Ang three-dimensional na graphics (3D Graphics, Three Dimensions of Image, 3 Dimensions, Russian 3 dimensions) ay isang seksyon ng computer graphics, isang set ng mga technique at tool (parehong software at hardware) na idinisenyo upang ilarawan ang mga three-dimensional na bagay. Ito ay kadalasang ginagamit upang lumikha ng mga larawan sa eroplano ng isang screen o sheet ng mga naka-print na materyales sa visualization ng arkitektura, sinehan, telebisyon, mga laro sa kompyuter, mga naka-print na materyales, gayundin sa agham at industriya.

Ang isang three-dimensional na imahe sa isang eroplano ay naiiba sa isang two-dimensional na isa dahil ito ay nagsasangkot ng pagbuo ng isang geometric projection ng isang three-dimensional na modelo ng eksena papunta sa isang eroplano (halimbawa, isang computer screen) gamit ang mga espesyal na programa. Sa kasong ito, maaaring tumugma ang modelo sa mga bagay mula sa totoong mundo (mga kotse, gusali, bagyo, asteroid) o maging ganap na abstract (projection ng isang four-dimensional fractal).

Upang makakuha ng isang three-dimensional na imahe sa isang eroplano, ang mga sumusunod na hakbang ay kinakailangan:

pagmomodelo - paglikha ng isang three-dimensional na modelo ng matematika ng eksena at mga bagay sa loob nito.

rendering (visualization) - pagbuo ng isang projection alinsunod sa napiling pisikal na modelo.

i-output ang resultang imahe sa isang output device - display o printer.

Gayunpaman, dahil sa mga pagtatangka na lumikha ng mga 3D na display at 3D printer, ang 3D graphics ay hindi kinakailangang may kasamang projection papunta sa isang eroplano.

Pagmomodelo

Kasama sa eksena (virtual modeling space) ang ilang kategorya ng mga bagay:

Geometry (isang modelo na binuo gamit ang iba't ibang mga diskarte, halimbawa isang gusali)

Mga Materyales (impormasyon tungkol sa mga visual na katangian ng modelo, tulad ng kulay ng dingding at reflectivity ng bintana)

Mga pinagmumulan ng ilaw (direksyon, kapangyarihan, mga setting ng spectrum ng ilaw)

Mga virtual na camera (pagpili ng punto at anggulo ng projection)

Mga puwersa at epekto (mga setting para sa mga dynamic na pagbaluktot ng mga bagay, pangunahing ginagamit sa animation)

Mga karagdagang epekto (mga bagay na ginagaya ang atmospheric phenomena: liwanag sa fog, ulap, apoy, atbp.)

Problema sa pagmomodelo ng 3D- ilarawan ang mga bagay na ito at ilagay ang mga ito sa eksena gamit ang mga geometric na pagbabagong-anyo alinsunod sa mga kinakailangan para sa hinaharap na imahe.

Nagre-render

Sa yugtong ito, ang mathematical (vector) spatial model ay nagiging flat (raster) na larawan. Kung nais mong lumikha ng isang pelikula, pagkatapos ay isang pagkakasunud-sunod ng naturang mga larawan - mga frame - ay nai-render. Bilang isang istraktura ng data, ang isang imahe sa isang screen ay kinakatawan ng isang matrix ng mga tuldok, kung saan ang bawat tuldok ay tinukoy ng hindi bababa sa tatlong numero: ang intensity ng pula, asul at berde. Sa ganitong paraan, ang pag-render ay nagko-convert ng three-dimensional na vector data structure sa isang flat matrix ng mga pixel. Ang hakbang na ito ay madalas na nangangailangan ng napakasalimuot na mga kalkulasyon, lalo na kung ang ilusyon ng katotohanan ay gagawin. Ang pinakasimpleng paraan ng pag-render ay ang pag-plot ng mga balangkas ng mga modelo sa screen ng computer gamit ang projection, tulad ng ipinapakita sa itaas. Karaniwan ito ay hindi sapat at kailangan mong lumikha ng ilusyon ng mga materyales kung saan ginawa ang mga bagay, pati na rin kalkulahin ang mga pagbaluktot ng mga bagay na ito dahil sa transparent na media (halimbawa, likido sa isang baso).

Mayroong ilang mga teknolohiya sa pag-render, kadalasang pinagsama-sama. Halimbawa:

Z-buffer (ginamit sa OpenGL at DirectX 10);

ibabaw ng pag-scan. Ang kulay ng pixel ay magiging kapareho ng kulay ng ibabaw na iyon (kung minsan ay isinasaalang-alang ang pag-iilaw, atbp.);

Ang pagsubaybay sa ray (ray tracing) ay kapareho ng scanline, ngunit ang kulay ng pixel ay pinipino sa pamamagitan ng pagbuo ng mga karagdagang ray (na-reflect, refracted, atbp.) mula sa punto ng intersection ng viewing ray. Sa kabila ng pangalan, reverse ray tracing lamang ang ginagamit (iyon ay, mula sa observer hanggang sa light source), ang direktang ray tracing ay lubhang hindi epektibo at kumonsumo ng masyadong maraming mapagkukunan upang makakuha ng de-kalidad na larawan;

Global illumination (Ingles: global illumination, radiosity) - pagkalkula ng interaksyon ng mga ibabaw at media sa nakikitang spectrum ng radiation gamit ang integral equation.

Ang linya sa pagitan ng ray tracing algorithm ay halos malabo na ngayon. Kaya, sa 3D Studio Max ang karaniwang visualizer ay tinatawag na Default scanline renderer, ngunit isinasaalang-alang nito hindi lamang ang kontribusyon ng diffuse, reflected at intrinsic (self-luminous color) na liwanag, kundi pati na rin ang smoothed shadows. Para sa kadahilanang ito, mas madalas ang konsepto ng Raycasting ay tumutukoy sa backward ray tracing, at Raytracing ay tumutukoy sa forward ray tracing.

