Trojrozmerná grafika je graf, ktorý používa trojrozmerné zobrazenia geometrických čísiel (často kartézskych) uložených na počítači na účely výpočtov a vizualizácie dvojrozmerných obrázkov. Takéto obrázky je možné uložiť na neskoršie zobrazenie alebo zobraziť v reálnom čase.

Čo je to?

Trojrozmerná počítačová grafika sa spolieha na mnoho rovnakých algoritmov ako dvojrozmerný vektorový počítač v modeli rámca a dvojrozmerný počítačový raster v poslednom zobrazenom obrázku. V aplikáciách počítačovej grafiky môžu 2D programy využívať 3D metódy na vytváranie podobných efektov (napríklad osvetlenie) a 3D môže používať 2D metódy vykresľovania.


Trojrozmerná grafika sa často nazýva 3D modely. Okrem vykreslených obrázkov je model obsiahnutý v grafickom dátovom súbore. Existujú však rozdiely: trojrozmerný model je matematická reprezentácia akéhokoľvek trojrozmerného objektu. Technicky to nie je grafika, kým sa nezobrazí. Môže sa zobrazovať vizuálne ako dvojrozmerný obraz pomocou procesu nazývaného 3D vizualizácia alebo použiť v negrafických počítačových simuláciách a výpočtoch. V 3D tlači sa tieto modely podobne transformujú na trojrozmerné fyzické znázornenie s obmedzeniami na presnosť vykresľovania pre virtuálny model.

História technológie

Trojrozmerný grafický systém má dlhú históriu. William FetterPojem "počítačová grafika" bol od roku 1961 pridelený na opis svojej práce v spoločnosti Boeing. Jednou z prvých diel v štýle počítačovej animácie bola Futureworld (1976), ktorá zahŕňala animáciu ľudskej tváre a rúk. Táto technológia sa pôvodne objavila v experimentálnej krátkej sérii Computer Animated Hand 1972, ktorú vytvorili študenti Utah University Edwin Catmall a Fred Park. Od tej doby, trojrozmerná grafika - to je najnovšia technológia, ktorá sa začala veľmi aktívne rozvíjať.


Trojrozmerná grafika sa začala objavovať v domácich počítačoch koncom sedemdesiatych rokov. Najstarším známym príkladom je 3D grafika umenia - súbor trojrozmerných grafických efektov počítača napísaný Kazumasa Mitazawa a prepustený v júni 1978 pre Apple II.

Ako sa to robí?

Vytvorenie trojrozmernej grafiky je rozdelené do troch hlavných etáp:

3D simulácia - je proces vytvárania počítačového modelu, ktorý odráža tvar predmetu.

Usporiadanie a animácia - umiestňovanie a presúvanie objektov v rámci scény.

3D vykresľovanie - počítačové výpočty, ktoré vytvárajú obrazy založené na umiestnení svetla, typov povrchu a iných kvalít.

Simulácia

Simulácia popisuje proces vytvárania formulára objektu. Dva najbežnejšie zdroje trojrozmerných modelov sú:

tie, ktoré umelca alebo inžinier vytvorí na počítači s akýmkoľvek nástrojom trojrozmernej simulácie;

modelov skenovaných do počítača z reálnych objektov.

Môžu sa taktiež vykonať procedurálne alebo s pomocoufyzická simulácia. V skutočnosti je trojrozmerný model sa skladá z bodov, nazývaných vrcholy, ktoré definujú podobe a forme polygónov. Na tento účel sa používa konštrukcia trojrozmerných grafov.
Polygón je oblasť tvorená najmenej tromi vrcholmi (trojuholníkom). Na oplátku je polygon s n bodmi n-uhol. Integrita modelu ako celku a jeho vhodnosť na animáciu závisí od jeho štruktúry. Aby bolo funkčné, je potrebné správne vytvoriť trojrozmerný graf.

