Háromdimenziós grafika-mi ez?

A háromdimenziós grafika olyan grafika, amely a számítógépben tárolt geometriai alakzatok (gyakran derékszögű) 3 dimenziós ábrázolását használja a számítások és a kétdimenziós képek renderelése céljából. Az ilyen képek menthetők későbbi megtekintés céljából, vagy valós időben megjeleníthetők.

Mi ez?

A háromdimenziós számítógépes grafika sok ugyanazon algoritmusra támaszkodik, mint a keretmodellben a kétdimenziós számítógépes vektor, a végső megjelenített képen pedig a kétdimenziós számítógépes raszter. A számítógépes grafikus alkalmazásokban a 2D programok 3D módszereket használhatnak hasonló effektusok előállításához (például világítás), a 3D pedig 2D renderelési módszereket használhat.

A háromdimenziós grafikákat gyakran 3D modelleknek nevezik. A megjelenített kép mellett a modell egy grafikus adatfájlban található. Vannak azonban különbségek: a háromdimenziós modell egy háromdimenziós objektum matematikai ábrázolása. Technikailag nem grafikus, amíg meg nem jelenik. Vizuálisan kétdimenziós képként jeleníthető meg egy 3D-s renderelésnek nevezett folyamaton keresztül, vagy nem grafikus számítógépes szimulációkban és számításokban használható.

A 3D nyomtatásban ezeket a modelleket hasonlóan háromdimenziós fizikai ábrázolássá alakítják át, korlátozva, hogy a megjelenítés mennyire pontos lehet egy virtuális modell esetében.

A technológia története

A háromdimenziós grafika rendszerének meglehetősen hosszú története van. William Fetter 1961 óta jóváírja a "számítógépes grafika" kifejezést A Boeing munkájának leírására. A számítógépes animáció egyik első műve a Futureworld (1976) volt, amely egy emberi arc és kéz animációját tartalmazta. Ez a technológia eredetileg a kísérleti rövidfilmben jelent meg egy számítógépes animált kéz 1972-ben, amelyet Edwin Catmall és Fred Park Utah Egyetem hallgatói készítettek. Ettől a pillanattól kezdve a háromdimenziós grafika olyan áttörő technológia, amely nagyon aktívan fejlődik a mai napig, a.

A háromdimenziós grafika szoftvere az 1970-es évek végén kezdett megjelenni az otthoni számítógépek számára. A legkorábbi ismert példa a 3d Art Graphics, a Kazumasa Mitazawa által írt háromdimenziós számítógépes grafikai effektusok halmaza, amelyet 1978 júniusában adtak ki az Apple II számára.

Hogyan történik?

A háromdimenziós grafika létrehozása három fő szakaszra oszlik:

• A 3D modellezés egy olyan számítógépes modell létrehozásának folyamata, amely megjeleníti az objektum alakját.
• Elrendezés és animáció - tárgyak elhelyezése és mozgatása a jelenetben.
• A 3D renderelés olyan számítógépes számítások, amelyek a fény, a felülettípusok és egyéb tulajdonságok elhelyezkedése alapján képet generálnak.

Modellezés

A modellezés leírja az objektum alakjának létrehozásának folyamatát. A két leggyakoribb , a háromdimenziós modellek forrásai a következők:

• azokat, amelyeket egy művész vagy mérnök létrehoz egy számítógépen valamilyen háromdimenziós modellező eszköz segítségével;
• a számítógépbe beolvasott modellek valós objektumokból.

Előállíthatók eljárási úton vagy fizikai modellezéssel is. Valójában egy háromdimenziós modell jön létre a csúcsoknak nevezett pontokból, amelyek meghatározzák az alakot és a sokszögeket. Ehhez a háromdimenziós grafikonok felépítését használjuk.

A sokszög olyan terület, amely legalább három csúcsból (háromszögből)áll. Viszont egy sokszög nak,-nek n-pontok egy n-gon. A modell integritása általában és az animációra való alkalmassága a szerkezetétől függ. Annak érdekében, hogy működőképes legyen, helyesen kell létrehoznia egy háromdimenziós grafikont.