Ang pinakasikat na mga sistema ng pag-render ay:

PhotoRealistic RenderMan (PRMan)

Dahil sa malaking volume ng mga katulad na kalkulasyon, maaaring hatiin ang rendering sa mga thread (parallelized). Samakatuwid, para sa pag-render ay napakahalaga na gumamit ng mga multi-processor system. Kamakailan, nagkaroon ng aktibong pag-unlad ng mga sistema ng pag-render na gumagamit ng mga GPU sa halip na mga CPU, at ngayon ang kanilang kahusayan para sa mga naturang kalkulasyon ay mas mataas. Kabilang sa mga ganitong sistema ang:

Refractive Software Octane Render

AAA studio na FurryBall

RandomControl ARION (hybrid)

Maraming mga tagagawa ng mga sistema ng pag-render ng CPU ang nagpaplano din na ipakilala ang suporta sa GPU (LuxRender, YafaRay, mga imahe sa isip iray).

Ang mga pinaka-advanced na tagumpay at ideya sa three-dimensional na graphics (at computer graphics sa pangkalahatan) ay iniuulat at tinalakay sa taunang SIGGRAPH symposium, na tradisyonal na gaganapin sa USA.

Malamang na binabasa mo ang artikulong ito sa screen ng isang computer monitor o mobile device - isang display na may tunay na sukat, taas at lapad. Ngunit kapag pinanood mo, halimbawa, ang cartoon na Toy Story o nilalaro ang larong Tomb Raider, tumitingin ka sa isang three-dimensional na mundo. Ang isa sa mga pinakakahanga-hangang bagay tungkol sa isang 3D na mundo ay ang mundong nakikita mo ay maaaring ang mundong ginagalawan natin, ang mundong titirhan natin bukas, o isang mundong nabubuhay lamang sa isipan ng mga tagalikha ng pelikula o laro. At lahat ng mundong ito ay maaaring lumitaw sa isang screen lamang - ito ay hindi bababa sa kawili-wili.
Paano nalilinlang ng computer ang ating mga mata sa pag-iisip na kapag tumitingin tayo sa isang flat screen ay nakikita natin ang lalim ng ipinakitang larawan? Paano tinitiyak ng mga developer ng laro na nakikita natin ang mga totoong character na gumagalaw sa isang tunay na landscape? Ngayon sasabihin ko sa iyo ang tungkol sa mga visual na trick na ginagamit ng mga graphic designer at kung paano ang lahat ng ito ay dinisenyo at tila napakasimple sa amin. Sa katunayan, ang lahat ay hindi simple, at upang malaman kung ano ang 3D graphics, pumunta sa cut - doon ay makakahanap ka ng isang kamangha-manghang kuwento, na, sigurado ako, ilulubog mo ang iyong sarili sa walang katulad na kasiyahan.

Ano ang ginagawang three-dimensional ng isang imahe?

Ang isang imahe na may, o mukhang mayroon, taas, lapad, at lalim ay tatlong-dimensional (3D). Ang isang larawan na may taas at lapad ngunit walang lalim ay two-dimensional (2D). Ipaalala sa akin kung saan mo mahahanap ang dalawang-dimensional na larawan? - Halos lahat ng dako. Tandaan kahit na ang karaniwang simbolo sa pinto ng banyo, na nagpapahiwatig ng stall para sa isang kasarian o iba pa. Ang mga simbolo ay idinisenyo sa paraang maaari mong makilala at makilala ang mga ito sa isang sulyap. Iyon ang dahilan kung bakit ginagamit lamang nila ang pinakapangunahing mga form. Maaaring sabihin sa iyo ng mas detalyadong impormasyon tungkol sa isang simbolo kung anong uri ng damit ang suot ng maliit na taong nakasabit sa pinto, o ang kulay ng kanilang buhok, gaya ng simbolismo ng pinto ng banyo ng mga babae. Ito ang isa sa mga pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng paraan ng paggamit ng 3D at 2D graphics: Ang 2D graphics ay simple at hindi malilimutan, habang ang 3D graphics ay gumagamit ng higit pang detalye at nag-iimpake ng mas maraming impormasyon sa isang tila ordinaryong bagay.

Halimbawa, ang mga tatsulok ay may tatlong linya at tatlong anggulo - lahat ng kailangan upang sabihin kung ano ang binubuo ng tatsulok at kung ano ang kinakatawan nito sa pangkalahatan. Gayunpaman, tingnan ang tatsulok mula sa kabilang panig - ang isang pyramid ay isang three-dimensional na istraktura na may apat na tatsulok na gilid. Mangyaring tandaan na sa kasong ito ay mayroon nang anim na linya at apat na sulok - ito ang binubuo ng pyramid. Tingnan kung paano maaaring maging three-dimensional ang isang ordinaryong bagay at maglaman ng higit pang impormasyong kailangan para sabihin ang kwento ng isang tatsulok o pyramid.

Sa loob ng daan-daang taon, gumamit ang mga artist ng ilang visual trick na maaaring magmukhang isang window sa totoong 3D na mundo ang flat 2D na imahe. Makakakita ka ng katulad na epekto sa isang regular na litrato na maaari mong i-scan at tingnan sa monitor ng computer: lumilitaw na mas maliit ang mga bagay sa litrato kapag mas malayo ang mga ito; ang mga bagay na malapit sa lens ng camera ay nakatutok, na nangangahulugang, nang naaayon, lahat ng nasa likod ng mga bagay na nakatutok ay malabo. Ang mga kulay ay malamang na hindi gaanong makulay kung ang paksa ay hindi kasing lapit. Kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa 3D graphics sa mga computer ngayon, pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga larawang gumagalaw.

Ano ang 3D graphics?

