Trójwymiarowa grafika - co to jest?

Trójwymiarowa grafika to grafy wykorzystujące trójwymiarowe reprezentacje figur geometrycznych (często kartezjańskich) zapisanych na komputerze w celu obliczeń i wizualizacji obrazów dwuwymiarowych. Takie obrazy można zapisać do późniejszego oglądania lub wyświetlać w czasie rzeczywistym.

Co to jest?

Trójwymiarowa grafika komputerowa opiera się na wielu takich samych algorytmach, jak dwuwymiarowy wektor komputerowy w modelu ramowym i dwuwymiarowym rastrze komputerowym na wyświetlanym obrazie końcowym. W aplikacjach grafiki komputerowej programy 2D mogą wykorzystywać metody 3D w celu uzyskania podobnych efektów (na przykład oświetlenia), a 3D może wykorzystywać metody renderowania 2D.


Trójwymiarowa grafika jest często nazywana modelem 3D. Oprócz renderowanego obrazu, model jest zawarty w graficznym pliku danych. Istnieją jednak różnice: trójwymiarowy model jest matematyczną reprezentacją dowolnego trójwymiarowego obiektu. Technicznie nie jest to grafika, dopóki nie zostanie wyświetlona. Może być wyświetlany wizualnie jako dwuwymiarowy obraz za pomocą procesu zwanego wizualizacją 3D lub używany w komputerowych symulacjach i obliczeniach. W drukowaniu 3D modele te są przekształcane w trójwymiarową reprezentację fizyczną z ograniczeniami dotyczącymi dokładności renderowania dla modelu wirtualnego.

Historia technologii

Trójwymiarowy system graficzny ma długą historię. William FetterTermin "grafika komputerowa" został przypisany od 1961 roku w celu opisania jego pracy w Boeingu. Jednym z pierwszych dzieł w stylu animacji komputerowej był Futureworld (1976), który obejmował animację ludzkiej twarzy i rąk. Technologia ta pierwotnie pojawiła się w eksperymentalnym krótkim cyklu A Computer Animated Hand 1972, stworzonym przez studentów z University of Utah, Edwina Catmall'a i Freda Park'a. Odtąd trójwymiarowa grafika - to najnowsza technologia, która zaczęła się bardzo aktywnie rozwijać do tej pory.


Trójwymiarowa grafika zaczęła pojawiać się w komputerach domowych pod koniec lat siedemdziesiątych. Najstarszym znanym przykładem jest 3D Art Graphics - zestaw trójwymiarowych graficznych efektów komputerowych napisanych przez Kazumasa Mitazawa i wydany w czerwcu 1978 roku dla Apple II.

Jak to się robi?

Tworzenie grafiki trójwymiarowej dzieli się na trzy główne etapy:
  • Symulacja 3D - jest procesem tworzenia modelu komputerowego odzwierciedlającego kształt obiektu.
  • Układ i animacja - umieszczanie i przenoszenie obiektów w scenie.
  • Renderowanie 3D - obliczenia komputerowe generujące obrazy na podstawie położenia światła, rodzaju powierzchni i innych cech.
  • Symulacja

    Symulacja opisuje proces tworzenia formy obiektu. Dwa najczęstsze źródła trójwymiarowych modeli to:
  • te, które artysta lub inżynier tworzy na komputerze za pomocą dowolnego narzędzia trójwymiarowej symulacji;
  • modeli skanowanych do komputera z rzeczywistych obiektów.
  • Można je również składać proceduralnie lub z pomocąsymulacja fizyczna. W istocie trójwymiarowy model składa się z punktów zwanych wierzchołkami, które określają kształt i formę wielokątów. W tym celu stosuje się budowę trójwymiarowych wykresów.
    Wielobok to obszar utworzony przez co najmniej trzy wierzchołki (trójkąt). Z kolei wielokąt o n punktach jest kątem n. Integralność modelu jako całości i jego przydatność do animacji zależy od jej struktury. Aby był funkcjonalny, należy poprawnie utworzyć trójwymiarowy wykres.