Modellezési folyamat

A modell bemutatására három általános módszer létezik. Ezek különböznek, mint ez:

• Sokszög-a háromdimenziós térben lévő pontokat, amelyeket csúcsoknak neveznek, szegmensek kötik össze, sokszögű rácsot alkotva. A legtöbb modern 3D modell texturált sokszögű modellként épül fel, mivel rugalmasak és a számítógépek nagyon gyorsan képesek megjeleníteni őket. A sokszögek azonban laposak, és csak sok sokszög segítségével közelíthetik meg az ívelt felületeket.
• Görbe modellezés-a felületeket olyan görbék határozzák meg, amelyeket súlyozott ellenőrzési pontok befolyásolnak. A görbe követi (de nem feltétlenül interpolálja) pontokat. Egy pont súlyának növelése közelebb húzza a görbét. A görbék típusai közé tartoznak az inhomogén racionális B-spline (NURBS), a foltok, a spline és a geometriai primitívek.
• A digitális még mindig viszonylag új modellezési módszer. Az elmúlt években nagyon népszerűvé vált.

Ma háromféle digitális modellezés létezik:

• Bias, amelyet a legszélesebb körben használnak az alkalmazásokban. Ezen a ponton egy sűrű modellt alkalmaznak (amelyet gyakran egy sokszögű vezérlőrács felosztási felületei generálnak), amely új helyek a csúcs pozíciói a beállított helyeket tároló képtérkép segítségével.
• Volumetrikus, gyengén voxeleken alapuló, amely hasonló elmozdulási képességekkel rendelkezik, de nem szenved a határok nyújtásától, ha nincs elég pont az objektum deformációjának eléréséhez.
• A dinamikus tesselláció hasonló a voxelekhez, de háromszögeléssel választja el a felületet a sima felület fenntartása és finomabb részletek elérése érdekében.

A modellezés elvégezhető egy speciális programmal (például Cinema 4D, 3ds Max, Maya, Blender, Modo, LightWave) vagy egy alkalmazáskomponenssel (Shaper, Lofter a 3ds Max-Ben), vagy valamilyen jelenetleíró nyelv használatával (mint a POV-Ray-Ben). Néha nincs szigorú különbség e fázisok között. Ezekben az esetekben a háromdimenziós grafika modellezése csak egy része a jelenet létrehozásának folyamatának.

Az összetett anyagokat, például a mozgó homokot, felhőket és folyadékcseppeket részecskerendszerek segítségével modellezik, és háromdimenziós koordináták tömegét képviselik, amelyekhez pontokat, sokszögeket, textúrákat vagy spirálokat rendelnek.

Anyagok és textúrák

Az anyagok és textúrák olyan tulajdonságok, amelyeket a renderelő motor használ a modell létrehozásához. Egy elfogulatlan renderelő motorban, például a turmixgép ciklusokban, utasíthatja a motort a modell anyagai alapján. Így például beállíthatja, hogyan kell feldolgozni a fényt, amikor az eléri a felületet.

A textúrákat arra használják, hogy az anyag színét színtérkép vagy albedó segítségével adják meg, vagy felületi funkciókat adnak hozzá a szabálytalanságok vagy normálok térképével. Azt is fel lehet használni, hogy módosítsa a modell maga alakja egy offset térkép. Annak ellenére, hogy háromdimenziós grafikonok készítésével jön létre, ezek a folyamatok erősen befolyásolják.

Layout és animáció

Mielőtt megjelenítené a képet, az objektumokat a kompozícióba kell helyezni. Ez meghatározza a különböző objektumok közötti térbeli kapcsolatokat, beleértve azok méretét és helyét. Az animáció egy objektum ideiglenes leírása (azaz hogyan mozog és deformálódik az időben). A közös módszerek közé tartozik a keretezés, a fordított kinematika és a mozgásrögzítés. Ezeket a módszereket gyakran kombinációban használják, és közvetlen hatással vannak a háromdimenziós grafika teljesítményére. Az animációhoz hasonlóan a fizikai modellezés is meghatározza a mozgást.

Mi a renderelés?

A renderelés a modellt képpé alakítja azáltal, hogy szimulálja a fényátadást fotorealisztikus képek vagy alkalmazásával művészi stílus, mint a nem fotorealisztikus megjelenítésben.

A valósághű megjelenítésben a két fő művelet az átvitel (mennyi fény jut egyik helyről a másikra) és a szórás (a felületek kölcsönhatása a fénnyel).

