Trei-dimensional grafică

grafică tridimensională (3D (din limba engleză 3 Dimensiuni -. «3») de măsurare Graphics trei dimensiuni ale imaginii.) - secțiunea grafică de calculator. multitudine de tehnici și instrumente (atât software. și hardware) concepute pentru obiecte de imagini volumetrice.

imagine tridimensională pe un plan diferit de bidimensional prin aceea că aceasta include construirea unei proiecții geometrice a modelului scenei tridimensionale pe un plan (de exemplu, ecranul computerului), folosind software specializat (cu toate acestea, odată cu crearea și punerea în aplicare a 3D-display-și 3D-imprimante. Nu grafica neapărat tridimensionale include se proiectează dintr-un avion). În acest caz, deoarece modelul poate satisface obiecte ale lumii reale (autoturisme. Building. Uraganul. Asteroid), și să fie complet abstractă (proiecția fractale patru dimensiuni).

3D-modelare - procesul de creare a modelului tridimensional obiect. Provocarea de 3D-modelare - pentru a dezvolta o imagine vizuală a volumului dorit al obiectului. Cu ajutorul graficii tridimensionale și puteți crea o copie exactă a unui anumit subiect, și să dezvolte idei noi, chiar ireal până acum obiect inexistentă.

cerere

grafică tridimensională este utilizat în mod activ pentru a crea imagini în planul ecranului sau o foaie de materiale tipărite în știință și industrie. de exemplu, pentru a automatiza sistemele de lucru (CAD, pentru a crea elemente solide: clădiri, piese de mașini, utilaje), vizualizare arhitecturală (aceasta include așa-numita „Arheologia virtuala“), în sistemele moderne de imagistica medicala.

Pentru trei imagini tridimensionale necesită următoarele etape în planul:

• Modelarea - crearea modelului matematic tridimensional al scenei și a obiectelor în ea;
• texturarea - numirea bitmap suprafață model sau textură procedurală (implică și stabilirea proprietăților materialului - transparență, reflecție, rugozitate, etc.);
• iluminat - instalarea și configurarea surselor de lumină;
• animație (în unele cazuri) - dând mișcarea unui obiect;
• simulare dinamică (în unele cazuri) - Calcul automat al interacțiunii dintre particule, corpuri dure / moi, etc cu forța de gravitație simulat .. vânt. ejecție etc. precum și unele cu altele .;
• redare (redare) - construcția proiecției în conformitate cu modelul fizic selectat;
• Compunere (aspect) - completarea imaginii;
• ieșire imaginea obținută la dispozitivul de ieșire - ecran sau imprimantă specială.

modelare

Conducerea scena de proiecție de pe ecranul computerului

• Geometrie (construit folosind tehnici diferite (de exemplu, crearea de mesh), model, de exemplu, o clădire.);
• Materiale (informații despre proprietățile vizuale ale unui model, de exemplu, culoarea pereților și a geamurilor acționate electric reflectorizante / refracție);
• Surse de lumină (direcția ajustării, spectrul de putere al luminii);
• Virtual Camera (punct de selecție și de proiecție unghi de construcție);
• Forța și influența (ajustarea distorsionare dinamică a obiectelor, utilizate în principal în animație);
• Efecte adiționale (obiecte care imita fenomene atmosferice. Lumina în ceață, nori, flacără etc.).

Problema de modelare tridimensională - pentru a descrie aceste obiecte și să le plaseze în scenă cu ajutorul unor transformări geometrice în conformitate cu cerințele imaginii viitoare.

Materiale Atribuirea unui senzor de camera reala furnizează obiecte din lumea reală variază în funcție de modul în care acestea reflectă. a trecut și dispersia luminii; materiale specificate proprietăți de conformitate virtuale de materiale reale - transparență, reflecție, dispersia luminii, rugozitate de suprafață, de formă și așa mai departe.

Cele mai populare pachete în special pentru simulare sunt după cum urmează:

Pentru a crea un model tridimensional sau de ființe umane poate fi folosit ca un prototip (în cele mai multe cazuri) sculptură.

texturare

Texturare raster proeminente mijloace sau texturi procedurale pe suprafața obiectului tridimensional în funcție de coordonatele UV-hartă. în cazul în care fiecare nod al obiectului este atribuit un anumit coordonate pe un spațiu textură bidimensional.

Este crearea, direcția și configurația surselor de lumină virtuale. În același timp, în lumea virtuală a surselor de lumină poate avea o intensitate negativă, selectând lumina zonei sale „lumină negativă“. De obicei, pachete de 3D-graphics oferă următoarele tipuri de surse de lumină:

• Omni lumina (lumina punct) - omnidirecțional;
• Spot luminos - con (arenelor), o sursă de raze divergente;
• lumină direcțională - o sursă de raze paralele;
• Zona de lumină (lumina de avion) ​​- Light-portal, care emite lumina dintr-un plan;
• Fotometrice - surse de lumină sunt modelate de parametrii de luminozitate în unitățile măsurabile fizic, la o temperatură de încălzire predeterminată.

