Tridimenzionalna grafika je graf, ki uporablja tridimenzionalne predstavitve geometrijskih figur (pogosto kartezijanskih), ki so shranjene v računalniku za namene izračunov in vizualizacije dvodimenzionalnih slik. Takšne slike lahko shranite za kasnejši ogled ali jih prikažete v realnem času.

Kaj je to?

Tridimenzionalna računalniška grafika se zanaša na veliko enakih algoritmov kot dvodimenzionalni računalniški vektor v okvirnem modelu in dvodimenzionalni računalniški raster v končni prikazani sliki. V računalniških grafičnih aplikacijah lahko 2D programi uporabljajo 3D metode za ustvarjanje podobnih učinkov (na primer osvetlitev), 3D pa lahko uporablja 2D metode upodabljanja.


Tridimenzionalna grafika se pogosto imenuje 3D modeli. Poleg upodobljene slike je model vsebovan v grafični podatkovni datoteki. Vendar pa obstajajo razlike: tridimenzionalni model je matematična predstavitev vsakega tridimenzionalnega objekta. Tehnično ni grafika, dokler se ne prikaže. Lahko se prikaže vizualno kot dvodimenzionalna slika z uporabo procesa, ki se imenuje 3D vizualizacija, ali se uporablja v ne-grafičnih računalniških simulacijah in izračunih. Pri 3D tiskanju so ti modeli podobno preoblikovani v tridimenzionalno fizično predstavitev z omejitvami natančnosti upodabljanja za virtualni model.

Zgodovina tehnologije

Tridimenzionalni grafični sistem ima dolgo zgodovino. William FetterIzraz "računalniška grafika" je bil od leta 1961 dodeljen za opis dela v Boeingu. Eno prvih del v slogu računalniške animacije je bilo Futureworld (1976), ki je vključevalo animacijo človeškega obraza in rok. Ta tehnologija se je prvotno pojavila v poskusni kratki seriji Računalniška animirana roka 1972, ki so jo ustvarili študenti Univerze v Utahu pri Edwinu Catmallu in Fredu Parku. Od takrat je tridimenzionalna grafika - to je najnovejša tehnologija, ki se je začela zelo aktivno razvijati do danes.


Tridimenzionalna grafika se je začela pojavljati za domače računalnike v poznih 1970-ih. Prvi znan primer je 3D Art Graphics - niz tridimenzionalnih računalniških grafičnih učinkov, ki jih je napisal Kazumasa Mitazawa in izdan junija 1978 za Apple II.

Kako se to izvaja?

Ustvarjanje tridimenzionalne grafike je razdeljeno na tri glavne faze:

3D-simulacija - je proces ustvarjanja računalniškega modela, ki odraža obliko objekta.

Postavitev in animacija - postavitev in premikanje objektov znotraj prizora.

3D upodabljanje - računalniški izračuni, ki ustvarjajo podobe na podlagi lokacije svetlobe, tipov površin in drugih lastnosti.

Simulacija

Simulacija opisuje proces oblikovanja oblike objekta. Dva najpogostejša vira tridimenzionalnih modelov sta naslednja:

tista, ki jih umetnik ali inženir ustvarja na računalniku s katerim koli orodjem tridimenzionalne simulacije;

modeli, skenirani v računalnik iz realnih objektov.

Lahko se izvedejo tudi postopkovno ali s pomočjofizična simulacija. V bistvu je tridimenzionalni model sestavljen iz točk, imenovanih tocke, ki dolocajo obliko in oblikujejo poligone. Za to se uporablja konstrukcija tridimenzionalnih grafov.
Poligon je območje, ki ga tvori vsaj tri tocke (trikotnik). Po drugi strani je poligon z n točkami n-kot. Celovitost modela kot celote in njegova primernost za animacijo sta odvisni od njegove strukture. Da bi bila funkcionalna, je treba pravilno zgraditi tridimenzionalni graf.

