Trīsdimensiju grafika (3D grafika, attēla trīs dimensijas, 3 dimensijas, krievu 3 dimensijas) ir datorgrafikas sadaļa, paņēmienu un rīku (gan programmatūras, gan aparatūras) kopums, kas paredzēts trīsdimensiju objektu attēlošanai. Visbiežāk to izmanto attēlu veidošanai uz ekrāna vai drukāto materiālu loksnes arhitektūras vizualizācijā, kino, televīzijā, datorspēlēs, drukātajos materiālos, kā arī zinātnē un rūpniecībā.
Trīsdimensiju attēls plaknē atšķiras no divdimensiju attēla ar to, ka tas ietver ainas trīsdimensiju modeļa ģeometriskas projekcijas konstruēšanu plaknē (piemēram, datora ekrānā), izmantojot specializētas programmas. Šajā gadījumā modelis var atbilst objektiem no reālās pasaules (automašīnas, ēkas, viesuļvētra, asteroīds) vai būt pilnīgi abstrakts (četrdimensiju fraktāļa projekcija).
Lai plaknē iegūtu trīsdimensiju attēlu, ir jāveic šādas darbības:
modelēšana - ainas un tajā esošo objektu trīsdimensiju matemātiskā modeļa izveide.
renderēšana (vizualizācija) - projekcijas konstruēšana atbilstoši izvēlētajam fiziskajam modelim.
izvadīt iegūto attēlu uz izvades ierīci - displeju vai printeri.
Tomēr, ņemot vērā mēģinājumus izveidot 3D displejus un 3D printerus, 3D grafika ne vienmēr ietver projicēšanu plaknē
Modelēšana
Aina (virtuālā modelēšanas telpa) ietver vairākas objektu kategorijas:
Ģeometrija (modelis, kas izveidots, izmantojot dažādas metodes, piemēram, ēka)
Materiāli (informācija par modeļa vizuālajām īpašībām, piemēram, sienu krāsu un logu atstarošanos)
Gaismas avoti (virziens, jauda, apgaismojuma spektra iestatījumi)
Virtuālās kameras (punkta un projekcijas leņķa izvēle)
Spēki un triecieni (objektu dinamisko izkropļojumu iestatījumi, galvenokārt tiek izmantoti animācijā)
Papildu efekti (objekti, kas imitē atmosfēras parādības: gaisma miglā, mākoņi, liesmas utt.)
3D modelēšanas problēma- aprakstiet šos objektus un novietojiet tos ainā, izmantojot ģeometriskas transformācijas atbilstoši nākotnes attēla prasībām.
Renderēšana
Šajā posmā matemātiskais (vektoru) telpiskais modelis pārvēršas plakanā (rastra) attēlā. Ja vēlaties izveidot filmu, tad tiek renderēta šādu attēlu secība - kadri. Kā datu struktūra attēls ekrānā tiek attēlots ar punktu matricu, kur katrs punkts ir definēts ar vismaz trim skaitļiem: sarkanā, zilā un zaļā intensitāte. Tādā veidā renderēšana pārvērš trīsdimensiju vektordatu struktūru plakanā pikseļu matricā. Šis solis bieži prasa ļoti sarežģītus aprēķinus, it īpaši, ja ir jārada realitātes ilūzija. Vienkāršākais renderēšanas veids ir modeļu kontūru attēlošana datora ekrānā, izmantojot projekciju, kā parādīts iepriekš. Parasti ar to nepietiek, un ir jārada ilūzija par materiāliem, no kuriem tiek izgatavoti objekti, kā arī jāaprēķina šo objektu kropļojumi caurspīdīgu materiālu (piemēram, šķidrums glāzē) dēļ.
Ir vairākas renderēšanas tehnoloģijas, kas bieži vien ir apvienotas kopā. Piemēram:
Z-buferis (izmanto OpenGL un DirectX 10);
skenēšanas virsma. Pikseļa krāsa būs tāda pati kā šīs virsmas krāsa (dažreiz ņemot vērā apgaismojumu utt.);
Staru izsekošana (ray tracing) ir tāda pati kā scanline, taču pikseļa krāsa tiek precizēta, konstruējot papildu starus (atspoguļotus, lauztus utt.) no skata stara krustošanās punkta. Neskatoties uz nosaukumu, tiek izmantota tikai apgrieztā staru izsekošana (tas ir, no novērotāja līdz gaismas avotam), tiešā staru izsekošana ir ārkārtīgi neefektīva un patērē pārāk daudz resursu, lai iegūtu augstas kvalitātes attēlu;
Globālais apgaismojums (angļu: global illumination, radiosity) - virsmu un vides mijiedarbības aprēķins redzamajā starojuma spektrā, izmantojot integrālos vienādojumus.
Robeža starp staru izsekošanas algoritmiem tagad ir gandrīz izplūdusi. Tātad programmā 3D Studio Max standarta vizualizētājs tiek saukts par noklusējuma skenēšanas līnijas renderētāju, taču tas ņem vērā ne tikai izkliedētās, atstarotās un raksturīgās (pašmirdzošās krāsas) gaismas ieguldījumu, bet arī izlīdzinātas ēnas. Šī iemesla dēļ jēdziens Raycasting biežāk attiecas uz atpakaļejošu staru izsekošanu, un Raytracing attiecas uz priekšējo staru izsekošanu.