Simulačný proces

Existujú tri najbežnejšie metódy prezentácie modelu. Sú to nasledovné:

mnohouholníka - bod v trojrozmernom priestore, tzv vrcholy spojené segmenty, tvoriace mnohouholníkový mriežku. Väčšina moderných trojrozmerných modelov je postavená ako textúrované polygonálne, pretože sú flexibilné a počítače ich môžu zobrazovať veľmi rýchlo. Avšak, mnohouholníky sú ploché a môžu získať len bližšie k zakrivené ploche pomocou mnohých polygónov.

Simulácia povrchov kriviek je určená krivkami ovplyvnenými váženými kontrolnými bodmi. Krivka by mala (ale nie nutne interpolovať) body. Zvýšením váhy pre tento bod sa nakreslí krivka blížiaca sa k nej. Typy kriviek zahŕňajú heterogénne racionálne B-spline (NURBS), záplaty, drážky a geometrické primitivy.

Digitálna technológia je stále relatívne novou technikou modelovania. V posledných rokoch sa stala veľmi populárnou.

Dnes existujú tri typy digitálneho modelovania:

Najrozšírenejší posunpoužívané v aplikáciách. V tomto okamihu sa použije hustou vzor (často vytvára polygonálny povrchy oddelenia riadenia siete), ktorý šetrí priestor pre nové ustanovenie píku za použitia obrazovej mapy, ktorý ukladá nastavenú polohu.

obklopujú, zle založené na voxely, ktorý má podobné schopnosti zaujatosť, ale netrpia rozťahovanie hranice, kedy dostatok miesta, aby sa dosiahlo deformácie objektu.

dynamické mozaikovanie podobné voxely, ale rozdeľuje na povrch pomocou triangulácie udržiavať hladký povrch a viac jemných detailov.

modelovanie môže byť vykonané pomocou špeciálneho programu (napríklad, Kino 4D, 3ds Max, Maya, Blender, modo, LightWave) alebo aplikácie zložky (Obrážacia, Lofter v 3ds max), alebo pomocou nejakého jazyka popisujúci scénu (ako v POV ray). Niekedy medzi týmito fázami nie je striktné rozlíšenie. V týchto prípadoch je modelovanie trojrozmernej grafiky len časťou procesu vytvárania scény. Sofistikované materiály, ako je piesok mraky sa pohybujúcich a postrekovej kvapaliny modelovaných pomocou časticových systémov a mnoho trojrozmerných súradníc, že ​​bod, mnohouholníkov, textúry alebo špirály.

Materiály a textúry

Materiály a textúry sú vlastnosti, ktoré vykresľovací stroj používa na vytvorenie modelu. V nezmontovanom vykresľovacom mechanizme, ako sú cykly miešačky, môžete uviesť údaj o motore na základe modelového materiálu. Môžete napríklad nastaviť, ako zvládnuť svetlo, keď dopadne na povrch.

Textúry sa používajú na zafarbenie materiálu pomocou farebnej mapy alebo albeda alebo na doplnenie povrchových vlastností pomocou mapy nerovností alebo normálov. Môže sa tiež použiť na modifikáciu samotného modelu pomocou mapy predpínania. Napriek tomu, že je vytvorený vytvorením trojrozmerných grafov, majú tieto procesy silný vplyv.

Usporiadanie a animácia

Pred vykresľovaním obrázkov by mali byť do kompozície umiestnené predmety. Určuje priestorové vzťahy medzi rôznymi objektmi vrátane ich veľkosti a polohy. Animácia je dočasný popis objektu (to znamená, ako sa pohybuje a mení v priebehu času). Bežné metódy zahŕňajú orezanie, reverznú kinematiku a pohyb zachytenia. Tieto nástroje sa často používajú v spojení a majú priamy vplyv na výkonnosť trojrozmernej grafiky. Rovnako ako u animácie, fyzické modelovanie tiež prináša pohyb.

Čo je vykresľovanie?

Rendering transformuje model na obrázok simuláciou prenosu svetla na získanie fotorealistických snímok alebo použitím umeleckého štýlu, ako pri nerealistickom renderingu. Pri realistickom vykresľovaní prebiehajú dve hlavné operácie (koľko svetla klesá z jedného miesta na druhé) a rozptyl (povrchová interakcia so svetlom). Obvykle je tento krok vykonávaný pomocou softvéru pre 3D grafickú grafiku alebo jeho API. Zmeňte scénu naTvar vhodný na vizualizáciu zahŕňa aj trojrozmerné zobrazenie odrážajúce trojrozmerný obraz v dvoch rozmeroch. Hoci 3D modelovanie a CAD môžu tiež vykonávať rendering 3D (napríklad Autodesk 3DS Max alebo Blender), je tu aj exkluzívny 3D renderingový softvér.