Simulacijski postopek

Obstajajo tri najpogostejše metode za predstavitev modela. Razlikujejo se na naslednji način:

Poligonalne - točke v tridimenzionalnem prostoru, imenovane vertices, združene po segmentih, ki tvorijo poligonalno mrežo. Večina sodobnih tridimenzionalnih modelov je zgrajena kot teksturirana poligonalna, saj so fleksibilni in računalniki jih lahko zelo hitro prikažejo. Vendar so poligoni ploski in se lahko približa le ukrivljenim površinam, pri čemer uporablja veliko poligonov.

Simulacijo krivuljnih površin določajo krivulje, na katere vplivajo tehtane kontrolne točke. Krivulja mora (vendar ne nujno interpolirati) točk. Če povečate težo točke, se bo krivulja približala. Vrste krivulj vključujejo heterogene racionalne B-zlepke (NURBS), obliže, zlepke in geometrijske primitive.

Digitalna je še vedno sorazmerno nova tehnika modeliranja. V zadnjih nekaj letih je postala zelo priljubljena.

Danes obstajajo tri vrste digitalnega modeliranja:

Premik, ki je najbolj razširjenuporabljajo v aplikacijah. V tem trenutku se uporablja zgoščen model (ki ga pogosto ustvarjajo površine razdelitev poligonalne nadzorne mreže), ki shranjuje nove prostore za vozlišča s slikovnim zemljevidom, na katerem se shranijo prilagojeni položaji.

Volumetrični, šibko zasnovan na vokselih, ki imajo podobne možnosti premikanja, vendar ne trpi zaradi raztezanja meja, kadar ni dovolj točk za dosego deformacije predmeta.

Dinamična teselacija je podobna vokselu, vendar loči površino s triangulacijo, da se ohrani gladka površina in dobijo bolj fine podrobnosti.

Simulacijo lahko izvedete s posebnim programom (npr. Cinema 4D, 3ds Max, Maya, Blender, Modo, LightWave) ali aplikacijsko komponento (Shaper, Lofter v 3ds Max) ali z nekim jezikom opisa scene (kot v POV) -Ray) Včasih ni strogega razlikovanja med temi fazami. V teh primerih je modeliranje tridimenzionalne grafike le del procesa ustvarjanja scene. Kompleksni materiali, kot so premikajoči se pesek, oblaki in pršilne tekočine, se modelirajo z uporabo sistemov delcev in predstavljajo maso tridimenzionalnih koordinat, ki so dodeljene točke, poligoni, teksture ali spirale.

Materiali in teksture

Materiali in teksture so lastnosti, ki jih motor za upodabljanje uporablja za izdelavo modela. V nesestavljenem mehanizmu za upodabljanje, kot so cikli mešalnika, lahko navedete motor na podlagi materiala modela. Na primer, nastavite lahko, kako ravnati s svetlobo, ko se dotakne površine.

Teksture se uporabljajo za barvanje materiala z uporabo barvne karte ali albeda ali dodajanje površinskih značilnosti z uporabo zemljevida neenakosti ali normalnosti. Lahko se uporablja tudi za spreminjanje samega modela z uporabo zemljevida, ki povzroča pristranskost. Kljub temu, da je ustvarjen s konstrukcijo tridimenzionalnih grafov, imajo ti procesi močan vpliv.

Postavitev in animacija

Pred upodabljanjem slik je treba predmete namestiti v kompozicijo. To določa prostorske odnose med različnimi objekti, vključno z njihovo velikostjo in lokacijo. Animacija je začasen opis predmeta (to je, kako se premika in spreminja skozi čas). Skupne metode vključujejo obrezovanje, povratno kinematiko in gibanje s pastmi. Ta orodja se pogosto uporabljajo v povezavi in ​​neposredno vplivajo na zmogljivost tridimenzionalne grafike. Kot pri animaciji tudi fizično modeliranje postavlja gibanje.

Kaj je upodabljanje?

Rendering model spremeni v sliko s simulacijo prenosa svetlobe za pridobivanje fotorealističnih slik ali z uporabo umetniškega sloga, kot v primeru neorealističnega upodabljanja. Pri realističnem upodabljanju dve glavni operaciji nosita (koliko svetlobe pade z ene lokacije na drugo) in raztros (površinska interakcija s svetlobo). Običajno se ta korak izvaja z uporabo programske opreme za računalniško 3D grafiko ali API za to. Spremenite prizor vOblika, primerna za vizualizacijo, vključuje tudi tridimenzionalno projekcijo, ki odraža tridimenzionalno sliko v dveh dimenzijah. Čeprav lahko 3D-modeliranje in CAD izvajajo tudi 3D upodabljanje (na primer Autodesk 3DS Max ali Blender), obstaja tudi ekskluzivna programska oprema za 3D upodabljanje.