Populārākās renderēšanas sistēmas ir:
PhotoRealistic RenderMan (PRMan)
Tā kā līdzīgu aprēķinu apjoms ir liels, renderēšanu var sadalīt pavedienos (paralēli). Tāpēc renderēšanai ir ļoti svarīgi izmantot vairāku procesoru sistēmas. Pēdējā laikā tiek aktīvi attīstītas renderēšanas sistēmas, kurās CPU vietā tiek izmantoti GPU, un šodien to efektivitāte šādiem aprēķiniem ir daudz augstāka. Šādas sistēmas ietver:
Refrakcijas programmatūras oktāna renderēšana
AAA studija FurryBall
RandomControl ARION (hibrīds)
Daudzi CPU renderēšanas sistēmu ražotāji arī plāno ieviest GPU atbalstu (LuxRender, YafaRay, mental images iray).
Par progresīvākajiem sasniegumiem un idejām trīsdimensiju grafikā (un datorgrafikā kopumā) ziņo un apspriež ikgadējā SIGGRAPH simpozijā, kas tradicionāli notiek ASV.
Jūs, iespējams, lasāt šo rakstu datora monitora vai mobilās ierīces ekrānā - displejā, kuram ir reāli izmēri, augstums un platums. Bet, skatoties, piemēram, multfilmu Toy Story vai spēlējot spēli Tomb Raider, jūs skatāties uz trīsdimensiju pasauli. Viena no pārsteidzošākajām lietām 3D pasaulē ir tā, ka pasaule, kuru redzat, varētu būt pasaule, kurā mēs dzīvojam, pasaule, kurā dzīvosim rīt, vai pasaule, kas dzīvo tikai filmas vai spēļu veidotāju prātos. Un visas šīs pasaules var parādīties tikai vienā ekrānā - tas ir vismaz interesanti.
Kā dators piemāna mūsu acis, domājot, ka, skatoties uz plakanā ekrāna, mēs redzam attēlotā attēla dziļumu? Kā spēļu izstrādātāji nodrošina, ka mēs redzam reālus varoņus kustamies reālā ainavā? Šodien pastāstīšu par vizuālajiem trikiem, ko izmanto grafiskie dizaineri un kā tas viss ir veidots un mums šķiet tik vienkārši. Patiesībā viss nav vienkārši, un, lai uzzinātu, kas ir 3D grafika, dodieties uz griezumu - tur jūs atradīsit aizraujošu stāstu, kurā, esmu pārliecināts, iegremdēsies ar vēl nebijušu prieku.
Kas padara attēlu trīsdimensiju?
Attēls, kuram ir vai šķiet, ka ir augstums, platums un dziļums, ir trīsdimensiju (3D). Attēls ar augstumu un platumu, bet bez dziļuma ir divdimensiju (2D). Atgādināt man, kur atrodami divdimensiju attēli? - Gandrīz visur. Atcerieties pat parasto simbolu uz tualetes durvīm, kas norāda uz viena vai otra dzimuma stendu. Simboli ir veidoti tā, lai jūs tos varētu atpazīt un atpazīt vienā mirklī. Tāpēc viņi izmanto tikai visvienkāršākās formas. Detalizētāka informācija par simbolu var pastāstīt, kāda veida drēbēs ir ģērbies mazais cilvēks, kas karājas pie durvīm, vai viņa matu krāsu, piemēram, sieviešu tualetes durvju simbolika. Šī ir viena no galvenajām atšķirībām starp 3D un 2D grafikas izmantošanu: 2D grafika ir vienkārša un neaizmirstama, savukārt 3D grafika izmanto vairāk detaļu un iesaiņo ievērojami vairāk informācijas šķietami parastā objektā.
Piemēram, trijstūriem ir trīs līnijas un trīs leņķi – viss, kas nepieciešams, lai pateiktu, no kā sastāv trīsstūris un ko tas vispār attēlo. Tomēr paskatieties uz trīsstūri no otras puses – piramīda ir trīsdimensiju struktūra ar četrām trīsstūra malām. Lūdzu, ņemiet vērā, ka šajā gadījumā jau ir sešas līnijas un četri stūri - tas ir tas, no kā sastāv piramīda. Uzziniet, kā parasts objekts var kļūt trīsdimensiju un satur daudz vairāk informācijas, kas nepieciešama, lai pastāstītu stāstu par trīsstūri vai piramīdu.
Simtiem gadu mākslinieki ir izmantojuši dažus vizuālus trikus, kas plakanam 2D attēlam var likties kā logs reālajā 3D pasaulē. Līdzīgu efektu var redzēt parastā fotogrāfijā, kuru varat skenēt un apskatīt datora monitorā: fotoattēlā esošie objekti šķiet mazāki, kad tie atrodas tālāk; objekti, kas atrodas tuvu kameras objektīvam, ir fokusā, kas attiecīgi nozīmē, ka aiz fokusētajiem objektiem viss ir izplūdis. Krāsas mēdz būt mazāk spilgtas, ja objekts nav tik tuvu. Kad mēs šodien runājam par 3D grafiku datoros, mēs runājam par attēliem, kas kustas.