Softvér

Softvér 3D grafiky vytvára obrazy počítača (CGI) pomocou 3D modelovania a vykresľovania. Alebo vytvoriť modely na analytické, vedecké a priemyselné účely. 3D modelovací softvér je trieda pre trojrozmerné počítačové grafiky, ktorá sa používa na vytváranie trojrozmerných modelov. Samostatné programy tejto triedy sa nazývajú modelovacie služby alebo vývojári modelov. Takéto služby umožňujú používateľom implementovať a upravovať modely pomocou 3D mriežky. Umelci tak môžu podľa vlastného uváženia odčítať, pridať, roztiahnuť a inak meniť sieť. Modely je možné vidieť v rôznych uhloch, zvyčajne súčasne. Môžu byť otočené a pohľad - zväčšiť a znížiť. Väčšina 3D programov obsahuje niekoľko súvisiacich možností, ako napríklad prenášače rýb a iné alternatívy vykresľovania a prekrytia textúr. Niektoré ponúkajú aj funkcie, ktoré podporujú alebo umožňujú animačné vzory. Niektoré z nich môžu byť schopné generovať plnohodnotné video zo série renderovaných scén (tj animácií).

Automatizované konštrukčné systémy

Trojrozmerná grafika je výsledkom interakcie rôznych služieb. softvérpre automatizovaný dizajn môžu používať rovnaké základné metódy ako pre samotné modelovanie, ale ich účel je iný. Používajú sa v počítačovom dizajne, automatizovanej výrobe, analýze konečných prvkov, riadenia produktov životného cyklu, 3D tlače a automatizovaného architektonického riešenia.

Ďalšie nástroje

Po produkcii video štúdia ich potom upravujú alebo kombinujú s programami ako Adobe Premiere Pro alebo Final Cut Pro v priemere alebo Autodesk Combustion, Digital Fusion alebo Shake na vysokej úrovni. Softvér na mapovanie pohyblivých obrázkov sa zvyčajne používa na pripojenie videa v reálnom čase vygenerovaného počítačom a synchronizuje ho ako pohyb kamery.

Komunity

Existuje mnoho webových stránok venovaných vývojárom softvéru, ale existujú aj niektoré amatérske zdroje. Tieto komunity umožňujú účastníkom vyhľadávať radu, publikovať konzultácie, poskytovať recenzie produktov alebo uverejňovať príklady vlastnej práce. ​​

Rozdiely v porovnaní s inými typmi počítačovej grafiky

Nie všetky grafické prvky počítača, ktoré sa zobrazujú v 3D, sú založené na modeli rámca. Jeho dvojrozmerná odroda s trojrozmernými fotorealistickými účinkami sa často dosahuje bez modelovania rámcov a niekedy nie je možné rozlíšiť vo svojej konečnej podobe. Niektoré grafické programy obsahujú filtre, ktoré možno použiť v dvojrozmernej vektorovej alebo dvojrozmernej rastrovej grafike v priehľadných vrstvách. Výtvarní umelci môžukopírovať alebo vykresľovať 3D obrazy a manuálne vytvárať fotorealistické efekty bez použitia filtrov. Tento trojrozmerný grafický režim vo videu a animácii však často vyžaduje špeciálne vybavenie (body) na lepšie zobrazenie.

Pseudo-3D a skutočné 3D

V niektorých videohier s využitím obmedzeného premietanie trojrozmerných prostredie, ako sú izometrickej grafike a virtuálne kamery s pevnými uhlami, ktorých cieľom je zlepšiť výkon herný engine a hru alebo štylistických problémov. Predpokladá sa, že takéto hry používajú pseudo-3D grafiku. Výkonnosť 3D grafiky a hier vytvorených simuláciou je výrazne odlišná.