لغة النمذجة التوليدية

لغة النمذجة التوليدية (GML) في مجال رسومات الحاسوب والبرمجة التوليدية هي لغة برمجة بسيطة للغاية لوصف الأشكال ثلاثية الأبعاد المعقدة بإيجاز. وهي تتبع نموذج "النمذجة التوليدية"، حيث يتم تمثيل مجموعات البيانات المعقدة بقوائم من العمليات بدلاً من قوائم الكائنات، كما هو الحال في قواعد البيانات العلائقية على سبيل المثال .

تصف تنسيقات ملفات ثلاثية الأبعاد المعتادة العالم الافتراضي باستخدام أشكال هندسية أولية . قد تكون هذه الأشكال مكعبات وكرات في شجرة CSG ، أو رقع NURBS ، أو مجموعة من الدوال الضمنية ، أو شبكة مثلثية ، أو مجرد سحابة من النقاط . يصف مصطلح "النمذجة التوليدية ثلاثية الأبعاد" نموذجًا مختلفًا لوصف الشكل. الفكرة الأساسية هي استبدال الكائنات ثلاثية الأبعاد بعمليات توليد الكائنات: يُوصف الشكل بتسلسل من خطوات المعالجة، بدلًا من المثلثات الناتجة عن تطبيق هذه العمليات. يصبح تصميم الشكل تصميمًا قائمًا على القواعد. يمكن تطبيق هذا النهج عمومًا على أي تمثيل شكلي يوفر مجموعة أساسية من دوال التوليد، والتي تُسمى في هذا السياق "عوامل الشكل الأولية". وقد ثبتت فعاليته، على سبيل المثال، في مجال توليد الشبكات الإجرائي ، باستخدام عوامل أويلر كمجموعة كاملة ومغلقة من دوال توليد الأشكال القابلة للعكس للشبكات، والتي تعمل على مستوى نصف الحافة.

تكتسب النمذجة التوليدية كفاءةً عاليةً بفضل إمكانية إنشاء مُعاملات شكل عالية المستوى من مُعاملات شكل منخفضة المستوى. يُمكن تجميع أي سلسلة من خطوات المعالجة لإنشاء مُعامل مُركّب جديد . وقد يستخدم هذا المُعامل مُعاملات أساسية بالإضافة إلى مُعاملات مُركّبة أخرى. يُمكن استبدال القيم المُحددة بسهولة بمعاملات، مما يُتيح فصل البيانات عن العمليات: يُمكن تطبيق نفس سلسلة المعالجة على مجموعات بيانات إدخال مُختلفة. يُمكن استخدام نفس البيانات لإنتاج أشكال مُختلفة من خلال تطبيق مُعاملات مُركّبة مُختلفة، على سبيل المثال، من مكتبة مُعاملات نمذجة مُعتمدة على المجال. هذا يُتيح إنشاء كائنات بالغة التعقيد من عدد قليل فقط من مُعاملات الإدخال عالية المستوى، مثل مكتبة أنماط.

لغة GML هي تطبيق عملي للنهج التوليدي. وهي لغة برمجة تفسيرية قائمة على بنية مكدسية ، تشبه إلى حد كبير لغة PostScript من Adobe ، ولكنها تفتقر إلى عوامل تخطيط ثنائية الأبعاد. وبدلاً من ذلك، توفر عددًا من العوامل لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد ( مضلعات ، تمثيلات ثنائية ، أسطح تقسيم ). وباعتبارها "لغة برمجة أشكال"، فهي تعميم حقيقي لتنسيقات الملفات ثلاثية الأبعاد "المسطحة" مثل OBJ و DXF و VRML التي تحتوي فقط على قوائم من الأشكال الهندسية الأولية.

إلى جانب محرك التشغيل الخاص بها القائم على OpenGL، يمكن اعتبار GML بمثابة عارض مزود بنمذجة متكاملة، لتجاوز الفصل المعتاد بين النمذجة ثلاثية الأبعاد والتصور التفاعلي . فكلاهما متداخلان. يتيح GML تمثيلًا موجزًا ​​للكائنات ثلاثية الأبعاد ذات المعلمات، والتي يمكن تقييمها أثناء التشغيل، وعرضها بمستوى تفاصيل متكيف ، كما يسمح بالتحكم التفاعلي في جميع المعلمات.