Kas ir 3D grafika?
Daudziem no mums spēlēšana personālajā datorā, mobilajā ierīcē vai uzlabotā spēļu sistēmā kopumā ir visspilgtākais piemērs un izplatītākais veids, kā mēs varam apsvērt 3D grafiku. Visām šīm datorizētajām spēlēm un lieliskajām filmām ir jāveic trīs pamata darbības, lai izveidotu un parādītu reālistiskas 3D ainas:
- Virtuālās 3D pasaules izveide
- Nosakot, kura pasaules daļa tiks parādīta ekrānā
- Ekrāna pikseļa izskata noteikšana, lai viss attēls izskatītos pēc iespējas reālistiskāks
Virtuālā 3D pasaule, protams, nav tāda pati kā reālā pasaule. Virtuālās 3D pasaules izveide ir sarežģīts darbs pie reālajai līdzīgas pasaules datorvizualizācijas, kuras izveidei tiek izmantots liels skaits rīku un kas nozīmē ārkārtīgi augstu detalizāciju. Ņemiet, piemēram, ļoti mazu reālās pasaules daļu — jūsu roku un zem tās esošo darbvirsmu. Jūsu rokai ir īpašas īpašības, kas nosaka, kā tā var kustēties un parādīties ārēji. Pirkstu locītavas noliecas tikai uz plaukstu, nevis pret to. Ja sitīsi pret galdu, ar to nekāda darbība nenotiks – galds ir ciets. Attiecīgi jūsu roka nevar iziet cauri darbvirsmai. Jūs varat pierādīt, ka šis apgalvojums ir patiess, skatoties uz kaut ko dabisku, bet virtuālajā trīsdimensiju pasaulē lietas ir pavisam citādas - virtuālajā pasaulē nav dabas, nav tādu dabas lietu kā, piemēram, jūsu roka. Objekti virtuālajā pasaulē ir pilnībā sintētiski – šīs ir vienīgās īpašības, kas tiem tiek piešķirtas, izmantojot programmatūru. Programmētāji izmanto īpašus rīkus un īpaši rūpīgi izstrādā 3D virtuālās pasaules, lai nodrošinātu, ka viss vienmēr darbojas noteiktā veidā.
Cik liela daļa virtuālās pasaules tiek parādīta ekrānā?
Jebkurā brīdī ekrānā ir redzama tikai neliela daļa no virtuālās 3D pasaules, kas izveidota datorspēlei. Ekrānā tiek rādītas noteiktas pasaules definīcijas veidu kombinācijas, kurās jūs pieņemat lēmumus par to, kurp doties un ko redzēt. Neatkarīgi no tā, kur jūs dodaties – uz priekšu vai atpakaļ, uz augšu vai uz leju, pa kreisi vai pa labi – virtuālā 3D pasaule ap jums nosaka to, ko jūs redzat, atrodoties noteiktā pozīcijā. Redzamajam ir jēga no vienas ainas uz nākamo. Ja skatāties uz objektu no viena attāluma, neatkarīgi no virziena, tam vajadzētu izskatīties augstu. Katram priekšmetam ir jāizskatās un jākustas tā, lai jūs uzskatītu, ka tam ir tāda pati masa kā reālajam objektam, ka tas ir tikpat ciets vai mīksts kā īstais objekts utt.
Programmētāji, kas raksta datorspēles, pieliek daudz pūļu, lai izveidotu 3D virtuālās pasaules un padarītu tās tādas, lai jūs varētu klīst apkārt, nesastopoties ar neko, kas liek domāt: "Tas nevarētu notikt šajā pasaulē!" Pēdējā lieta, ko vēlaties redzēt, ir divi cieti objekti, kas var iet cauri viens otram. Šis ir spilgts atgādinājums, ka viss, ko redzat, ir viltus. Trešais solis ietver vismaz tikpat daudz aprēķinu kā pārējās divas darbības, un tam ir arī jānotiek reāllaikā.
Kreisajā pusē ir datorgrafika, labajā pusē ir mocap aktieris
Apgaismojums un perspektīva
Ieejot istabā, jūs ieslēdzat gaismu. Jūs, iespējams, nepavadāt daudz laika, prātojot, kā tas patiesībā darbojas un kā gaisma nāk no lampas un ceļo pa istabu. Bet cilvēkiem, kas strādā ar 3D grafiku, par to ir jādomā, jo visām virsmām un apkārtējiem stiepļu rāmjiem un tamlīdzīgām lietām ir jābūt apgaismotām. Viena no metodēm, staru izsekošana, ietver ceļa posmus, ko gaismas stari veic, atstājot spuldzi, atlecot no spoguļiem, sienām un citām atstarojošām virsmām un visbeidzot nolaižoties uz objektiem ar dažādu intensitāti no dažādiem leņķiem. Tas ir sarežģīti, jo viena spuldze var radīt vienu staru, bet vairumā telpu tiek izmantoti vairāki gaismas avoti - vairākas lampas, griestu lampas (lustras), stāvlampas, logi, sveces utt.