Există, de asemenea, alte tipuri de surse de lumină, care diferă în funcția lor în diferite programe de grafică tridimensională și vizualizare. Unele pachete oferă posibilitatea de a crea surse de volum incandescente (sferă de lumină) sau de iluminare volumetric (lumină volum), într-un volum strict specificat. Unele oferă posibilitatea de a folosi obiecte geometrice de formă arbitrară.

Una dintre principalele vocații tridimensionale grafică - dând mișcare (animație) modelul tridimensional sau o imitație de mișcare printre obiectele tridimensionale. pachete grafice tridimensionale universale au o caracteristici foarte bogat pentru a crea animații. Există, de asemenea, programe extrem de specializate create special pentru animații și au un set foarte limitat de instrumente de modelare:

În această etapă a (vector) modelul de spațiu matematic este transformat într-un (raster) imagine plană. Dacă doriți să faceți un film, face o secvență de imagini - cadre. Ca o structură de date. puncte de imagine ecran reprezentate printr-o matrice, în care fiecare punct este definit de cel puțin trei numere: intensitatea de roșu, albastru și verde. Astfel de redare un vector tridimensional convertește structura de date într-o matrice de pixeli plat. Acest pas necesită adesea calcule foarte complexe, mai ales dacă doriți să creați iluzia realității. Cel mai simplu tip de randare - este de a construi contururile modelelor pe un ecran de computer, utilizând o proiecție, așa cum se arată mai sus. De obicei, acest lucru nu este suficient, și este necesar pentru a crea iluzia de materiale din care obiectele fabricate, și aceste obiecte calculează distorsiunea medii transparente datorate (de exemplu, lichid în paharul de laborator).

Există mai multe tehnici de redare, de multe ori fiind combinate împreună. De exemplu:

• Z-tampon (utilizat în OpenGL și DirectX 10);
• Scanline (scanline) - alias Ray casting ( «aruncarea fascicul“, un algoritm simplificat pentru ray tracing) - calculul culorii fiecare punct al clădirii imagine a fasciculului din punctul de vedere al observatorului printr-o gaură imaginară în ecran, în loc de pixeli «pe scena» până la intersecția cu primul de suprafață. pixel este aceeași culoare ca și culoarea suprafeței (uneori, ținând cont de iluminat, etc ...);
• Ray de urmărire (raze de calc raytracing engleză ..) - la fel ca scanline, dar culoarea pixelului care urmează să fie confirmat datorită construcției de raze suplimentare (reflectate, refractate, etc ...) Din punctul de intersecție al aspectului fasciculului. În ciuda numelui, se aplică numai inversă ray tracing (care este doar de observator la sursa de lumină), directe extrem de ineficient și consumă prea multe resurse pentru a produce imagini de înaltă calitate;
• Iluminare globală (Engl radiosity iluminare globală ..) - calcularea suprafețelor de interacțiune și medii în spectrul radiației vizibile prin intermediul unor ecuații integrale.

Linia dintre calc algoritmi raze sunt acum practic șterse. Deci, în 3D Studio Max standard de Visualizer numit renderer implicit scanline, dar el consideră că nu numai contribuția difuză, reflectată și propria (culoare de auto-iluminare) de lumină, dar umbrele și netede. Din acest motiv, cele mai multe conceptul Raycasting se referă la urmărirea înapoi raze, și raytracing - o linie dreaptă.

Cele mai populare sisteme de redare sunt:

Datorită volumului mare de redare calcule uniforme pot fi împărțite în fluxuri (paralelizare). Prin urmare, de redare este foarte important să se utilizeze sisteme multiprocesor. În ultimii ani, realizat în mod activ dezvoltarea sistemelor de redare folosind GPU în loc de CPU. iar astăzi eficacitatea lor pentru aceste calcule este mult mai mare. Aceste sisteme includ:

Multe sisteme de randare pentru producătorii de CPU sunt, de asemenea, de planificare pentru a intra în GPU (LuxRender, YafRay, imagini mentale iray).

