาณชยโดยตดตงมากบเกมครายซสทวางขายอยตามทองตลาดในราคาไมเกนหนงพนบาท (ราคาในประเทศไทย) ครายเอนจนท จดเปนเครองมอทแสดงภาพกราฟกไดคณ-ภาพระดบสงในขณะน การใชงาน Sandbox Editorแบบทนททสอดคลองกบแนวคด “เลนไดกบสงทไดเหน”(What you see is what you play.) (Trenholme &Smith, 2008) นอกจากน เอกสารการใชงาน การอพเดตMOD สามารถดาวนโหลดไดโดยไมเสยคาใชจาย รวมถงมฟอรมออนไลนเพอแลกปลยนขอมลตาง ๆ รวมกน

เทคโนโลยจากครายเอนจนท มการซอลขสทธตวเตมเพอใชในงานเชงพาณชยทางดานอน ๆ เชน บรษทIMAGTP ประเทศฝรงเศส นำไปใชงานดานการนำเสนองานสถาปตยกรรมและการผงเมอง และ Ringling Collegeof Art & Design ประเทศสหรฐอเมรกา นำไปใชดานการศกษา เปนตน

93Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

5.1 คณลกษณะเฉพาะทสมพนธกบกระบวนการออกแบบ

การเลอกใชครายเอนจนทเปนเครองมอชวยในกระบวนการออกแบบ 3 มตนน พจารณาจากคณ-สมบตเฉพาะทโดดเดนและสอดคลองกบงานทางสถา-ปตยกรรม ซงมประเดนสำคญดงน

1. การสรางภมทศนและสภาพพนผว (terrainmap & textures) การกำหนดสภาพแวดลอมทเรมจากการสรางและกำหนดลกษณะภมประเทศ ซงสามารถสรางภมทศนและสภาพพนผวไดอตโนมตจากขอมลGIS หรอภาพถายทางอากาศทบอกลกษณะของภม-ประเทศนำมาแปลงเปนภาพบทแมพ (bitmap) ขาว-ดำ เรยกวา surface masks เพอให Sandbox Editorสรางพนผวของสภาพภมทศนทอางองจากขอมลจรงได(Herrlich, 2007) แลวสามารถปรบเปลยนรายละเอยดพนผวดวยเครองมอทอยใน Sandbox Editor เชนรปแบบของผนดน ผนทราย ผนหญา หรอพชคลมดน

รปท 1 สวนตอประสานของ Sandbox Editor รปท 2 ตวอยางของภมทศนรมทะเลทมพนผวเปนหาดทรายรวมกบองคประกอบของโขดหนและตนไม (Crytek GmbH,2008a)

รปท 3 การใชระบบเวลารอบวนแบบพลวต เพอสรางความสมจรง และตรวจสอบแสงเงาทเกดขนกบตวสถาปตยกรรม

เปนตน สำหรบการกำหนดขนาดพนทในการสรางภม-ทศนทำไดสงสด 21 x 21 ตารางกโลเมตร (Mittring,2007) นอกจากนยงมเครองมอสนบสนนการสรางภม-ทศนประเภทแนวพารท (path) เสนทางการสญจรและแนวรองนำ รปท 2 แสดงตวอยางภมทศนทสรางจากSandbox Editor

2. ระบบเวลาในรอบวนแบบพลวต (dynamictime of day) ชวยใหเกดการเคลอนทของเวลากลางวนเเละกลางคนโดยใชการกำหนดพารามเตอรของตำแหนงและทศทางการเคลอนตวของดวงอาทตยและดวงจนทรในรอบวน การกำหนดโทนสแสงชวงเชาและชวงเยนรวมทงสามารถกำหนดอตราความเรวของเวลาในรอบ24 ชวโมง (Crytex Gmbh, 2008b) เพอการจำลองแสง-เงาทเกดขนแตละชวงเวลาใหบรรยากาศดสมจรงมากขนพรอมทงชวยสนบสนนการวเคราะหการตกกระทบของแสง-เงาทเกดขนกบตวสถาปตยกรรมไดตลอดชวงเวลาในรอบวน แสดงตวอยางในรปท 3