Para sa marami sa atin, ang paglalaro sa isang personal na computer, mobile device, o isang advanced na sistema ng paglalaro sa pangkalahatan ay ang pinakakapansin-pansing halimbawa at karaniwang paraan kung saan maaari nating pag-isipan ang 3D graphics. Ang lahat ng mga larong binuo ng computer at mga cool na pelikula ay dapat dumaan sa tatlong pangunahing hakbang upang lumikha at magpakita ng mga makatotohanang 3D na eksena:

1. Paglikha ng isang virtual na 3D na mundo
2. Pagtukoy kung aling bahagi ng mundo ang ipapakita sa screen
3. Pagtukoy kung ano ang magiging hitsura ng isang pixel sa screen upang ang buong imahe ay lumabas bilang makatotohanan hangga't maaari

Paglikha ng isang virtual na 3D na mundo
Siyempre, ang virtual na 3D na mundo ay hindi katulad ng totoong mundo. Ang paglikha ng isang virtual na 3D na mundo ay isang kumplikadong gawain sa computer visualization ng isang mundo na katulad ng tunay, ang paglikha nito ay gumagamit ng isang malaking bilang ng mga tool at kung saan ay nagpapahiwatig ng napakataas na detalye. Kunin, halimbawa, ang isang napakaliit na bahagi ng totoong mundo - ang iyong kamay at ang desktop sa ilalim nito. Ang iyong kamay ay may mga espesyal na katangian na tumutukoy kung paano ito gumagalaw at lumilitaw sa labas. Ang mga kasukasuan ng daliri ay yumuko lamang patungo sa palad, at hindi kabaligtaran dito. Kung pinindot mo ang talahanayan, walang aksyon na mangyayari dito - solid ang talahanayan. Alinsunod dito, hindi makakadaan ang iyong kamay sa iyong desktop. Maaari mong patunayan na ang pahayag na ito ay totoo sa pamamagitan ng pagtingin sa isang bagay na natural, ngunit sa virtual na tatlong-dimensional na mundo ang mga bagay ay ganap na naiiba - sa virtual na mundo ay walang kalikasan, walang mga natural na bagay tulad ng iyong kamay, halimbawa. Ang mga bagay sa virtual na mundo ay ganap na gawa ng tao - ito lamang ang mga katangian na ibinigay sa kanila gamit ang software. Gumagamit ang mga programmer ng mga espesyal na tool at nagdidisenyo ng mga 3D na virtual na mundo nang may labis na pangangalaga upang matiyak na ang lahat ay kumikilos sa isang tiyak na paraan sa lahat ng oras.

Anong bahagi ng virtual na mundo ang ipinapakita sa screen?
Sa anumang oras, ang screen ay nagpapakita lamang ng isang maliit na bahagi ng virtual na 3D na mundo na nilikha para sa laro ng computer. Ang ipinapakita sa screen ay ilang mga kumbinasyon ng mga paraan kung saan tinukoy ang mundo, kung saan ka gagawa ng mga desisyon tungkol sa kung saan pupunta at kung ano ang makikita. Saan ka man pumunta - pasulong o paatras, pataas o pababa, kaliwa o kanan - tinutukoy ng virtual na 3D na mundo sa paligid mo kung ano ang nakikita mo kapag ikaw ay nasa isang partikular na posisyon. Ang nakikita mo ay may katuturan mula sa isang eksena hanggang sa susunod. Kung titingnan mo ang isang bagay mula sa parehong distansya, anuman ang direksyon, dapat itong lumitaw na mataas. Ang bawat bagay ay dapat tumingin at gumagalaw sa paraang naniniwala ka na ito ay may kaparehong masa ng tunay na bagay, na ito ay kasing tigas o malambot ng tunay na bagay, at iba pa.

Ang mga programmer na nagsusulat ng mga laro sa kompyuter ay nagsisikap ng husto sa pagdidisenyo ng mga 3D na virtual na mundo at paggawa ng mga ito para makapaglibot ka nang hindi makatagpo ng anumang bagay na makapagpapaisip sa iyo, "Hindi iyon maaaring mangyari sa mundong ito!" Ang huling bagay na gusto mong makita ay ang dalawang solidong bagay na maaaring dumaan sa isa't isa. Isa itong malinaw na paalala na ang lahat ng nakikita mo ay pakunwaring. Ang ikatlong hakbang ay nagsasangkot ng hindi bababa sa mas maraming kalkulasyon gaya ng iba pang dalawang hakbang at dapat ding mangyari sa real time.

Sa kaliwa ay computer graphics, sa kanan ay isang mocap actor

Pag-iilaw at pananaw

Pagpasok mo sa isang kwarto, binuksan mo ang ilaw. Malamang na hindi ka gumugugol ng maraming oras sa pag-iisip kung paano ito gumagana at kung paano nagmumula ang liwanag sa lampara at naglalakbay sa paligid ng silid. Ngunit ang mga taong nagtatrabaho sa 3D graphics ay kailangang mag-isip tungkol dito dahil ang lahat ng mga ibabaw at nakapalibot na mga wireframe at mga bagay na tulad nito ay kailangang maiilawan. Ang isang paraan, ang ray tracing, ay nagsasangkot ng mga seksyon ng landas na tinatahak ng mga light ray habang nag-iiwan sila ng bombilya, tumatalbog sa mga salamin, dingding at iba pang reflective surface, at sa wakas ay dumapo sa mga bagay na may iba't ibang intensity mula sa iba't ibang anggulo. Mahirap ito, dahil ang isang bombilya ay maaaring makagawa ng isang sinag, ngunit sa karamihan ng mga silid ay maraming mga pinagmumulan ng liwanag ang ginagamit - ilang mga lampara, mga lampara sa kisame (mga chandelier), mga lampara sa sahig, mga bintana, mga kandila, at iba pa.

Ang pag-iilaw ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa dalawang epekto na nagbibigay ng hitsura, timbang, at panlabas na solididad ng mga bagay: obscuration at anino. Ang unang epekto, ang pagtatabing, ay kung saan mas maraming liwanag ang bumabagsak sa isang bagay mula sa isang gilid kaysa sa kabilang panig. Ang pagtatabing ay nagbibigay sa paksa ng maraming naturalismo. Ang pagtatabing na ito ay kung bakit ang mga fold sa kumot ay malalim at malambot at ang matataas na cheekbones ay mukhang kapansin-pansin. Ang mga pagkakaibang ito sa intensity ng liwanag ay nagpapatibay sa pangkalahatang ilusyon na ang isang bagay ay may lalim pati na rin ang taas at lapad. Ang ilusyon ng masa ay nagmula sa pangalawang epekto - anino.