Apgaismojumam ir galvenā loma divos efektos, kas piešķir objektu izskatu, svaru un ārējo stingrību: tumsonībā un ēnās. Pirmais efekts, ēnojums, ir tas, ka vairāk gaismas krīt uz objektu no vienas puses nekā no otras. Ēnojums piešķir objektam daudz naturālisma. Šis ēnojums padara segas krokas dziļas un mīkstas, un augstie vaigu kauli izskatās pārsteidzoši. Šīs gaismas intensitātes atšķirības pastiprina kopējo ilūziju, ka objektam ir gan dziļums, gan augstums un platums. Masas ilūzija rodas no otrā efekta – ēnas.
Cietās vielas met ēnas, kad uz tām krīt gaisma. To var redzēt, novērojot ēnu, ko uz ietves met saules pulkstenis vai koks. Tāpēc mēs esam pieraduši redzēt reālus objektus un cilvēkus, kas met ēnas. 3D režīmā ēna atkal pastiprina ilūziju, radot iespaidu, ka atrodaties reālajā pasaulē, nevis matemātiski ģenerētu formu ekrānā.
Perspektīva
Perspektīva ir viens vārds, kas var nozīmēt daudzas lietas, bet patiesībā apraksta vienkāršu efektu, ko redzēja visi. Ja stāvat gara, taisna ceļa malā un skatāties tālumā, šķiet, ka abas ceļa malas saplūst vienā horizonta punktā. Turklāt, ja koki atrodas tuvu ceļam, tālāk esošie koki šķitīs mazāki nekā koki, kas atrodas tuvāk jums. Faktiski koki saplūst noteiktā horizonta punktā, kas izveidots netālu no ceļa, taču tas tā nav. Ja šķiet, ka visi objekti ainā saplūst vienā attāluma punktā, tā ir perspektīva. Šim efektam ir daudz variāciju, taču lielākā daļa 3D grafikas izmanto to pašu skatījumu, ko es tikko aprakstīju.
Lauka dziļums
Vēl viens optiskais efekts, ko veiksmīgi izmanto, lai izveidotu trīsdimensiju grafiskos objektus, ir lauka dziļums. Izmantojot manu piemēru ar kokiem, papildus iepriekšminētajam notiek vēl viena interesanta lieta. Ja skatāties uz kokiem tuvu jums, tālāk esošie koki šķitīs nefokusēti. Filmu režisori un datoru animatori izmanto šo efektu, lauka dziļumu, diviem mērķiem. Pirmais ir uzlabot lietotāja skatītās ainas dziļuma ilūziju. Otrs mērķis ir, lai režisori, izmantojot lauka dziļumu, fokusētu viņu uzmanību uz tēmām vai aktieriem, kas tiek uzskatīti par vissvarīgākajiem. Lai pievērstu jūsu uzmanību kādam citam, nevis filmas varonei, piemēram, var izmantot "seklu lauka dziļumu", kur fokusā ir tikai aktieris. Sižetā, kas ir izstrādāta, lai radītu pilnīgu iespaidu, tā vietā tiks izmantots "dziļa lauka dziļums", lai pēc iespējas vairāk objektu būtu fokusā un tādējādi būtu redzams skatītājam.
Izlīdzināšana
Vēl viens efekts, kas arī ir atkarīgs no acu apmānīšanas, ir anti-aliasing. Digitālās grafikas sistēmas ļoti labi spēj radīt izteiksmīgas līnijas. Bet gadās arī, ka diagonālajām līnijām ir pārsvars (tās diezgan bieži parādās reālajā pasaulē, un tad dators atveido līnijas, kas vairāk atgādina kāpnes (man šķiet, ka jūs zināt, kas ir kāpnes, kad detalizēti izpētāt attēla objektu )). Tātad, lai apmānītu aci, lai saskatītu gludu līkni vai līniju, dators var pievienot noteiktus krāsu toņus pikseļu rindām, kas aptver līniju. Ar šo pikseļu “pelēko krāsu” dators patiesībā maldina jūsu acis, un tikmēr jūs domājat, ka vairs nav robainu soļu. Šo papildu krāsainu pikseļu pievienošanas procesu, lai apmānītu aci, sauc par anti-aliasing, un tas ir viens no paņēmieniem, ko manuāli izveido 3D datorgrafika. Vēl viens sarežģīts uzdevums datoram ir 3D animācijas izveide, kuras piemērs tiks prezentēts nākamajā sadaļā.
Reāli piemēri
Kad visi iepriekš aprakstītie triki tiek izmantoti kopā, lai izveidotu satriecoši īstu ainu, rezultāts attaisno pūles. Jaunākās spēles, filmas un mašīnu radīti objekti ir apvienoti ar fotogrāfisku fonu, lai uzlabotu ilūziju. Jūs varat redzēt pārsteidzošus rezultātus, salīdzinot fotoattēlus un datora ģenerētu ainu.
Augšējā fotoattēlā redzams tipisks birojs, kurā kā ieeja tiek izmantota ietve. Vienā no nākamajām fotogrāfijām uz ietves tika novietota vienkārša vienkārša bumba, un aina tika nofotografēta. Trešā fotogrāfija attēlo datorgrafikas programmas izmantošanu, kas radīja bumbu, kuras patiesībā šajā fotogrāfijā nav. Vai varat pateikt, ka starp šīm divām fotogrāfijām ir kādas būtiskas atšķirības? ES domāju, ka nē.