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University94

5. ระบบเสยงในสภาพแวดลอมเสมอน(dynamic world sounds & environment audio)การรบรทางการไดยนเปนมตหนงของการสรางความสมจรงใหกบสภาพแวดลอม การตอบสนองของ soundeffect ทเกดขนจากการโตตอบของผใชกบวตถหรอสภาพแวดลอม ซงสมพนธกบประเภทของวตถ มวล และประเภทของวสด รวมถงความเรวทเกดขน เชน เสยงการวงกบเสยง การเดนไปบนพนวสดทเปนโลหะจะแตกตางกน เปนตน นอกจากนนกออกแบบสามารถจำลองเสยงธรรมชาตเพอสรางบรรยากาศในสภาพแวดลอมทแตกตางกน เชน เสยงในบรรยากาศของสภาพแวดลอมภายนอกกบภายในอาคาร เปนตน

6. การใชงานขนสงเพอปรบแตงหรอกำหนดโลจคสำหรบเหตการณในสภาพแวดลอม 3 มตทสรางขนเพอใชงานเชงปฏสมพนธแบบทนท แบงได 3 ระดบคอ 1) การพฒนาดวยการใชภาษา C++ 2) การใชภาษาสครปทเรยกวา LUA 3) การพฒนาดวยรปแบบสวนตอประสานโปรแกรมสอดวยภาพ (Visual ProgrammingInterface) ทเรยกวา flow graph ซงเอออำนวยใหกบนกออกแบบทไมใชโปรแกรมเมอร นอกจากนการใชflow graph จะถกเกบในรปแบบของ XML ซงเปนมาตรฐานทสามารถทำงานขามแอพพลเคชน

6. การวเคราะหกระบวนการทำงาน

กระบวนการออกแบบ 3 มตผาน Sandbox2Editor มขนตอนดงรปท 6 และหนาตาสวนตอประสานในรปท 7 ถง 10 โดยมรายละเอยดดงตอไปน

1. การสรางแบบจำลองสถาปตยกรรมเปนการสรางแบบจำลอง 3 มตดวยซอฟตแวร 3ds MAXหรอใชซอฟตแวร CAAD ทสงเขา 3ds MAX ได เชนAutoCAD, Maya, SketchUP และ Rhino เปนตน โดยควรขนรปในลกษณะของรปหลายเหลยมแบบจำกดจำนวน และการเตรยมโครงสราง material ใหกบแบบจำลอง และสงเขาครายเอนจนทนนจะทำงานผาน exportdialog ซงเปน plug-in ชอ 3ds MAX Exporter ใชในการจดการไฟลแบบจำลองใหอยในรปแบบทเปดไดจากSandbox2 Editor ทงนการใส material ใหกบแบบจำลองสามารถสรางและปรบเปลยนไดจากเอนจน (CrytekGmbH, 2008a)

รปท 4 ตวอยางการใหแสงเงาทางธรรมชาตในสภาพแวดลอมภายนอก (Crytek GmbH, 2008b)

รปท 5 ตวอยางการใหแสงเงาในสภาพแวดลอมภายใน (CrytekGmbH, 2008b)

3. เทคนคการใหแสงเงาทำใหการสรางสภาพแวดลอมทงภายในและภายนอกดสมจรง และแสดงผลไดทนท จากรปท 4 และ 5 แมแตในการทำงานของผออกแบบใน editor mode สามารถแสดงผลการใหแสงเงาไดเชนกน ดวยคณลกษณะอยางเชน Real-timeAmbient Map, Real-time Lighting และ Dynamic SoftShadows เปนตน