Ezt a lépést általában a következők segítségével hajtják végre 3D számítógépes grafikus szoftver vagy API hozzá. A jelenet renderelésre alkalmas formává változtatása magában foglal egy háromdimenziós vetítést is, amely 3 dimenziós képet jelenít meg két dimenzióban. Bár a 3D modellezés és a CAD szoftver is képes 3D renderelésre (például Autodesk 3ds Max vagy Blender), van egy exkluzív 3D renderelő szoftver is.

Szoftver

A háromdimenziós grafika programjai számítógéppel generált képeket (CGI) hoznak létre 3D modellezéssel és rendereléssel. Vagy modellek létrehozása analitikai, tudományos és ipari célokra.

A 3D modellező alkalmazások a háromdimenziós modellek létrehozásához használt számítógépes háromdimenziós grafikák szoftverosztálya. Ennek az osztálynak az egyes programjait modellezési szolgáltatásoknak vagy modellfejlesztőknek nevezik.

Az ilyen szolgáltatások lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy 3D rács segítségével hajtsák végre és módosítsák a modelleket. Így a művészek saját belátásuk szerint kivonhatják, hozzáadhatják, nyújthatják vagy más módon megváltoztathatják a rácsot. A modellek különböző szögekből tekinthetők meg, általában egyszerre. Elforgathatók, és a nézet növekedhet és csökkenhet.

A legtöbb 3D-s program számos kapcsolódó opciót tartalmaz, mint például a ray tracers és más renderelési alternatívák és a textúra leképező eszközök. Néhányuk olyan funkciókat is kínál, amelyek támogatják vagy lehetővé teszik a modellek animációját. Számos közülük képes lehet teljes mozgású videót generálni renderelt jelenetek sorozatából (azaz animációkból).

Számítógéppel segített tervezési rendszerek

A háromdimenziós grafika a különböző szolgáltatások kölcsönhatásának eredménye. Számítógéppel segített a tervezőszoftver ugyanazokat az alapvető módszereket használhatja, mint a szoftver maga a modellezéshez, de céljuk más. Ezeket használják a számítógéppel segített tervezés, automatizált gyártás, végeselem elemzés, termék életciklus menedzsment, 3D nyomtatás és automatizált építészeti tervezés.

További eszközök

A videó elkészítése után a stúdiók szerkeszthetik vagy kombinálhatják azt olyan programok segítségével, mint az Adobe Premiere Pro vagy a Final Cut Pro közepes szinten, vagy az Autodesk égés, a Digital Fusion vagy a Shake magas szinten. A mozgókép-illesztési szoftvert általában valós idejű szerkesztésre használják számítógéppel generált videóval, majd szinkronizálja őket a kamera mozgása közben.

Közösségek

Számos weboldal van a szoftverfejlesztők számára, de vannak Amatőr források is. Ezek a közösségek lehetővé teszik a résztvevők számára, hogy tanácsot kérjenek, oktatóanyagokat tegyenek közzé, termékértékeléseket nyújtsanak be, vagy saját munkájuk példáit teszik közzé.

Különbségek más típusú számítógépes grafikáktól

Nem minden 3D-ben megjelenő számítógépes grafika drótváz modellen alapul. A háromdimenziós fotorealisztikus hatásokkal rendelkező kétdimenziós változatosságát gyakran keretmodellezés nélkül érik el, végső formájában pedig néha megkülönböztethetetlen. Egyes grafikus programok olyan szűrőket tartalmaznak, amelyek átlátszó rétegeken kétdimenziós vektorra vagy kétdimenziós raszteres grafikákra alkalmazhatók. A vizuális művészek 3D-s képeket is másolhatnak vagy vizualizálhatnak, és manuálisan is létrehozhatnak fotorealisztikus effektusokat szűrők használata nélkül.

Azonban a háromdimenziós grafika valós módja a videóban és az animációban leggyakrabban speciális felszerelést (szemüveget) igényel a jobb megtekintés érdekében.

Pszeudo - 3D és valódi 3D

Egyes videojátékok korlátozott mértékben vetítik ki a háromdimenziós környezeteket, például izometrikus grafikákat vagy rögzített szögű virtuális kamerákat, amelyeket a játékmotor teljesítményének javítására vagy stilisztikai és játékfeladatokra hoztak létre. Úgy gondolják, hogy az ilyen játékok pszeudo-3D grafikát használnak.

A szimulációval létrehozott háromdimenziós grafikák és játékok teljesítménye jelentősen eltér.