Animācijas un tiešraides uzstāšanās izveide
Līdz šim esam apskatījuši rīkus, kas jebkuram digitālajam attēlam padara reālistiskāku — neatkarīgi no tā, vai attēls ir nekustīgs attēls vai animācijas secības daļa. Ja tā ir animēta sērija, programmētāji un dizaineri izmantos vēl vairāk dažādu vizuālo triku, lai izskatās, ka tā ir "tiešraides darbība", nevis datorizēti attēli.Cik kadru sekundē?
Kad jūs dodaties skatīties grāvējfilmu vietējā kinoteātrī, attēlu secība, ko sauc par kadriem, darbojas ar 24 kadriem sekundē. Tā kā mūsu tīklene saglabā attēlu nedaudz ilgāk par 1/24 sekundes, lielākā daļa cilvēku acis apvienos kadrus vienā nepārtrauktā kustības un darbības attēlā.
Ja jūs nesaprotat, ko es tikko uzrakstīju, paskatīsimies uz to šādi: tas nozīmē, ka katrs filmas kadrs ir fotogrāfija, kas uzņemta ar aizvara ātrumu (ekspozīciju) 1/24 sekundes. Tādējādi, ja paskatās uz vienu no daudzajiem sacīkšu filmas kadriem, jūs redzēsit, ka dažas no sacīkšu automašīnām ir "izplūdušas", jo tās tika brauktas lielā ātrumā, kamēr kamera bija atvērta. Šo lietu izplūdumu, ko rada ātra kustība, mēs esam pieraduši redzēt, un tas ir daļa no tā, kas padara attēlu reālu, kad mēs to skatāmies uz ekrāna.
Tomēr digitālie 3D attēli galu galā nav fotogrāfijas, tāpēc, kad objekts fotografēšanas laikā kustas kadrā, nerodas izplūduma efekts. Lai padarītu attēlus reālistiskākus, programmētājiem ir skaidri jāpievieno izplūdums. Daži dizaineri uzskata, ka ir nepieciešami vairāk nekā 30 kadri sekundē, lai "pārvarētu" šo dabiskā izplūšanas trūkumu, tāpēc spēles ir pārceltas uz nākamo līmeni - 60 kadri sekundē. Lai gan tas ļauj katram atsevišķam attēlam parādīties ļoti detalizēti un attēlot kustīgus objektus mazākos soļos, tas ievērojami palielina kadru skaitu noteiktai animācijas darbību secībai. Ir arī citi noteikti attēlu elementi, kuros reālisma labad ir jāupurē precīza datora atveidošana. Tas attiecas gan uz kustīgiem, gan nekustīgiem objektiem, taču tas ir pavisam cits stāsts.
Nāksim līdz galam
Datorgrafika turpina pārsteigt visu pasauli, radot un ģenerējot plašu patiesi reālistisku kustīgu un nekustīgu objektu un ainu klāstu. No 80 kolonnām un 25 vienkrāsaina teksta rindām grafika ir ievērojami attīstījusies, un rezultāts ir skaidrs – miljoniem cilvēku spēlē spēles un veic dažādas simulācijas ar mūsdienu tehnoloģijām. Savu klātbūtni liks manīt arī jaunie 3D procesori – pateicoties tiem, varēsim burtiski izzināt citas pasaules un piedzīvot lietas, ko dzīvē nekad neuzdrošinājāmies izmēģināt. Visbeidzot, atpakaļ pie balles piemēra: kā šī aina tika izveidota? Atbilde ir vienkārša: attēlā ir datora ģenerēta bumbiņa. Nav viegli pateikt, kurš no abiem ir īsts, vai ne? Mūsu pasaule ir pārsteidzoša, un mums tā ir jādzīvo. Ceru, ka jums tas likās interesanti un uzzinājāt vēl vienu interesantu informāciju.
Trīsdimensiju grafika ne vienmēr ietver projekciju uz plaknes...
Enciklopēdisks YouTube
1 / 5
✪ 3D grafikas teorija, 01. nodarbība — ievads 3D grafikā
✪ Datorgrafika kino
✪ 1. lekcija | Datorgrafika | Vitālijs Gaļinskis | Lektorijs
✪ 12 - Datorgrafika. Datorgrafikas pamatjēdzieni
✪ 4. lekcija | Datorgrafika | Vitālijs Gaļinskis | Lektorijs
Subtitri
Pieteikums
Trīsdimensiju grafika tiek aktīvi izmantota attēlu veidošanai uz ekrāna plaknes vai drukāto materiālu loksnes zinātnē un rūpniecībā, piemēram, projektēšanas automatizācijas sistēmās (CAD; cieto elementu veidošanai: ēkas, mašīnu daļas, mehānismi), arhitektūras vizualizācijā. (tas ietver arī tā saukto “virtuālo arheoloģiju”) mūsdienu medicīniskās vizualizācijas sistēmās.
Visplašākā izmantošana ir daudzās mūsdienu datorspēlēs, kā arī kā kino, televīzijas un drukāto produktu elements.