4. ระบบฟสกส (physics system) การใสระบบฟสกสใหวตถทอยในสภาพแวดลอมเสมอน ไมวาจะเปนตวอาคาร ตนไม หรอวตถใด ๆ ในพนทนน ชวยในการจำลองทสมจรงของปรากฏการณเชงฟสกสกบแรงทเกดขน เชน แรงโนมถวง กระแสลม ฝน คลนนำ การเสยดทานและการชนกนระหวางวตถ เปนตน ซงคณ-สมบตเหลานสามารถกำหนดและปรบเปลยนได ชวยใหผใชงานเขามาปฏสมพนธในสภาพแวดลอมเสมอนแบบ walkthrough ไดรบรแรงกระทำตาง ๆ ทสมพนธกบการเคลอนทของวตถหรอตวผใชเอง ชวยการรบรทใกลเคยงกบความเปนจรงมากขน

95Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

รปท 6 แผนผงแสดงกระบวนการทำงานผานครายเอนจนท

รปท 7 แสดงการขนแบบจำลองทางสถาปตยกรรมจากซอฟตแวร3ds MAX และการใช 3ds MAX Exporter

รปท 8 นำเขาแบบจำลองทางสถาปตยกรรมมาใสในสภาพแวด-ลอมทสรางจาก Sandbox2 Editor

รปท 9 แสงเงาภายนอกอาคารในโหมด Editor รปท 10 แสงเงาภายในอาคารในโหมด Editor

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University96

2. การสรางสภาพแวดลอม การใชงานครายเอนจนท ผาน Sandbox2 Editor สำหรบการสรางพนทและสภาพแวดลอมนนมองคประกอบทเกยวของไดแก การสรางพนผวภมทศน (รปท 11) การใสลกษณะพนผวการกำหนดแสงธรรมชาต (รปท 12) และระบบเวลาในรอบวน (รปท 13) การใสสภาพแวดลอมทางเสยงการใส entity เชน แมนำ ถนน ยานพาหนะ ตนไม เปนตนและการสรางการ โตตอบกบสภาพแวดลอมดงกลาว

3. การนำเขาแบบจำลองสถาปตยกรรมเขามาในสภาพแวดลอมผาน Sandbox2 Editor โดยสามารถกำหนดคณลกษณะของแสงภายในและภายนอกดงรปท 9 และ 10 ลกษณะพนผว เสยง และการโตตอบการใชงาน เชน การเปด-ปดประต หนาตาง และการปรบเปลยนวสด ดงรปท 14 เปนตน

4. การเชอมตอกบบคคล เปนการกำหนดการโตตอบกบผใชงาน แบงเปน 2 สวน คอ สวนโตตอบแบบบคคลกบสภาพแวดลอม และสวนโตตอบแบบหลายบคคลในสภาพแวดลอมรวมกน

7. การทดลองระบบการจำลองรปแบบ 3 มตเชงปฏสมพนธ

การทดสอบระบบการจำลองรปแบบ 3 มตเชงปฏสมพนธในสภาพแวดลอมเสมอนรวมไดทดลองใชงานรวมกบการเรยนรการใชเครองมอดงกลาวกบกลมตวอยางซงเปนนกศกษาระดบชนปท 1 คณะสถาปตย-กรรมศาสตรและการผงเมอง มหาวทยาลยธรรมศาสตรจำนวน 30 คน ซงมพนฐานการใชคอมพวเตอรกราฟก

รปท 14 การปรบเปลยนวสดพนผวอาคารในสภาพแวดลอม 3 มต

รปท 11 การสรางภมทศนและสภาพพนผวจากภาพ 2 มต

รปท 12 หนาตางการจดทศทางของแสงธรรมชาตใหตรงกบแสงจรง

รปท 13 หนาตางการตงคาเวลาในรอบวนแบบพลวต

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University98

รปท 15 ตวอยางการจำลองรปแบบ 3 มตในสภาพแวดลอมเสมอนรวม

รปท 16 แสดงมตในการสอสารของเครองมอในกระบวนการออกแบบสถาปตยกรรม (Senyapili, 1997)

รปท 17 แสดงความสมพนธของมตการสอสารทางสถาปตยกรรมในรปแบบพกด 3 มต (ดดแปลงจาก Senyapili, 1997)