Ang mga solid ay naglalagay ng mga anino kapag ang liwanag ay bumagsak sa kanila. Makikita mo ito kapag pinagmamasdan mo ang anino na ibinabato ng sundial o puno sa bangketa. Samakatuwid, nakasanayan na nating makakita ng mga tunay na bagay at mga taong naghahagis ng mga anino. Sa 3D, muling pinalalakas ng anino ang ilusyon, na lumilikha ng epekto ng pagiging nasa totoong mundo sa halip na sa isang screen ng mga mathematically generated na hugis.

Pananaw
Ang pananaw ay isang salita na maaaring mangahulugan ng maraming bagay, ngunit aktwal na naglalarawan ng isang simpleng epekto na nakita ng lahat. Kung tatayo ka sa gilid ng isang mahaba at tuwid na kalsada at titingin sa malayo, tila nagsalubong ang magkabilang gilid ng kalsada sa isang punto sa abot-tanaw. Gayundin, kung ang mga puno ay malapit sa kalsada, ang mga puno sa malayo ay lilitaw na mas maliit kaysa sa mga punong mas malapit sa iyo. Sa katunayan, ang mga puno ay lilitaw na nagtatagpo sa isang tiyak na punto sa abot-tanaw na nabuo malapit sa kalsada, ngunit hindi ito ang kaso. Kapag ang lahat ng mga bagay sa isang eksena ay lumilitaw na nagtatagpo sa isang punto sa kalayuan, ito ay pananaw. Mayroong maraming mga pagkakaiba-iba ng epekto na ito, ngunit karamihan sa mga 3D graphics ay gumagamit ng parehong punto ng view na inilarawan ko.

Lalim ng field

Ang isa pang optical effect na matagumpay na ginamit upang lumikha ng mga three-dimensional na graphic na bagay ay ang depth of field. Gamit ang aking halimbawa sa mga puno, bilang karagdagan sa itaas, isa pang kawili-wiling bagay ang mangyayari. Kung titingnan mo ang mga punong malapit sa iyo, ang mga puno sa malayo ay lalabas na wala sa focus. Ginagamit ng mga direktor ng pelikula at mga computer animator ang epektong ito, depth of field, para sa dalawang layunin. Ang una ay upang mapahusay ang ilusyon ng lalim sa eksenang tinitingnan ng user. Ang pangalawang layunin ay ang paggamit ng mga direktor ng depth of field ay nakatuon ang kanilang atensyon sa mga paksa o aktor na itinuturing na pinakamahalaga. Upang maakit ang iyong pansin sa isang tao maliban sa pangunahing tauhang babae ng pelikula, halimbawa, maaaring gumamit ng "mababaw na lalim ng larangan", kung saan ang aktor lamang ang nakatutok. Ang isang eksena na idinisenyo upang magbigay sa iyo ng isang buong impression ay sa halip ay gagamit ng "deep depth of field" upang panatilihing nakatutok ang pinakamaraming bagay hangga't maaari at sa gayon ay makikita ng manonood.

Nagpapakinis

Ang isa pang epekto na umaasa din sa panlilinlang sa mata ay anti-aliasing. Ang mga digital graphics system ay napakahusay sa paglikha ng mga malulutong na linya. Ngunit nangyayari rin na ang mga diagonal na linya ay may mataas na kamay (madalas silang lumilitaw sa totoong mundo, at pagkatapos ay ang computer ay gumagawa ng mga linya na mas nakapagpapaalaala sa mga hagdan (sa palagay ko alam mo kung ano ang isang hagdan kapag sinuri mo ang bagay ng imahe nang detalyado )). Kaya, para linlangin ang iyong mata na makakita ng makinis na curve o linya, maaaring magdagdag ang computer ng ilang partikular na kulay ng kulay sa mga hilera ng mga pixel na nakapalibot sa linya. Sa ganitong "kulay na kulay abong" ng mga pixel, talagang dinadaya ng computer ang iyong mga mata, at samantala, iniisip mo na wala nang mga tulis-tulis na hakbang. Ang prosesong ito ng pagdaragdag ng mga extra colored pixels para linlangin ang mata ay tinatawag na anti-aliasing, at isa ito sa mga technique na manu-manong ginawa ng 3D computer graphics. Ang isa pang mapaghamong gawain para sa isang computer ay ang paglikha ng 3D animation, isang halimbawa nito ay ipapakita sa iyo sa susunod na seksyon.

Mga tunay na halimbawa

Kapag ang lahat ng mga trick na inilarawan ko sa itaas ay ginamit nang magkasama upang lumikha ng isang nakamamanghang tunay na eksena, ang resulta ay umaayon sa pagsisikap. Ang pinakabagong mga laro, pelikula, at mga bagay na binuo ng makina ay pinagsama sa mga photographic na background upang mapahusay ang ilusyon. Makakakita ka ng mga kamangha-manghang resulta kapag inihambing mo ang mga larawan at isang eksenang nabuo sa computer.

Ang larawan sa itaas ay nagpapakita ng isang tipikal na opisina na gumagamit ng bangketa bilang pasukan. Sa isa sa mga sumusunod na larawan, isang simpleng plain ball ang inilagay sa bangketa at ang eksena ay nakuhanan ng larawan. Ang ikatlong litrato ay kumakatawan sa paggamit ng isang computer graphics program, na lumikha ng isang bola na talagang wala sa litratong ito. Masasabi mo bang may anumang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang larawang ito? Sa tingin ko hindi.