Trīsdimensiju grafika parasti attiecas uz virtuālu, iedomātu trīsdimensiju telpu, kas tiek parādīta uz plakanas, divdimensiju displeja vai papīra lapas. Pašlaik ir zināmas vairākas metodes trīsdimensiju informācijas attēlošanai tilpuma formā, lai gan lielākā daļa no tām ļoti nosacīti atspoguļo tilpuma raksturlielumus, jo tie darbojas ar stereo attēlu. No šīs zonas var atzīmēt stereobrilles, virtuālās ķiveres, 3D displejus, kas spēj demonstrēt trīsdimensiju attēlu. Vairāki ražotāji ir demonstrējuši ražošanai gatavus 3D displejus. Tomēr 3D displeji joprojām neļauj izveidot pilnvērtīgu fizisku, taustāmu matemātiskā modeļa kopiju, kas izveidota ar trīsdimensiju grafikas metodēm. Ātrās prototipu izstrādes tehnoloģijas, kas ir izstrādātas kopš 1990. gadiem, šo plaisu mazina. Jāpiebilst, ka ātrās prototipēšanas tehnoloģijās tiek izmantots objekta matemātiskā modeļa attēlojums cieta ķermeņa formā (vokseļa modelis).
Radīšana
Lai plaknē iegūtu trīsdimensiju attēlu, ir jāveic šādas darbības:
- modelēšana- ainas un tajā esošo objektu trīsdimensiju matemātiskā modeļa izveide;
- teksturēšana- rastra vai procesuālo faktūru piešķiršana modelēšanas virsmām (nozīmē arī materiāla īpašību noteikšanu - caurspīdīgumu, atspulgus, raupjumu utt.);
- apgaismojums- uzstādīšana un konfigurēšana;
- animācija(dažos gadījumos) - kustības piešķiršana objektiem;
- dinamiska simulācija(atsevišķos gadījumos) - automātisks daļiņu, cieto/mīksto ķermeņu u.c. mijiedarbības aprēķins ar simulētiem gravitācijas spēkiem, vējam, peldspējas u.c., kā arī savā starpā;
- renderēšana(vizualizācija) - projekcijas uzbūve atbilstoši izvēlētajam fiziskajam modelim;
- kompozīciju(izkārtojums) - attēla precizēšana;
- izvadiet iegūto attēlu izvadierīcē - displejā vai speciālā printerī.
Modelēšana
Populārākās pakotnes, kas paredzētas tikai modelēšanai, ir:
- Roberts Maknīls un asoc. Degunradzis 3D ;
Lai izveidotu personas vai radības trīsdimensiju modeli, Sculpture var izmantot kā prototipu (vairumā gadījumu).
Teksturēšana
SketchUp
3D grafikas vizualizācija spēlēs un aplikācijās
Ir vairākas programmatūras bibliotēkas 3D grafikas vizualizēšanai lietojumprogrammās - DirectX, OpenGL un tā tālāk.
Ir vairākas pieejas 3D grafikas prezentēšanai spēlēs - pilna 3D, pseido-3D.
Šādas paketes pat ne vienmēr ļauj lietotājam tieši darbināt 3D modeli, piemēram, ir OpenSCAD pakotne, kurā modelis tiek veidots, izpildot lietotāja ģenerētu skriptu, kas rakstīts specializētā valodā.
3D displeji
Trīsdimensiju vai stereoskopiski displeji, (3D displeji, 3D ekrāni) - displeji, kas ar stereoskopisku vai kādu citu efektu rada parādītajos attēlos reāla skaļuma ilūziju.
Šobrīd lielākā daļa trīsdimensiju attēlu tiek attēloti, izmantojot stereoskopisko efektu, jo tas ir visvieglāk īstenojams, lai gan stereoskopijas izmantošanu vien nevar saukt par pietiekamu trīsdimensiju uztverei. Cilvēka acs gan pa pāriem, gan viena pati spēj vienlīdz labi atšķirt trīsdimensiju objektus no plakaniem attēliem [ ] .
Trīsdimensiju grafika mūsdienās ir tik stingri nostiprinājusies mūsu dzīvē, ka dažreiz mēs pat nepievēršam uzmanību tās izpausmēm.
Skatoties uz stendu, kurā attēlots telpas interjers, vai reklāmas video par saldējumu, skatoties asa sižeta filmas kadrus, nenojaušam, ka aiz visa tā slēpjas 3D grafikas meistara rūpīgais darbs.
3D grafika ir
3D grafika (trīsdimensiju grafika)- tas ir īpašs datorgrafikas veids - metožu un rīku kopums, ko izmanto, lai izveidotu 3D objektu (trīsdimensiju objektu) attēlus.
3D attēlu nav grūti atšķirt no divdimensiju attēla, jo tas ietver ainas 3D modeļa ģeometriskas projekcijas izveidi plaknē, izmantojot specializētus programmatūras produktus. Iegūtais modelis var būt objekts no realitātes, piemēram, mājas, automašīnas, komētas modelis, vai arī tas var būt pilnīgi abstrakts. Šāda trīsdimensiju modeļa konstruēšanas process tiek saukts un ir vērsts, pirmkārt, uz modelētā objekta vizuāla trīsdimensiju attēla izveidi.
