Trojrozměrné grafy jsou grafy, které používají trojrozměrné reprezentace geometrických obrazců (často kartézských) uložených v počítači pro účely výpočtů a vizualizace dvourozměrných obrazů. Takové snímky lze uložit pro pozdější prohlížení nebo v reálném čase.

Co to je?

Trojrozměrná počítačová grafika se spoléhá na mnoho stejných algoritmů jako dvourozměrný vektorový počítač v modelu rámce a dvojrozměrný počítačový rastr v posledním zobrazeném obrázku. V aplikacích pro počítačové grafiky mohou 2D programy používat 3D metody pro vytváření podobných efektů (například osvětlení) a 3D mohou používat 2D způsoby vykreslování.


Trojrozměrná grafika se často nazývá 3D modely. Vedle vykreslené fotografie je model obsažen v grafickém datovém souboru. Nicméně existují rozdíly: trojrozměrný model je matematická reprezentace jakéhokoli trojrozměrného objektu. Technicky to není grafické, dokud se nezobrazí. Může být vizuálně zobrazen jako dvourozměrný obraz pomocí procesu nazývaného 3D vizualizace nebo použit v negrafických počítačových simulacích a výpočtech. Při 3D tisku se tyto modely podobně přeměňují na trojrozměrné fyzické reprezentace s omezeními na přesnost vykreslování virtuálního modelu.

Historie technologie

Trojrozměrný grafický systém má dlouhou historii. William FetterPojem "počítačová grafika" byl od roku 1961 přidělen k popisu její práce ve společnosti Boeing. Jednou z prvních prací ve stylu počítačové animace byla Futureworld (1976), která zahrnovala animaci lidské tváře a rukou. Tato technologie se původně objevila v experimentální krátké sérii Computer Animated Hand 1972, kterou vytvořili studenti Utah University Edwin Catmall a Fred Park. Od té doby je trojrozměrná grafika - to je nejnovější technologie, která se začala velmi aktivně rozvíjet.


Trojrozměrná grafika se začala objevovat u domácích počítačů koncem 70. let. Nejstarším známým příkladem je 3D grafika umění - soubor trojrozměrných grafických efektů napsaných Kazumasa Mitazawa a propuštěn v červnu 1978 pro Apple II.

Jak se to dělá?

Vytvoření trojrozměrné grafiky je rozděleno do tří hlavních fází:

3D simulace - je proces vytváření počítačového modelu, který odráží tvar objektu.

Rozložení a animace - umístění a přesouvání objektů v rámci scény.

3D vykreslování - počítačové výpočty, které vytvářejí obrazy založené na umístění světla, typů povrchu a dalších vlastností.

Simulace

Simulace popisuje proces vytváření formuláře objektu. Dva nejběžnější zdroje trojrozměrných modelů jsou následující:

ty, které umělec nebo inženýr vytváří v počítači s jakýmkoli nástrojem trojrozměrné simulace;

modelů skenovaných do počítače z reálných objektů.

Mohou být také prováděny procedurálně nebo za pomocifyzická simulace. V podstatě se trojrozměrný model skládá z bodů nazývaných vrcholy, které určují tvar a tvar polygonů. Pro tento účel se používá konstrukce třírozměrných grafů.
Polygon je oblast tvořená nejméně třemi vrcholy (trojúhelníkem). Na druhou stranu je polygon s n body n-úhlem. Integrita modelu jako celku a jeho vhodnost pro animaci závisí na jeho struktuře. Aby byla funkce funkční, je nutné správně vytvořit trojrozměrný graf.

Simulační proces

Existují tři nejběžnější metody prezentace modelu. Liší se tímto způsobem:

Polygonální - body v trojrozměrném prostoru, nazvané vrcholy, spojené segmenty, tvoří polygonální mřížku. Většina moderních trojrozměrných modelů je postavena jako polygonální, protože jsou flexibilní a počítače je mohou zobrazovat velmi rychle. Nicméně, polygony jsou ploché a mohou se dostat blíže k zakřiveným povrchům pomocí mnoha mnohoúhelníků.

Simulace křivek-ploch je určena křivkami ovlivněnými váženými kontrolními body. Křivka by měla (ale nemusí nutně interpolovat) bodů. Zvýšením váhy pro tento bod nakreslíte křivku blíže k ní. Typy křivek zahrnují heterogenní racionální B-spline (NURBS), patche, spline a geometrické primitivy.

Digitální je stále relativně nová modelovací technika. To se stalo velmi populární v posledních několika letech.

Dnes existují tři typy digitálního modelování:

Nejrozšířenější posunpoužívaných v aplikacích. V tomto okamžiku se použije hustou vzor (často vytváří polygonální povrchy oddělení řízení sítě), který šetří prostor pro nové ustanovení píku za použití obrazové mapy, který ukládá nastavenou polohu.

obklopují, špatně založené na voxely, který má podobné schopnosti zaujatost, ale netrpí roztahování hranice, kdy dostatek místa, aby se dosáhlo deformace objektu.

dynamické mozaikování podobné voxely, ale rozděluje na povrch pomocí triangulace udržovat hladký povrch a více jemných detailů.

modelování může být provedeno pomocí speciálního programu (například, Kino 4D, 3ds Max, Maya, Blender, modo, LightWave) nebo aplikace složky (Obrážecí, Lofter v 3ds max), nebo pomocí nějakého jazyka popisující scénu (jako v POV -Ray) Někdy mezi těmito fázemi neexistuje žádný přísný rozdíl. V těchto případech je modelování trojrozměrné grafiky pouze částí procesu vytváření scény. Sofistikované materiály, jako je písek mraky se pohybujících a postřikové kapaliny modelovaných pomocí částicových systémů a mnoho trojrozměrných souřadnic, že ​​bod, mnohoúhelníků, textury nebo spirály.