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University100

ในโหมดแกไข ซงถอเปนประสทธภาพทเกนกวาขอจำกดของซอฟตแวรเฉพาะทางสำหรบงานสถาปตย-กรรม รวมทงการใชงานทสามารถโตตอบเชงปฏสมพนธกบผใชงานในสภาพแวดลอมเสมอน 3 มต ทงในสวนของการใชงานในโหมดออกแบบแกไข และการใชงานในโหมดการแสดงผลกบผใชขนปลาย อาท ผมสวนรวมในการออกแบบ ลกคา และเจาของโครงการ เปนตน ดวยคณสมบตของระบบออนไลน การแชรสภาพแวดลอม 3มตนนไดสนบสนนการมสวนรวมของผใชงานทอยตางสถานทกน

ทงนดวยคณสมบตเฉพาะทโดดเดนของเทค-โนโลยเกมคอมพวเตอรตอการประยกตใชในการจำลองรปแบบ 3 มต เหมาะสมกบบรบทของการสอสารงานออกแบบทตองการใหเหนความสมพนธกบสภาพแวดลอมและบรรยากาศโดยรอบของตวสถาปตยกรรมมากกวาทวางภายในตวสถาปตยกรรม ดงนนการใชเทคโนโลยเกมเพอเปนเครองมอทชวยในการออกแบบ 3 มต ไมไดเปนเครองมอทมาทดแทนซอฟตแวรชวยในการออกแบบทางสถาปตยกรรม (CAAD) แตเปนเครองมอทชวยสนบสนนและชวยเสรมการทำงานในกระบวนการออกแบบทางสถาปตยกรรม

อยางไรกตามบทความนเปนแนวทางเบองตนทชวยใหผสนใจเหนภาพรวมของการประยกตใชเทค-โนโลยเกมคอมพวเตอรกบงานทางสถาปตยกรรมในการเปรยบเทยบและการทดลองใชเพอชวยพฒนาใน

ขนตอนของการออกแบบสถาปตยกรรม โดยชวยสนบ-สนนแนวทางดานจนตทศนการออกแบบเพอการสอสารการออกแบบสถาปตยกรรม ซงครอบคลมการประยกตใชในสาขาตาง ๆ ไมวาจะเปนสาขาทางดานสถาปตย-กรรมภายใน ภมสถาปตยกรรม และการผงเมอง เปนตน

10. ขอเสนอแนะ

การประยกตใชครายเอนจนทสำหรบสรางสภาพแวดลอมเสมอนเพอสงเสรมการมสวนรวมในงานสถาปตยกรรมนน สามารถนำไปประยกตใชในศาสตรแหงสถาปตยกรรมไดหลายภาคสวน ไดแก

1. ดานการศกษาสำหรบการสงเสรมการมสวนรวมในการเรยนรสภาวะแวดลอม 3 มต เพอขยายขดความสามารถในการรบรและเขาใจทวางในทางสถา-ปตยกรรมไดเปนอยางด รวมถงการจำลองเชงจนตทศนใหเหนถงสภาวะแวดลอมกบตวงานสถาปตยกรรมในแตละชวงเวลาทสมพนธกบแสงเงาทเกดขน

2. ดานวชาชพ ศกยภาพของเครองมอชวยในการสอสารและสงเสรมการมสวนรวมระหวางผทเกยวของกบการออกแบบทมากไปกวาการนำเสนอ นอกจากนคณสมบตของเกมออนไลนสามารถพฒนาการเชอมตอขอมลดานวสด เพอการสอสารกบผผลตหรอผจดจำหนายในลกษณะของฐานขอมลวสดออนไลน

101Interactive 3D Simulation System in Collaborative Virtual Environment for Architectural Design Communication: Exploratory Research ApproachPrittiporn Lopkerd

References

Bhatrakarn, T. (2003). สถาปตยกรรมกบการออกแบบสรางสรรคอยางดจทล [Design plus digital]. Bangkok, Thailand:Kingmongkut’s Institute of Technology North Bangkok Press.

Campbell, D. A., & Wells, M. (2008). A critique of virtual reality in the architectural design process. RetrievedApril 1, 2008, from http://www.hitl.washington.edu/publications/r-94-3/

Chiu, M. (1995). Collaborative design in CAAD studios: Shared ideas, resources, and representations. Proceedingsof Sixth International Conference on Computer-Aided Architectural Design Futures. Singapore, 749-759.