Paglikha ng animation at live na pagkilos na mga pagpapakita

Sa ngayon, tinitingnan namin ang mga tool na ginagawang mas makatotohanan ang anumang digital na imahe—kung ang larawan ay isang still o bahagi ng isang animation sequence. Kung ito ay isang animated na pagkakasunud-sunod, kung gayon ang mga programmer at taga-disenyo ay gagamit ng higit pang iba't ibang mga visual na trick upang lumikha ng hitsura ng "live na aksyon" sa halip na mga larawang binuo ng computer.

Ilang frame bawat segundo?
Kapag nanood ka ng blockbuster na pelikula sa lokal na sinehan, ang pagkakasunud-sunod ng mga larawang tinatawag na mga frame ay tumatakbo sa 24 na mga frame bawat segundo. Dahil ang aming mga retina ay nagpapanatili ng isang imahe nang bahagyang mas mahaba kaysa sa 1/24 ng isang segundo, ang mga mata ng karamihan sa mga tao ay maghahalo sa mga frame sa isang tuloy-tuloy na imahe ng paggalaw at pagkilos.

Kung hindi mo naiintindihan ang isinulat ko, tingnan natin ito sa ganitong paraan: nangangahulugan ito na ang bawat frame ng isang pelikula ay isang litratong kinunan sa bilis ng shutter (exposure) na 1/24 ng isang segundo. Kaya, kung titingnan mo ang isa sa maraming mga frame ng isang karera ng pelikula, makikita mo na ang ilan sa mga karerang kotse ay "blur" dahil ang mga ito ay pinaandar ng napakabilis habang nakabukas ang camera. Ang kalabuan na ito ng mga bagay na nilikha ng mabilis na paggalaw ay kung ano ang nakasanayan nating makita, at ito ay bahagi ng kung ano ang nagiging totoo sa atin ng isang imahe kapag tinitingnan natin ito sa isang screen.

Gayunpaman, ang mga digital na 3D na imahe ay hindi mga litrato, kaya walang epekto ng pag-blur kapag gumagalaw ang paksa sa frame habang kumukuha. Upang gawing mas makatotohanan ang mga larawan, ang blur ay dapat na tahasang idagdag ng mga programmer. Ang ilang mga designer ay naniniwala na ito ay tumatagal ng higit sa 30 mga frame sa bawat segundo upang "pagtagumpayan" ang kakulangan ng natural na blur, kung kaya't ang mga laro ay itinulak sa susunod na antas - 60 mga frame bawat segundo. Bagama't binibigyang-daan nito ang bawat indibidwal na larawan na lumitaw nang may mahusay na detalye at magpakita ng mga gumagalaw na bagay sa mas maliliit na pagtaas, makabuluhang pinapataas nito ang bilang ng mga frame para sa isang naibigay na animated na pagkakasunud-sunod ng pagkilos. Mayroong iba pang mga partikular na piraso ng imahe kung saan ang tumpak na pag-render ng computer ay dapat isakripisyo para sa kapakanan ng pagiging totoo. Nalalapat ito sa parehong gumagalaw at nakatigil na mga bagay, ngunit iyon ay isang ganap na naiibang kuwento.

Tara na sa dulo

Ang mga computer graphics ay patuloy na humahanga sa buong mundo sa pamamagitan ng paglikha at pagbuo ng isang malawak na iba't ibang mga tunay na makatotohanang gumagalaw at hindi gumagalaw na mga bagay at eksena. Mula sa 80 column at 25 linya ng monochrome na text, ang mga graphics ay umunlad nang malaki, at malinaw ang resulta - milyon-milyong tao ang naglalaro at nagpapatakbo ng iba't ibang uri ng simulation gamit ang teknolohiya ngayon. Ipaparamdam din ng mga bagong 3D processor ang kanilang presensya - salamat sa kanila, magagawa nating literal na galugarin ang iba pang mga mundo at maranasan ang mga bagay na hindi natin pinangahasang subukan sa totoong buhay. Sa wakas, bumalik sa halimbawa ng bola: paano nilikha ang eksenang ito? Ang sagot ay simple: ang imahe ay may bola na binuo ng computer. Hindi madaling sabihin kung alin sa dalawa ang genuine, di ba? Ang ating mundo ay kamangha-mangha at dapat nating ipamuhay ito. Umaasa ako na nakita mo itong kawili-wili at natutunan mo ang isa pang piraso ng kawili-wiling impormasyon.

Ang three-dimensional na graphics ay hindi kinakailangang may kasamang projection sa isang eroplano.....

Encyclopedic YouTube

1 / 5

✪ Teorya ng 3D Graphics, aralin 01 - Panimula sa 3D Graphics

✪ Computer graphics sa sinehan

✪ Lektura 1 | Computer graphics | Vitaly Galinsky | Lectorium

✪ 12 - Computer graphics. Mga pangunahing konsepto ng computer graphics

✪ Lektura 4 | Computer graphics | Vitaly Galinsky | Lectorium

Mga subtitle

Aplikasyon

Ang tatlong-dimensional na graphics ay aktibong ginagamit upang lumikha ng mga larawan sa isang screen plane o isang sheet ng mga naka-print na materyales sa agham at industriya, halimbawa, sa mga sistema ng automation ng disenyo (CAD; para sa paglikha ng mga solidong elemento: mga gusali, mga bahagi ng makina, mga mekanismo), visualization ng arkitektura (kabilang din dito ang tinatawag na “virtual archaeology”), sa mga modernong sistemang medikal visualization.

Ang pinakamalawak na paggamit ay sa maraming modernong mga laro sa computer, pati na rin bilang isang elemento ng sinehan, telebisyon, at mga naka-print na produkto.