    Proces symulacji

    Istnieją trzy najpopularniejsze metody prezentacji modelu. Różnią się one w następujący sposób:
  • Wieloboczne - punkty w przestrzeni trójwymiarowej, zwane wierzchołkami, połączone segmentami, tworzące siatkę wieloboczną. Większość nowoczesnych modeli trójwymiarowych jest zbudowanych jako teksturowane wielokątne, ponieważ są one elastyczne i komputery mogą je wyświetlać bardzo szybko. Jednak wielokąty są płaskie i mogą zbliżyć się do zakrzywionych powierzchni, używając wielu wielokątów.
  • Symulacja powierzchni krzywych jest określana przez krzywe, na które mają wpływ ważone punkty kontrolne. Krzywa powinna (ale niekoniecznie interpolować) punkty. Zwiększenie ciężaru punktu spowoduje zbliżenie krzywej do niego. Typy krzywych obejmują heterogeniczne racjonalne splajny B (NURBS), łaty, splajny i prymitywy geometryczne.
  • Technologia cyfrowa jest wciąż stosunkowo nową techniką modelowania. Stało się bardzo popularne w ciągu ostatnich kilku lat.
  • Obecnie istnieją trzy rodzaje modelowania cyfrowego:
  • Najbardziej rozpowszechniona zmianastosowane w aplikacjach. W tym momencie stosuje się gęsty wzór (często generuje wielokątne powierzchnie działy Grid Control), co pozwala zaoszczędzić miejsce na nowe przepisy szczytów z wykorzystaniem mapy obrazu, który przechowuje ustawionej pozycji.
  • otaczają słabo na podstawie voxels, który ma podobne możliwości nastawienia, ale nie cierpią na rozciąganie granic, gdy mało punktów, aby osiągnąć odkształcenie obiektu.
  • Dynamiczna tesselacja jest podobna do woksela, ale oddziela powierzchnię za pomocą triangulacji, aby utrzymać gładką powierzchnię i uzyskać więcej drobnych szczegółów.
  • Modelowanie można wykonać za pomocą specjalnego programu (np Cinema 4D, 3ds Max, Maya, mikser, Modo, LightWave) lub komponent aplikacji (Shaper, løfter w 3ds max), albo za pomocą jakiegoś języka opisującego scenę (jak w POV -Ray) Czasami nie ma ścisłego rozróżnienia między tymi fazami. W takich przypadkach modelowanie grafiki trójwymiarowej jest tylko częścią procesu tworzenia sceny.
    Zaawansowane materiały takie jak piasek, poruszające się chmury i płyn rozpylający modelowane za pomocą układów cząstek i wiele współrzędnych trójwymiarowych takiego punktu, wielokąty, tekstury lub spirali.

    Materiały i tekstury

    Materiały i tekstury są właściwościami, które silnik renderujący wykorzystuje do tworzenia modelu. W niezmontowanym mechanizmie renderowania, takim jak cykle miksowania, można podać wskaźnik silnika na podstawie materiału modelu. Na przykład możesz ustawić sposób obsługi światła po uderzeniu w powierzchnię.

    Tekstury są używane do nadania kolorowi materiału za pomocą mapy kolorów lub albedo lub w celu dodania cech powierzchni za pomocą mapy nierówności lub normalności. Można go również użyć do modyfikacji samego modelu za pomocą mapy odchylającej. Pomimo faktu, że jest on tworzony przez konstruowanie wykresów trójwymiarowych, procesy te mają silny wpływ.

    Układ i animacja

    Przed renderowaniem obrazów należy umieścić obiekty w kompozycji. Określa to przestrzenne relacje między różnymi obiektami, w tym ich rozmiar i lokalizację. Animacja to tymczasowy opis obiektu (to znaczy, jak się porusza i zmienia w czasie). Typowe metody to kadrowanie, odwrotna kinematyka i ruch pułapkowy. Narzędzia te są często używane w połączeniu i mają bezpośredni wpływ na wydajność trójwymiarowej grafiki. Podobnie jak w przypadku animacji, fizyczne modelowanie również powoduje ruch.

    Co to jest renderowanie?

    Renderowanie przekształca model w obraz poprzez symulację transferu światła w celu uzyskania fotorealistycznych obrazów lub przez zastosowanie stylu artystycznego, jak w przypadku renderowania neorealistycznego. W realistycznym renderingu dwie główne operacje są przenoszone (ile światła pada z jednego miejsca na drugie) i rozpraszane (powierzchnia interakcji ze światłem).
    Zazwyczaj ten krok jest wykonywany przy użyciu oprogramowania do komputerowej grafiki 3D lub interfejsu API. Zmień scenę wKształt odpowiedni do wizualizacji obejmuje również trójwymiarowy rzut odzwierciedlający trójwymiarowy obraz w dwóch wymiarach. Chociaż modelowanie 3D i CAD może również wykonywać renderowanie 3D (na przykład Autodesk 3DS Max lub Blender), istnieje również wyjątkowe oprogramowanie renderujące 3D.