Churchill , E. F., Snowdon, D. N., & Munro, A. J. (2001). Collaborative virtual environments. New York: Springer.Crytek GmbH. (2008a). CryENGINE 2 Sandbox 2 manual. Retrieved April 10, 2008, from http://doc.crymod.com/

SandboxManual/frames.html?frmname=topic&frmfile=index.htmlCrytek GmbH. (2008b). CryENGINE 2 - Specifications. Retrieved April 1, 2008, from http://www.cryengine2.comEllis, C. A., Gibbs, S. J., & Rein, G. (1991). Groupware: Some issues and experiences. Communications of the

ACM, 34(1), 38-58.Fukuda, T., Sakata, K., Yeo, W., & Kaga, A. (2006). Development and evaluation of a close-range view represen-

tation method of natural elements in a real-time simulation for environmental design—shadow, grass,and water surface. Proceedings of the 24th eCAADe Conference on Communicating Space(s). Volos,Greece, 58–65.

Guilfoyle, E. (2007). Half-life 2 mods for dummies. London: Wiley Publishing.Herrlich, M. (2007). A tool for landscape architecture based on computer game technology. Proceedings of the

17th International Conference on Artificial Reality and Telexistence. Esbjerg, Jylland, Denmark, 264-268.Jung, T., & Yi-Luen E. D. (2000). Immersive redliner: Collaborative design in cyberspace. Proceedings of

International Conference ACADIA 2000 on Eternity, Infinity and Virtuality in Architecture. Washington,D.C., 185-194.

Kerr, S. J. (2002). Scaffolding-design issues in single & collaborative virtual environments for social skills learning.Proceedings of the 8th EUROGRAPHICS Workshop on Virtual Environments. Barcelona, Spain, 81-91.

Miliano, V. (1999). Unrealty: Application of a 3D game engine to enhance the design, visualization andpresentation of commercial real estate. Proceedings of VSMM’99 5th International Conference onVirtual Systems and Multimedia. Dundee, Scotland & U.K.

Mittring, M. (2007). Finding next gen: CryEngine 2. Proceedings of International Conference on ComputerGraphics and Interactive Techniques Archive. San Diego, CA, 97-121.

More, G., & Burrow, A. (2007). Observing the learning curve of videogames in architectural design. Proceedings ofthe 4th Australasian Conference on Interactive Entertainment. Melbourne, Australia, Article No.17.

Schmitt, G. (1999). Information architecture: Basis of CAAD and its future. Basel, Switzerland: Birkhauser.Senyapili, B. (1997). Visualization of virtual architecture. Proceeding of 1997 IEEE Conference on Information

Visualization. London, 260-266.Shiratuddin, M., & Thabet, W. (2002). Virtual office walkthrough using a 3D game engine. International Journal

of Design Computing, 4, 1329-7147.Sifniotis, M. (2008). Featured 3D method: 3D visualisation using game platforms. 3D Visa Bulletin 3. Retrieved

June 1, 2008, from http://www.3dvisa.cch.kcl.ac.uk/paper_sifniotisTrenholme, D., & Smith, S. P. (2008). Computer game engines for developing first-person virtual environments.

Journal of Virtual Reality, 12(March), 181-187.

:

R

R

Journal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 6. Issue 1. 2009Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University102

Bibliography

Bowman, D. A., Kruijff, E., LaViola, J. J., & Poupyrev, I. (2005). 3D User interfaces theory and practice. Boston,MA: Pearson Education.

Doesinger, S. (2008). Space between people: How the virtual changes physical architecture. Munich, Germany:Prestel.

Hearn, D., & Baker, M. P. (2004). Computer graphics with openGL (3rd ed.). Upper Saddle River, NJ: PearsonEducation.

Kalawsky, R. S. (1993). The science of virtual reality and virtual environments. New York: Addison-WesleyLongman Publishing.

Mitchell, W. J. (1977). Computer-aided architectural design. New York: Van Nostrand Reinhold.