Materiály a struktury

Materiály a textury jsou vlastnosti, které vykreslovací stroj používá k vytvoření modelu. V nesmontovaném vykreslování, jako jsou cykly směšovače, můžete uvést údaj o motoru na základě modelového materiálu. Můžete například nastavit, jak zvládnout světlo, když narazí na povrch.

Textury se používají k poskytnutí barvy materiálu pomocí barevné mapy nebo albeda nebo k doplnění vlastností povrchu pomocí mapy nerovností nebo normálností. Lze jej také použít k úpravě modelu pomocí mapování předpětí. Navzdory skutečnosti, že je vytvořena vytvořením trojrozměrných grafů, mají tyto procesy silný vliv.

Rozvržení a animace

Před vykreslením obrázků by měly být do kompozice umístěny objekty. To určuje prostorové vztahy mezi různými objekty, včetně jejich velikosti a polohy. Animace je dočasný popis objektu (to znamená, jak se pohybuje a mění se v průběhu času). Mezi běžné metody patří oříznutí, reverzní kinematika a pohyb při zachycení. Tyto nástroje se často používají ve spojení a mají přímý vliv na výkon trojrozměrné grafiky. Stejně jako u animace, fyzické modelování také uvádí pohyb.

Co je vykreslování?

Rendering převádí model pro simulaci obrazu pomocí lehké dopravu dostat fotorealistické obrazy, nebo použitím umělecký styl jako v nefotorealystychnom rendering. Při realistickém vykreslování jsou dvě hlavní operace nesoucí (kolik světla klesá z jednoho místa na druhé) a rozptyl (povrchová interakce se světlem). Obvykle se tento krok provádí pomocí softwaru pro počítačové 3D grafiky nebo API pro něj. Změňte scénu vTvar vhodný pro vizualizaci také zahrnuje trojrozměrný projev odrážející trojrozměrný obraz ve dvou rozměrech. Ačkoli 3D modelování a CAD mohou také provádět rendrování 3D (například Autodesk 3DS Max nebo Blender), je zde také exkluzivní 3D renderingový software.

Software

3D grafický software vytváří počítačové obrazy (CGI) pomocí 3D modelování a vykreslování. Nebo vytvořit modely pro analytické, vědecké a průmyslové účely. 3D modelovací software je třídou trojrozměrné počítačové grafiky, která se používá k vytváření trojrozměrných modelů. Samostatné programy této třídy se nazývají modelovací služby nebo vývojáři modelů. Takové služby umožňují uživatelům implementovat a modifikovat modely pomocí 3D mřížky. Umělci tak mohou podle vlastního uvážení odečíst, přidat, roztahovat a jinak měnit mřížku. Modely lze prohlížet v různých úhlech, obvykle ve stejnou dobu. Mohou se otáčet a pohled - zvětšit a zmenšit. Většina 3D programů obsahuje řadu souvisejících voleb, jako jsou například řezáky paprsků a další alternativy vykreslování a překryvy texturou. Některé nabízejí také funkce, které podporují nebo umožňují animované vzory. Mnozí z nich mohou být schopni generovat plnohodnotné video ze série renderovaných scén (tj. Animací).

Automatizované návrhové systémy

Trojrozměrná grafika je výsledkem interakce různých služeb. Softwarepro automatizovaný návrh mohou používat stejné základní metody jako pro samotné modelování, ale jejich účel je jiný. Používají se v počítačovém designu, automatizované výrobě, analýze konečných prvků, řízení výrobku v životním cyklu, 3D tisk a automatizovaný architektonický design.

Další nástroje

Po výrobě video studia pak je upravují nebo kombinují s programy jako Adobe Premiere Pro nebo Final Cut Pro v průměru nebo Autodesk Combustion, Digital Fusion nebo Shake na vysoké úrovni. Software pro mapování pohyblivých obrazů se obvykle používá k namontování videa v reálném čase, generovaných počítačem, a synchronizuje je jako pohyb kamery.

Komunity

Existuje mnoho webových stránek věnovaných vývojářům softwaru, ale existují i ​​některé amatérské zdroje. Tyto komunity umožňují účastníkům vyhledávat radu, konzultace, poskytovat recenze produktů nebo publikovat příklady vlastní práce. ​​

Rozdíly od jiných typů počítačové grafiky

Ne všechny grafické prvky počítačů zobrazené ve 3D jsou založeny na modelu rámce. Jeho dvojrozměrná odrůda s trojrozměrnými fotorealistickými efekty se často dosahuje bez modelování rámců a je někdy nemožné rozlišit ve své konečné podobě. Některé grafické programy zahrnují filtry, které lze použít v dvourozměrných vektorových nebo dvourozměrných rastrových grafikách v průhledných vrstvách. Výtvarní umělci mohoukopírovat nebo vizualizovat 3D-obraz a ručně vytvářet fotorealistické efekty bez použití filtrů. Nicméně, tento způsob trojrozměrné grafiky ve videu a animaci často vyžaduje speciální vybavení (bodů) pro lepší prohlížení.

Pseudo-3D a skutečné 3D

V některých videoher s využitím omezeného promítání trojrozměrných prostředí, jako jsou izometrické grafice a virtuální kamery s pevnými úhly, jejichž cílem je zlepšit výkon herní engine a hru nebo stylistických problémů. Předpokládá se, že tyto hry použít pseudo-3D grafiku. Výkon trojrozměrné grafiky a hry vytvořené pomocí modelování výrazně odlišné.