Ang mga three-dimensional na graphics ay karaniwang tumatalakay sa virtual, haka-haka na three-dimensional na espasyo na ipinapakita sa isang patag, dalawang-dimensional na ibabaw ng isang display o sheet ng papel. Sa kasalukuyan, maraming mga pamamaraan ang kilala para sa pagpapakita ng tatlong-dimensional na impormasyon sa volumetric na anyo, bagaman karamihan sa mga ito ay kumakatawan sa mga katangian ng volumetric na napaka-kondisyon, dahil gumagana ang mga ito sa isang stereo na imahe. Mula sa lugar na ito mapapansin natin ang mga stereo glass, virtual helmet, 3D display na may kakayahang magpakita ng three-dimensional na imahe. Nagpakita ang ilang mga tagagawa ng mga 3D na display na handa sa produksyon. Gayunpaman, hindi pa rin pinapayagan ng mga 3D na display ang paglikha ng isang ganap na pisikal, nasasalat na kopya ng mathematical model na nilikha ng mga three-dimensional na pamamaraan ng graphics. Ang mabilis na prototyping na mga teknolohiya na umuunlad mula noong 1990s ay nagsasara ng puwang na ito. Dapat pansinin na ang mabilis na mga teknolohiya ng prototyping ay gumagamit ng isang representasyon ng modelo ng matematika ng isang bagay sa anyo ng isang solidong katawan (modelo ng voxel).

Paglikha

Upang makakuha ng isang three-dimensional na imahe sa isang eroplano, ang mga sumusunod na hakbang ay kinakailangan:

• pagmomodelo- paglikha ng isang three-dimensional na modelo ng matematika ng eksena at mga bagay sa loob nito;
• pag-texture- pagtatalaga ng mga texture ng raster o pamamaraan sa mga ibabaw ng modelo (nagpapahiwatig din ng pagtatakda ng mga katangian ng materyal - transparency, reflection, pagkamagaspang, atbp.);
• pag-iilaw- pag-install at pagsasaayos;
• animation(sa ilang mga kaso) - pagbibigay ng paggalaw sa mga bagay;
• dynamic na simulation(sa ilang mga kaso) - awtomatikong pagkalkula ng pakikipag-ugnayan ng mga particle, matitigas/malambot na katawan, atbp. na may simulate na puwersa ng gravity, hangin, buoyancy, atbp., pati na rin sa bawat isa;
• rendering(visualization) - pagbuo ng isang projection alinsunod sa napiling pisikal na modelo;
• compositing(layout) - pagpipino ng imahe;
• i-output ang resultang imahe sa isang output device - isang display o isang espesyal na printer.

Pagmomodelo

Ang pinakasikat na mga pakete para lamang sa pagmomodelo ay:

• Robert McNeel at Assoc. Rhinoceros 3D ;

Upang lumikha ng isang three-dimensional na modelo ng isang tao o nilalang, ang Sculpture ay maaaring gamitin bilang isang prototype (sa karamihan ng mga kaso).

Texturing

SketchUp

Visualization ng 3D graphics sa mga laro at application

Mayroong ilang mga software library para sa pag-visualize ng 3D graphics sa mga application program - DirectX, OpenGL at iba pa.

Mayroong ilang mga diskarte sa pagpapakita ng 3D graphics sa mga laro - buong 3D, pseudo-3D.

Ang ganitong mga pakete ay hindi kahit na palaging pinapayagan ang gumagamit na patakbuhin ang modelong 3D nang direkta, halimbawa, mayroong OpenSCAD package, ang modelo kung saan nabuo sa pamamagitan ng pagpapatupad ng isang script na binuo ng gumagamit na nakasulat sa isang espesyal na wika.

Mga 3D na display

Three-dimensional o stereoscopic na mga display, (Mga 3D na display, 3D na mga screen) - ipinapakita na, sa pamamagitan ng stereoscopic o ilang iba pang epekto, lumilikha ng ilusyon ng totoong volume sa mga ipinapakitang larawan.

Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga three-dimensional na imahe ay ipinapakita gamit ang stereoscopic effect, dahil ito ang pinakamadaling ipatupad, kahit na ang paggamit ng stereoscopy lamang ay hindi matatawag na sapat para sa three-dimensional na perception. Ang mata ng tao, kapwa pares at nag-iisa, ay pantay na mahusay sa pagkilala sa mga tatlong-dimensional na bagay mula sa mga flat na imahe [ ] .

Ang mga three-dimensional na graphics ngayon ay naging matatag na sa ating buhay na kung minsan ay hindi natin pinapansin ang mga pagpapakita nito.

Sa pagtingin sa isang billboard na naglalarawan sa loob ng isang silid o isang video sa pag-advertise tungkol sa ice cream, nanonood ng mga frame ng isang pelikulang puno ng aksyon, wala kaming ideya na sa likod ng lahat ng ito ay nakasalalay ang maingat na gawain ng isang master ng 3D graphics.

Ang 3D graphics ay

3D graphics (three-dimensional na graphics) ay isang espesyal na uri ng computer graphics - isang hanay ng mga pamamaraan at tool na ginagamit upang lumikha ng mga larawan ng mga 3D na bagay (mga three-dimensional na bagay).

Hindi mahirap na makilala ang isang 3D na imahe mula sa isang two-dimensional na isa, dahil ito ay nagsasangkot ng paglikha ng isang geometric projection ng isang 3D na modelo ng eksena papunta sa isang eroplano gamit ang mga espesyal na produkto ng software. Ang resultang modelo ay maaaring isang bagay mula sa katotohanan, halimbawa isang modelo ng isang bahay, kotse, kometa, o maaari itong maging ganap na abstract. Ang proseso ng pagbuo ng tulad ng isang three-dimensional na modelo ay tinatawag at naglalayong, una sa lahat, sa paglikha ng isang visual na three-dimensional na imahe ng modelong bagay.

Ngayon, batay sa 3D graphics, maaari kang lumikha ng isang napakatumpak na kopya ng isang tunay na bagay, lumikha ng bago, at bigyang-buhay ang mga pinaka-hindi makatotohanang ideya sa disenyo.

Ang mga teknolohiya ng 3D graphics at mga teknolohiya sa pag-print ng 3D ay tumagos sa maraming lugar ng aktibidad ng tao at nagdala ng napakalaking kita.