Mūsdienās, pamatojoties uz 3D grafiku, jūs varat izveidot ļoti precīzu reāla objekta kopiju, radīt kaut ko jaunu un atdzīvināt visnereālākās dizaina idejas.
3D grafikas tehnoloģijas un 3D drukas tehnoloģijas ir iekļuvušas daudzās cilvēka darbības jomās un nes milzīgu peļņu.
3D attēli katru dienu bombardē mūs televīzijā, filmās, strādājot ar datoru un 3D spēlēs, no stendiem, skaidri atspoguļojot 3D grafikas spēku un sasniegumus.
Mūsdienu 3D grafikas sasniegumi tiek izmantoti šādās nozarēs
- Kinematogrāfija un animācija- trīsdimensiju varoņu un reālistisku specefektu izveide . Datorspēļu izveide- 3D varoņu, virtuālās realitātes vidi, 3D objektu izstrāde spēlēm.
- Reklāma- 3D grafikas iespējas ļauj izdevīgi prezentēt produktu tirgū, izmantojot 3D grafiku, var radīt ilūziju par kristālbaltu kreklu vai gardu augļu saldējumu ar šokolādes skaidiņām u.c. Tajā pašā laikā patiesībā reklamētajam produktam var būt daudz trūkumu, kas viegli slēpjas aiz skaistiem un kvalitatīviem attēliem.
- Interjera dizains- dizaina un interjera dizaina izstrāde arī mūsdienās nevar iztikt bez trīsdimensiju grafikas. 3D tehnoloģijas ļauj izveidot reālistiskus mēbeļu 3D modeļus (dīvāns, atzveltnes krēsls, krēsls, kumode u.c.), precīzi atkārtojot objekta ģeometriju un veidojot materiāla imitāciju. Izmantojot 3D grafiku, var izveidot video, kurā redzami visi projektētās ēkas stāvi, kas, iespējams, vēl nav pat sākuši celtniecību.
3D attēla izveides darbības
Lai iegūtu objekta 3D attēlu, jums ir jāveic šādas darbības
- Modelēšana- vispārējās ainas un tās objektu matemātiskā 3D modeļa konstruēšana.
- Teksturēšana ietver faktūru pielietošanu izveidotajiem modeļiem, materiālu pielāgošanu un modeļu reālistisku izskatu.
- Apgaismojuma iestatījumi.
- (kustīgi objekti).
- Renderēšana- objekta attēla veidošanas process, izmantojot iepriekš izveidotu modeli.
- Kompozīcija vai kompozīcija- iegūtā attēla pēcapstrāde.
Modelēšana- virtuālās telpas un objektu izveide tajā, ietver dažādu ģeometriju, materiālu, gaismas avotu, virtuālo kameru, papildus specefektu izveidi.
Visizplatītākie programmatūras produkti 3D modelēšanai ir: Autodesk 3D max, Pixologic Zbrush, Blender.
Teksturēšana ir pārklājums uz izveidotā rastra vai vektora attēla trīsdimensiju modeļa virsmas, kas ļauj attēlot objekta īpašības un materiālu.
Apgaismojums- gaismas avotu izveide, virziena iestatīšana un regulēšana izveidotajā ainā. Grafiskie 3D redaktori parasti izmanto šādus gaismas avotu veidus: punktveida gaisma (atšķirīgi stari), visaptveroša gaisma (visvirziena gaisma), virziena gaisma (paralēlie stari) utt. Daži redaktori ļauj izveidot tilpuma spīduma avotu. (Sfēras gaisma).
3D grafika ir trīsdimensiju modeļa izveides process, izmantojot īpašas datorprogrammas. Šis datorgrafikas veids ir daudz absorbējis no vektorgrafikas, kā arī rastra datorgrafikas. Balstoties uz rasējumiem, rasējumiem, detalizētiem aprakstiem vai jebkuru citu grafisku vai teksta informāciju, 3D dizaineris izveido trīsdimensiju attēlu.
Speciālā programmā modeli var apskatīt no visām pusēm (augšā, apakšā, sānos), iebūvēt jebkurā plaknē un jebkurā vidē. Trīsdimensiju datorgrafika, tāpat kā vektorgrafika, ir objektorientēta, kas ļauj mainīt gan visus trīsdimensiju ainas elementus, gan katru objektu atsevišķi. Šāda veida datorgrafikai ir liels potenciāls atbalstīt tehnisko rasējumu. Izmantojot trīsdimensiju datorgrafikas grafiskos redaktorus, var izveidot detaļu un mašīnbūves izstrādājumu vizuālos attēlus, kā arī veikt ēku un arhitektūras objektu prototipēšanu, kas pētīti atbilstošajā arhitektūras un būvniecības rasējuma sadaļā. Līdz ar to var nodrošināt grafisku atbalstu tādām aprakstošās ģeometrijas sadaļām kā perspektīvas, aksonometriskās un ortogonālās projekcijas, jo no tiem daļēji aizgūti attēlu konstruēšanas principi trīsdimensiju datorgrafikā.