    Oprogramowanie

    Oprogramowanie do grafiki 3D tworzy obrazy komputerowe (CGI) za pomocą modelowania i renderowania 3D. Lub tworzyć modele do celów analitycznych, naukowych i przemysłowych. Oprogramowanie do modelowania 3D jest klasą trójwymiarowej grafiki komputerowej używanej do tworzenia modeli trójwymiarowych. Oddzielne programy tej klasy nazywa się usługami modelowania lub programistami modeli. Takie usługi umożliwiają użytkownikom wdrażanie i modyfikowanie modeli przy użyciu siatki 3D. Artyści mogą więc odejmować, dodawać, rozciągać i w inny sposób zmieniać sieć według własnego uznania. Modele można oglądać pod różnymi kątami, zwykle w tym samym czasie. Można je obracać, a widok - powiększać i zmniejszać.
    Większość programów 3D zawiera szereg powiązanych opcji, takich jak przejścia promieniowe i inne opcje renderowania oraz nakładki tekstur. Niektóre oferują również funkcje, które obsługują lub umożliwiają wzorce animacji. Wiele z nich może być w stanie wygenerować wideo w pełnym ruchu z serii renderowanych scen (tj. Animacji).

    Zautomatyzowane systemy projektowe

    Trójwymiarowa grafika jest wynikiem interakcji różnych usług. Oprogramowaniew przypadku projektowania zautomatyzowanego można stosować te same podstawowe metody, co w przypadku samego modelowania, ale ich cel jest inny. Są wykorzystywane w projektowaniu komputerów, zautomatyzowanej produkcji, analizie elementów skończonych, zarządzaniu cyklem życia produktu, drukowaniu 3D i zautomatyzowanym projektowaniu architektonicznym.

    Dodatkowe narzędzia

    Po utworzeniu studia wideo, edytują je lub łączą za pomocą programów takich jak Adobe Premiere Pro lub Final Cut Pro średnio lub Autodesk Combustion, Digital Fusion lub Shake na wysokim poziomie. Oprogramowanie do mapowania ruchomych obrazów jest zwykle używane do montowania w czasie rzeczywistym wideo generowanego przez komputer i synchronizuje je w miarę poruszania kamerą.

    Społeczności

    Istnieje wiele stron internetowych poświęconych twórcom oprogramowania, ale są też dostępne zasoby amatorskie. Społeczności te umożliwiają uczestnikom poszukiwanie porady, publikowanie samouczków, opiniowanie produktów lub publikowanie przykładów własnej pracy.
    ​​

    Różnice w stosunku do innych rodzajów grafiki komputerowej

    Nie wszystkie grafiki komputerowe pojawiające się w 3D są oparte na modelu ramowym. Jego dwuwymiarowa odmiana z trójwymiarowymi efektami fotorealistycznymi jest często uzyskiwana bez modelowania ramek i czasami jest niemożliwa do rozróżnienia w jej ostatecznej postaci. Niektóre programy graficzne obejmują filtry, które można zastosować do dwuwymiarowych wektorów lub dwuwymiarowych grafik rastrowych w przezroczystych warstwach. Artyści wizualni mogąKopiowanie lub wizualizację 3D wizerunku i tworzenia efektów fotorealistycznych ręcznie bez użycia filtrów. Jednak ten tryb grafiki trójwymiarowej i animacji w filmie często wymaga specjalistycznego sprzętu (punktów) dla lepszego obrazu.

    Pseudo-3D i prawdziwe 3D

    W niektórych grach wykorzystujących ograniczoną projekcję środowiskach trójwymiarowych, takich jak grafiki w rzucie izometrycznym lub wirtualnej kamery ze stałymi kątami, mające na celu poprawę osiągów silnika gier i gry lub stylistycznych problemów. Uważa się, że takie gry użyć pseudo-3D grafiki. Wydajność grafiki trójwymiarowej i gier stworzonych z modelowania znacząco różne.

    Powiązane publikacje