Ang mga 3D na imahe ay nagbobomba sa amin araw-araw sa telebisyon, sa mga pelikula, habang nagtatrabaho sa mga computer at sa mga 3D na laro, mula sa mga billboard, na malinaw na kumakatawan sa kapangyarihan at mga tagumpay ng 3D graphics.

Ang mga nakamit ng modernong 3D graphics ay ginagamit sa mga sumusunod na industriya

1. Sinematograpiya at animation- paglikha ng mga three-dimensional na character at makatotohanang mga special effect . Paglikha ng mga laro sa kompyuter- pagbuo ng mga 3D na character, virtual reality na kapaligiran, mga 3D na bagay para sa mga laro.
2. Advertising- Ang mga kakayahan ng 3D graphics ay nagbibigay-daan sa iyo upang maipakita ang isang produkto sa merkado gamit ang 3D graphics na maaari kang lumikha ng ilusyon ng isang kristal na puting kamiseta o masarap na fruit ice cream na may mga chocolate chips, atbp. Kasabay nito, sa katotohanan, ang ina-advertise na produkto ay maaaring magkaroon ng maraming mga pagkukulang na madaling maitago sa likod ng maganda at mataas na kalidad na mga imahe.
3. Panloob na disenyo- Ang disenyo at pagbuo ng panloob na disenyo ay hindi rin magagawa nang walang three-dimensional na graphics ngayon. Ginagawang posible ng mga teknolohiyang 3D na lumikha ng mga makatotohanang 3D na modelo ng muwebles (sofa, armchair, upuan, dibdib ng mga drawer, atbp.), na tumpak na inuulit ang geometry ng bagay at lumikha ng imitasyon ng materyal. Gamit ang 3D graphics, maaari kang lumikha ng isang video na nagpapakita ng lahat ng mga palapag ng dinisenyong gusali, na maaaring hindi pa nagsimula sa pagtatayo.

Mga hakbang upang lumikha ng isang 3D na imahe

Upang makakuha ng 3D na imahe ng isang bagay, dapat mong kumpletuhin ang mga sumusunod na hakbang

1. Pagmomodelo- pagbuo ng isang mathematical 3D na modelo ng pangkalahatang eksena at mga bagay nito.
2. Texturing kabilang ang paglalapat ng mga texture sa mga nilikhang modelo, pagsasaayos ng mga materyales at paggawa ng mga modelo na mukhang makatotohanan.
3. Mga setting ng ilaw.
4. (gumagalaw na mga bagay).
5. Nagre-render- ang proseso ng paglikha ng isang imahe ng isang bagay gamit ang isang naunang nilikha na modelo.
6. Pagbubuo o pagbubuo- post-processing ng nagresultang imahe.

Pagmomodelo- paglikha ng virtual na espasyo at mga bagay sa loob nito, kasama ang paglikha ng iba't ibang geometry, materyales, light source, virtual camera, karagdagang mga special effect.

Ang pinakakaraniwang mga produkto ng software para sa 3D modeling ay: Autodesk 3D max, Pixologic Zbrush, Blender.

Texturing ay isang overlay sa ibabaw ng isang nilikhang three-dimensional na modelo ng isang raster o vector na imahe na nagbibigay-daan sa iyong ipakita ang mga katangian at materyal ng isang bagay.

Pag-iilaw- paglikha, setting ng direksyon at pagsasaayos ng mga pinagmumulan ng ilaw sa ginawang eksena. Ang mga graphic na 3D editor, bilang panuntunan, ay gumagamit ng mga sumusunod na uri ng light source: spot light (divergent rays), omni light (omnidirectional light), directional light (parallel rays), atbp. Ginagawang posible ng ilang editor na lumikha ng volumetric glow source (Sphere light).

Ang 3D graphics ay ang proseso ng paglikha ng isang three-dimensional na modelo gamit ang mga espesyal na programa sa computer. Ang ganitong uri ng computer graphics ay nakakuha ng maraming mula sa vector, pati na rin sa raster computer graphics. Batay sa mga drawing, drawing, detalyadong paglalarawan o anumang iba pang graphic o text na impormasyon, ang isang 3D na taga-disenyo ay lumilikha ng isang three-dimensional na imahe.

Sa isang espesyal na programa, ang modelo ay maaaring matingnan mula sa lahat ng panig (itaas, ibaba, gilid), na binuo sa anumang eroplano at sa anumang kapaligiran. Ang three-dimensional na computer graphics, tulad ng mga vector, ay object-oriented, na nagbibigay-daan sa iyong baguhin ang parehong mga elemento ng isang three-dimensional na eksena, pati na rin ang bawat object nang paisa-isa. Ang ganitong uri ng computer graphics ay may malaking potensyal na suportahan ang teknikal na pagguhit. Gamit ang mga graphic editor ng three-dimensional na computer graphics, maaari kang lumikha ng mga visual na larawan ng mga bahagi at mga produktong mekanikal na inhinyero, pati na rin magsagawa ng prototyping ng mga gusali at mga bagay sa arkitektura na pinag-aralan sa kaukulang seksyon ng pagguhit ng arkitektura at konstruksiyon. Kasabay nito, maaaring ibigay ang graphic na suporta para sa mga naturang seksyon ng mapaglarawang geometry bilang perspektibo, axonometric at orthogonal projection, dahil ang mga prinsipyo ng pagbuo ng mga imahe sa tatlong-dimensional na computer graphics ay bahagyang hiniram mula sa kanila.

Ang three-dimensional na graphics ay maaaring maging anumang kumplikado. Maaari kang lumikha ng isang simpleng 3D na modelo, na may mababang detalye at isang pinasimpleng hugis. O maaari itong maging isang mas kumplikadong modelo, kung saan ang pinakamaliit na mga detalye, mga texture ay ginawa, ang mga propesyonal na diskarte ay ginagamit (mga anino, reflection, light repraksyon, at iba pa). Siyempre, seryoso itong nakakaapekto sa gastos ng tapos na modelong 3D, ngunit pinapayagan ka nitong palawakin ang paggamit ng modelong 3D.