Cele mai recente realizări și idei de grafică tridimensională (grafica pe calculator și toate) raportate și discutate la SIGGRAPH Simpozionul anual. a avut loc în mod tradițional în Statele Unite.

software-ul

3D-modelare imagini fotorealiste

Pachete de software. vă permite să creați grafice tridimensionale, adică, pentru a simula obiecte de realitate virtuală, și de a crea pe baza acestor modele, imaginea este foarte diversă. Ultimii ani de lideri stabile în acest domeniu sunt produse comerciale, cum ar fi:

Printre produsele open source. distribuit gratuit. Blender pachet enumerate (vă permite să creați 3D modele, animații, simulări, și altele diferite. C redare ulterioară), K-3D și Wings3D.

software-ul gratuit Google SketchUp permite companiilor să creeze modele care sunt compatibile cu resursa peisajul geografic Google Earth. și vizualizați interactiv pe utilizator de computer mii de modele arhitecturale, care sunt stabilite în mod constant pe un drum liber Google reface Orașe în dezvoltare (clădiri remarcabile din lume) de către comunitatea de utilizatori.

Vizualizarea tridimensionale grafică în jocuri și aplicații

Există un număr de biblioteci de software pentru redarea grafică tridimensională în aplicații - DirectX, OpenGL, și așa mai departe.

Există o serie de abordări pentru prezentarea 3D-grafica in jocuri - full 3D, pseudo-3D.

Există o varietate de motoare. folosit pentru a crea un jocuri tridimensionale, responsabil nu numai pentru cele trei-dimensionale grafice, dar, de asemenea, pentru calculele de fizica a lumii jocului, interacțiunea utilizatorului cu jocul, și utilizatorii în joc cu modul multiplayer și mai mult (a se vedea. De asemenea, articolul 3D-shooter). De obicei, motorul este dezvoltat pentru un anumit joc și apoi licențiat (devine disponibil) pentru a crea alte jocuri.

Piese de model și mecanisme de producere

Modelul tridimensional al utilajului petrolier

Există inginerie pachete CAD / CAE / CAM, care implica crearea de modele de piese și structuri, calculul acestora și formarea ulterioară a programelor pentru mașini CNC și a 3D-imprimante.

Aceste pachete nu permit întotdeauna utilizatorului să opereze direct la 3D model, de exemplu, acolo OpenSCAM pachet. în care modelul este generat efectuarea script generat de utilizator scris într-un limbaj dedicat.

display-uri tridimensionale

Una dintre primele imagini ale ecranului 3D-TV

Trei-dimensionale afișează sau stereoscopice. (display-uri 3D, ecrane 3D) - afișează de către stereoscopic sau orice alt [2] Efectul creează iluzia unui volum real în imaginea afișată.

În prezent, marea majoritate a imaginii tridimensionale este vizualizat utilizând efectul stereoscopic, cel mai ușor de implementat, deși utilizarea doar unul dintre stereoscopie nu poate fi considerată suficientă pentru volumul percepției. Ochiul uman într-o pereche, singur și la fel de bine distinge obiecte volumetrice din imagini plane [necesită citare 1799 zile].

display-uri stereoscopice

Metodele includ implementarea tehnică stereo pentru utilizare în combinație cu un ecran special ochelari de expunere sau polarizat. sincronizate cu filtrele de afișare anaglific în combinație cu o imagine special adaptată.

Există, de asemenea, tehnologia WOWvx, cu care puteți obține un efect 3D fără ochelari speciali. Folosind tehnologia lentile lenticulare, care permite unui număr mare de telespectatori o libertate mare de mișcare, fără a pierde percepția efectului 3D. Stratul de lentilă transparent este atașat la ecranul cu cristale lichide. Acest strat trimite imagini diferite pentru fiecare ochi. Creierul combină apoi imaginile, creează efectul de imagine tridimensională. strat de lentile transparent oferă luminozitate maximă, contrast puternic și imagini color adevărate.

alte afișaje

Există, de asemenea dispozitive în care montate o placă cu rotație rapidă LED-uri.

Astfel de dispozitive sunt similare cu primele încercări de a stabili o televiziune mecanică progresivă. Se pare că, în viitor, ne putem aștepta la apariția unui dispozitiv electronic complet, care permite pentru a simula lumina generată de obiecte tridimensionale în direcții diferite, astfel încât oamenii ar putea merge în jurul valorii de pe ecran, și chiar uita-te la imaginea unui ochi fără a perturba imaginea de volum.

Cinematografe cu 3D

Principalele utilizate în prezent în stereofilms tehnologia de afișare [4].

realitate augmentată și 3D

Un fel de prelungire a 3D-grafica este „realitate augmentată“. Folosind tehnologia de recunoaștere a imaginilor (markeri), program de realitate augmentată completează virtuale 3D obiecte în mediul fizic real. Utilizatorul poate interacționa cu un marker: pentru a transforma în direcții diferite, diferite de iluminare, pentru a închide anumite părți ale sale - și să observe schimbările care au loc cu 3D-obiecte de pe ecranul computerului.

notițe

literatură

Software-ul pentru grafică tridimensională și animație