مع النماذج الإجرائية، لم يعد تعقيد النموذج مرتبطًا بشكل مباشر (أي خطي) بحجم الملف. يحتوي نموذج "الكاتدرائية الإجرائية " ^{[ 1 ]،} وهو نموذج أساسي لكاتدرائية كولونيا ، على 70 نافذة زخرفية ، وتحتوي النافذة الواحدة بأعلى دقة على حوالي 7 ملايين مثلث. وقد تم "فك" هذه المثلثات من 126 كيلوبايت فقط من كود GML (18 كيلوبايت مضغوطة).

تُعدّ العمارة القوطية مثالاً بارزاً على فعالية تصميم الأشكال الإجرائي: ففي هذا الطراز، تُنفّذ جميع الإنشاءات الهندسية حصراً باستخدام الفرجار والمسطرة . وقد تمّ الحصول على التنوعات من خلال الجمع الإجرائي، بطرق متغيرة باستمرار، لمجموعة من العمليات الهندسية الأساسية البسيطة ذات المعاملات. ولذلك، يكاد يكون من المستحيل العثور على نافذتين مزخرفتين في مبنيين مختلفين تتبعان نفس البنية الهندسية.

يُساعد مُصمم CAVE التفاعلي على تصميم CAVE ليناسب غرفة صغيرة . ونظرًا لوجود قضبان خرسانية أسفل السقف، يصعب تحديد موقعه باستخدام مخططات ثنائية الأبعاد للغرفة فقط. تُمثل درجات الحرية (الأسهم الزرقاء) موضع واتجاه كابينة شاشة العرض، وزاوية فتح أجهزة العرض، وموضع واتجاه المرآة العلوية. وتُقيّد درجات الحرية بشكل طفيف لتأخذ قيمًا صالحة فقط. كما تُحافظ درجات الحرية على ثباتها، أي عند تحريك الكابينات، تتحرك مراكز أجهزة العرض أيضًا (أو تنعكس على الجدران).

بالنظر إلى مجموعة تضم حوالي 30 نموذجًا ثلاثي الأبعاد لحواف عجلات السيارات، تمثلت المهمة في إيجاد معيار مشترك قادر على توليد كل نموذج على حدة ( إعادة بناء السطح التوليدية ). ونتيجة لذلك، أمكن توليف حواف عجلات جديدة متشابهة ضمن نطاق التصميم الذي تشمله الحواف الثلاثون المعطاة، والتي صُنفت يدويًا إلى 3 فئات رئيسية. ويمكن التحكم ببعض المعايير الرئيسية مباشرةً باستخدام أشرطة التمرير والأزرار (الأسهم والكرات).

يقترح النمذجة التوليدية التمييز بين "بنية" و"مظهر" (مثل الأسلوب) النماذج ثلاثية الأبعاد. ومن المثير للدهشة أن العديد من الأشياء لها نفس بنية الكرسي ، أي أنها "قريبة" منه على المستوى البنيوي . يسمح هذا التمييز (من حيث المبدأ) بتطبيق مظهر أحد الأشياء في هذه الفئة على شيء آخر.

تطبيق تعليمي يعرض كيفية إنشاء مخططات فورونوي : هل من الممكن إعادة بناء مراكز خلايا فورونوي من حدود المنطقة؟ يقدم التطبيق التفاعلي فهمًا بديهيًا جيدًا للفكرة الكامنة وراء البرهان الرسمي.

• التوليد الإجرائي
• أوبن سكا

• مايكل ليتون. نظرية توليدية للشكل (متوفرة على صفحته الرئيسية )
• جون سنايدر. النمذجة التوليدية للرسومات الحاسوبية والتصميم بمساعدة الحاسوب: تصميم الأشكال الرمزية باستخدام تحليل الفترات

• الصفحة الرئيسية لموقع Generative-modeling.org الخاص بلغة GML.
• تشرح أطروحة سفين هافمان في جامعة براونشفايغ التقنية أسباب وكيفية إنشاء لغة GML
• صفحات معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا على موقع GENMOD