Saan ginagamit ang 3D graphics?

Ang three-dimensional na pagmomodelo (3D graphics) ay ginagamit ngayon sa maraming lugar. Siyempre, una sa lahat, ito ay konstruksiyon. Ito ay maaaring isang modelo ng isang tahanan sa hinaharap, alinman sa isang pribado, apartment o gusali ng opisina, o sa katunayan ng anumang pasilidad na pang-industriya. Bilang karagdagan, ang visualization ay aktibong ginagamit sa mga proyekto ng panloob na disenyo.

Ang mga modelong 3D ay napakapopular sa pagbuo ng website. Upang lumikha ng isang espesyal na epekto, ang ilang mga tagalikha ng website ay nagdaragdag hindi lamang ng mga graphic na elemento sa disenyo, ngunit ang mga three-dimensional na modelo, kung minsan ay animated pa nga. Ang tatlong-dimensional na mga programa at teknolohiya sa pagmomolde ay malawakang ginagamit sa pagmamanupaktura, halimbawa, sa paggawa ng mga kasangkapan sa gabinete, at sa pagtatayo, halimbawa, upang lumikha ng isang photorealistic na proyekto ng disenyo para sa isang silid sa hinaharap. Maraming taga-disenyo ang matagal nang lumipat mula sa paggamit ng ruler at lapis tungo sa modernong three-dimensional na mga programa sa computer. Unti-unti, ang ibang mga kumpanya, pangunahin ang pagmamanupaktura at pangangalakal, ay pinagkadalubhasaan ang mga bagong teknolohiya.

Siyempre, ang mga modelong 3D ay pangunahing ginagamit para sa mga layunin ng pagpapakita. Ang mga ito ay kailangang-kailangan para sa mga pagtatanghal, eksibisyon, at ginagamit din sa pakikipagtulungan sa mga kliyente kung kinakailangan upang malinaw na ipakita kung ano ang magiging huling resulta. Bilang karagdagan, ang mga pamamaraan ng three-dimensional na pagmomodelo ay kinakailangan kung saan kinakailangan upang ipakita sa dami ang tapos na mga bagay o mga bagay na umiral noong unang panahon. Ang pagmomodelo ng 3D ay hindi lamang ang hinaharap, kundi pati na rin ang nakaraan at kasalukuyan.

Mga Pakinabang ng 3D Modeling

Ang pagmomodelo ng 3D ay may maraming mga pakinabang sa iba pang mga pamamaraan ng visualization. Ang three-dimensional na pagmomodelo ay nagbibigay ng napakatumpak na modelo na mas malapit sa katotohanan hangga't maaari. Nakakatulong ang mga modernong programa na makamit ang mataas na detalye. Kasabay nito, ang visibility ng proyekto ay tumataas nang malaki. Ang pagpapahayag ng isang three-dimensional na bagay sa isang two-dimensional na eroplano ay hindi madali, habang ginagawang posible ng 3D visualization na maingat na magtrabaho at, higit sa lahat, tingnan ang lahat ng mga detalye. Ito ay isang mas natural na paraan ng visualization.

Napakadaling gumawa ng halos anumang pagbabago sa 3D na modelo. Maaari mong baguhin ang proyekto, alisin ang ilang bahagi at magdagdag ng mga bago. Ang iyong imahinasyon ay halos walang limitasyon, at maaari mong mabilis na piliin ang opsyon na pinakaangkop sa iyo.

Gayunpaman, ang 3D modeling ay hindi lamang maginhawa para sa kliyente. Ang mga propesyonal na programa ay nagbibigay din ng maraming benepisyo sa tagagawa. Mula sa isang three-dimensional na modelo maaari mong madaling makuha ang isang pagguhit ng anumang mga bahagi o ang buong istraktura. Sa kabila ng katotohanan na ang paglikha ng isang three-dimensional na modelo ay isang medyo labor-intensive na proseso, ang pagtatrabaho dito sa hinaharap ay mas madali at mas maginhawa kaysa sa tradisyonal na mga guhit. Bilang resulta, ang oras ng disenyo ay makabuluhang nabawasan at nababawasan ang mga gastos.

Ang mga nakatalagang programa ay nagbibigay-daan sa pagsasama sa anumang iba pang propesyonal na software, tulad ng mga aplikasyon sa engineering, mga tool sa makina o mga programa sa accounting. Ang pagpapatupad ng mga naturang solusyon sa produksyon ay nagbibigay ng makabuluhang pagtitipid sa mga mapagkukunan, makabuluhang nagpapalawak ng mga kakayahan ng negosyo, pinapasimple ang trabaho at nagpapabuti sa kalidad nito.

Mga programa sa pagmomodelo ng 3D

Mayroong isang malaking bilang ng iba't ibang mga programa para sa 3D modeling. Kaya, ang isa sa mga sikat na programa na espesyal na idinisenyo para sa paglikha ng three-dimensional na graphics at interior design ay ang 3D Studio MAX program. Binibigyang-daan ka nitong makatotohanang mailarawan ang mga bagay na may iba't ibang kumplikado. Bilang karagdagan, ginagawang posible ng "3D Studio MAX" na i-compose ang mga ito, itakda ang mga trajectory ng paggalaw at, sa huli, kahit na lumikha ng isang ganap na video na kinasasangkutan ng mga three-dimensional na modelo. Bagaman ang ganitong gawain, siyempre, ay nangangailangan ng isang espesyalista na magkaroon ng malubhang kasanayan, pati na rin ang malalaking mapagkukunan ng computer, pangunahin ang memorya at bilis ng processor.

Ang editor ng Maya ay pinangalanan pagkatapos ng salitang Sanskrit na nangangahulugang ilusyon. Ang Maya ay binuo ng Alias ​​​​Systems. Noong Oktubre 2005, pinagsama si Alias ​​sa Autodesk. Ang Maya ay mas karaniwang ginagamit upang lumikha ng animation at 3D effect sa mga pelikula.