Trīsdimensiju grafikai var būt jebkura sarežģītība. Varat izveidot vienkāršu 3D modeli ar zemu detalizāciju un vienkāršotu formu. Vai arī tas varētu būt sarežģītāks modelis, kurā tiek izstrādātas mazākās detaļas, faktūras, tiek izmantotas profesionālas tehnikas (ēnas, atspulgi, gaismas refrakcija utt.). Protams, tas nopietni ietekmē gatavā 3D modeļa izmaksas, taču tas ļauj paplašināt 3D modeļa izmantošanu.
Kur tiek izmantota 3D grafika?
Trīsdimensiju modelēšana (3D grafika) mūsdienās tiek izmantota daudzās jomās. Protams, pirmkārt, tā ir būvniecība. Tas varētu būt paraugs nākotnes mājai, vai nu privātai, daudzdzīvokļu vai biroja ēkai, vai arī jebkurai rūpnieciskai iekārtai. Turklāt interjera dizaina projektos tiek aktīvi izmantota vizualizācija.3D modeļi ir ļoti populāri vietņu izstrādē. Lai radītu īpašu efektu, daži vietņu veidotāji dizainam pievieno ne tikai grafiskos elementus, bet arī trīsdimensiju modeļus, dažreiz pat animētus. Trīsdimensiju modelēšanas programmas un tehnoloģijas tiek plaši izmantotas ražošanā, piemēram, korpusa mēbeļu ražošanā, un celtniecībā, piemēram, lai izveidotu fotoreālistisku nākotnes telpas dizaina projektu. Daudzi dizaineri jau sen ir pārgājuši no lineāla un zīmuļa izmantošanas uz modernām trīsdimensiju datorprogrammām. Pamazām jaunas tehnoloģijas apgūst arī citi uzņēmumi, galvenokārt ražošanas un tirdzniecības uzņēmumi.
Protams, 3D modeļus galvenokārt izmanto demonstrācijas nolūkos. Tie ir neaizstājami prezentācijās, izstādēs, kā arī tiek izmantoti darbā ar klientiem, kad nepieciešams skaidri parādīt, kāds būs gala rezultāts. Turklāt ir nepieciešamas trīsdimensiju modelēšanas metodes, kur nepieciešams apjomā parādīt jau gatavus objektus vai tos objektus, kas kādreiz pastāvējuši. 3D modelēšana ir ne tikai nākotne, bet arī pagātne un tagadne.
3D modelēšanas priekšrocības
3D modelēšanai ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar citām vizualizācijas metodēm. Trīsdimensiju modelēšana nodrošina ļoti precīzu modeli, kas ir pēc iespējas tuvāks realitātei. Mūsdienu programmas palīdz sasniegt augstu detalizāciju. Tajā pašā laikā ievērojami palielinās projekta atpazīstamība. Trīsdimensiju objekta izteikšana divdimensiju plaknē nav vienkārša, savukārt 3D vizualizācija ļauj rūpīgi izstrādāt un, pats galvenais, apskatīt visas detaļas. Tas ir dabiskāks vizualizācijas veids.3D modelī ir ļoti viegli veikt gandrīz visas izmaiņas. Jūs varat mainīt projektu, noņemt dažas daļas un pievienot jaunas. Jūsu iztēle ir praktiski neierobežota, un jūs varat ātri izvēlēties sev piemērotāko variantu.
Tomēr 3D modelēšana ir ērta ne tikai klientam. Profesionālās programmas sniedz daudzas priekšrocības arī ražotājam. No trīsdimensiju modeļa jūs varat viegli iegūt jebkuras sastāvdaļas vai visas struktūras zīmējumu. Neskatoties uz to, ka trīsdimensiju modeļa izveide ir diezgan darbietilpīgs process, strādāt ar to nākotnē ir daudz vieglāk un ērtāk nekā ar tradicionālajiem zīmējumiem. Tā rezultātā ievērojami samazinās projektēšanas laiks un samazinās izmaksas.
Īpašas programmas ļauj integrēt ar jebkuru citu profesionālu programmatūru, piemēram, inženierijas lietojumprogrammām, darbgaldiem vai grāmatvedības programmām. Šādu risinājumu ieviešana ražošanā nodrošina ievērojamu resursu ietaupījumu, ievērojami paplašina uzņēmuma iespējas, vienkāršo darbu un uzlabo tā kvalitāti.
3D modelēšanas programmatūra
3D modelēšanai ir diezgan daudz dažādu programmu. Tādējādi viena no populārākajām programmām, kas īpaši paredzēta trīsdimensiju grafikas un interjera dizaina veidošanai, ir programma 3D Studio MAX. Tas ļauj reālistiski vizualizēt dažādas sarežģītības objektus. Turklāt “3D Studio MAX” ļauj tos komponēt, iestatīt kustību trajektorijas un galu galā pat izveidot pilnvērtīgu video, izmantojot trīsdimensiju modeļus. Lai gan šādam darbam speciālistam, protams, ir vajadzīgas nopietnas prasmes, kā arī lieli datora resursi, pirmām kārtām atmiņa un procesora ātrums.Maya redaktors ir nosaukts pēc sanskrita vārda, kas nozīmē ilūzija. Maya izstrādāja Alias Systems. 2005. gada oktobrī Alias apvienojās ar Autodesk. Maiju biežāk izmanto animācijas un 3D efektu radīšanai filmās.