Programska oprema

Programska oprema 3D grafike ustvarja računalniške slike (CGI) z uporabo 3D modeliranja in upodabljanja. Ali pa ustvarite modele za analitične, znanstvene in industrijske namene. Programska oprema za 3D modeliranje je razred za tridimenzionalno računalniško grafiko, ki se uporablja za ustvarjanje tridimenzionalnih modelov. Ločeni programi tega razreda se imenujejo storitve modeliranja ali razvijalci modelov. Takšne storitve uporabnikom omogočajo izvajanje in spreminjanje modelov z uporabo 3D omrežja. Zato lahko umetniki po svoji presoji odštejejo, dodajo, raztegnejo in drugače spremenijo mrežo. Modele lahko gledate pod različnimi koti, običajno ob istem času. Lahko jih zavrtite in pogled - povečate in zmanjšate. Večina 3D programov vključuje številne sorodne možnosti, kot so prehodi žarkov in druge alternative upodabljanja in prekrivne strukture. Nekatere ponujajo tudi funkcije, ki podpirajo ali dovoljujejo animacijske vzorce. Številni lahko ustvarijo video posnetke polnega gibanja iz niza upodobljenih prizorov (npr. Animacije).

Avtomatizirani sistemi za načrtovanje

Tridimenzionalna grafika je rezultat interakcije različnih storitev. Programska opremaza avtomatizirano oblikovanje lahko uporabimo enake osnovne metode kot za samo modeliranje, vendar je njihov namen drugačen. Uporabljajo se v računalniškem oblikovanju, avtomatizirani proizvodnji, analizi končnih elementov, upravljanju izdelkov v življenjskem ciklu, 3D tiskanju in avtomatiziranem arhitekturnem načrtovanju.

Dodatna orodja

Po izdelavi video studia jih nato uredijo ali združijo s programi, kot sta Adobe Premiere Pro ali Final Cut Pro v povprečju ali Autodesk Combustion, Digital Fusion ali Shake na visoki ravni. Programska oprema za preslikavo gibljivih slik se običajno uporablja za namestitev videa v realnem času, ki ga generira računalnik, in jih sinhronizira kot premike fotoaparata.

Skupnosti

Obstaja veliko spletnih mest, namenjenih razvijalcem programske opreme, vendar obstajajo tudi nekateri amaterski viri. Te skupnosti omogočajo udeležencem, da poiščejo nasvete, objavijo vadnice, pregledajo izdelke ali objavijo primere svojega dela. ​​

Razlike od drugih vrst računalniške grafike

Vse računalniške grafike, ki se pojavljajo v 3D, ne temeljijo na modelu okvirja. Njegova dvodimenzionalna raznolikost s trodimenzionalnimi fotorealističnimi učinki se pogosto doseže brez modeliranja okvirjev in je včasih nemogoče razlikovati v končni obliki. Nekateri grafični programi vključujejo filtre, ki se lahko uporabijo za dvodimenzionalno vektorsko ali dvodimenzionalno rastrsko grafiko v transparentnih slojih. Vizualni umetniki lahkokopirajte ali upodobite 3D slike in ročno ustvarite fotorealistične učinke brez uporabe filtrov. Vendar pa ta tridimenzionalni grafični način v videu in animaciji pogosto zahteva posebno opremo (točke) za boljše gledanje.

Psevdo-3D in True 3D

Nekatere videoigre uporabljajo omejeno projekcijo tridimenzionalnih okolij, kot so izometrična grafika ali navidezne kamere s fiksnim kotom, ki so namenjene izboljšanju zmogljivosti igralnega motorja ali stilskih in igralnih nalog. Menijo, da take igre uporabljajo psevdo-3D grafiko. Delovanje 3D grafike in iger, ustvarjenih s simulacijo, je bistveno drugačno.