Триизмерна графика

Триизмерна графика (3D (от английски 3 Размери на -. «3» измерване) Графични Три размерите на изображението.) - компютърна графика секция. множество техники и инструменти (и двете софтуер. и хардуер), предназначени за обемни изображения на обекти.

Триизмерно изображение на самолет, различен от двуизмерни с това, че включва изграждането на геометрична проекция на триизмерен модел сцена на самолет (например, екрана на компютъра) с помощта на специализиран софтуер (въпреки това, със създаването и прилагането на 3D-дисплеи-и 3D-принтери. Не е задължително триизмерна графика включва се стърчаща от самолет). В този случай, тъй като моделът може да отговори на обектите на реалния свят (автомобили. Сграда. Урагана. Астероид), както и да бъде напълно абстрактно (проекцията на четириизмерен фрактал).

3D-моделиране - процес на създаване на триизмерен модел обект. Предизвикателството на 3D-моделиране - за разработване на визуален образ на желания обем на обекта. С помощта на триизмерна графика и можете да създадете точно копие на дадена тема, и за разработване на нови, дори нереално идея досега несъществуващ обект.

приложение

Триизмерна графика се използват активно за създаване на изображения в равнината на екрана или лист на печатни материали в областта на науката и промишлеността. например, за да автоматизирате дизайн работни системи (CAD, за да създадете плътни елементи: сгради, машинни части, машини), архитектурен визуализация (това включва и така наречената "виртуална археология"), и по-модерни системи за медицински изображения.

За триизмерни изображения изисква следните стъпки в равнината:

моделиране - създаване на триизмерен математически модел на сцената и обектите в нея;
текстуриране - назначаването на растерна графика на модела повърхност или процедурна текстура (включва и определяне на свойствата на материалите - прозрачност, размисъл, грубост и т.н.);
осветление - инсталация и конфигурация на източниците на светлина;
анимация (в някои случаи) - даване на движението на даден обект;
Динамична симулация (в някои случаи) - Автоматично изчисляване на взаимодействието на частици, твърди / меки тела и др със симулиран силата на гравитацията .. вятър. изтласкване и т.н., както и с всяка друга .;
оказване (прави) - конструкцията на издатината в съответствие с избрания физически модел;
Съставяне (оформление) - завършване на изображението;
изхода на получения образ на изходното устройство - дисплей или специален принтер.

моделиране

Шофиране проекция сцена на екрана на компютъра

Геометрия (построена с помощта на различни техники (например създаване меша) модел, например, една сграда.);
Материали (информация за визуалните качества на един модел, например, цвета на стените и отразяващи / пречупващи електрическите прозорци);
Светлинни източници (посоката на корекцията, спектърът на мощността на светлината);
Виртуална камера (избор на точка и изграждане ъгъл проекция);
Сила и влияние (настройка на динамично изкривяване на обекти, използвани главно в анимацията);
Допълнителни ефекти (обекти, които имитират атмосферни явления. Светлина в мъгла, облаци, пламък, и т.н.).

Проблемът с триизмерно моделиране - за описване на тези обекти и ги поставете в сцената с помощта на геометрични трансформации в съответствие с изискванията на бъдещата картина.

Присвояване на материали към сензор за недвижими камера доставя реални обекти варират въз основа на това как те отразяват. приет и разсейване светлина; материали, описани виртуални имоти за привеждане в съответствие на реални материали - прозрачност, отражение, разсейване на светлината, грапавост, форма и така нататък.

Най-популярните пакети специално за симулация са както следва:

За да създадете триизмерен модел или човешки същества може да се използва като прототип (в повечето случаи) скулптура.

текстуриране

Текстуриране растер стърчащата средства или процедурни текстури на повърхността на триизмерен обект съгласно координатите на UV-картата. където всеки връх на обекта се определя конкретна координатна на двуизмерен текстура пространство.

Това е създаването, посоката и конфигурация на виртуалните източници на светлина. В същото време във виртуалния свят на източници на светлина може да има отрицателно интензивност, като изберете светлината на неговата зона "негативна светлина". Обикновено, пакети от 3D-графика предоставят следните видове източници на светлина:

Omni светлина (Point светлина) - ненасочено;
Spot светлина - конус (прожектор), източник на различни лъчи;
Насочена светлина - източник на успоредни лъчи;
Площ светлина (светлина Plane) - Light-портал, излъчващи светлина от самолет;
Фотометричните - източници на светлина са моделирани чрез параметри на яркост в физически измерими единици, при предварително определена температура на нагряване.

Има и други видове източници на светлина, които се различават по тяхната функция в различни програми на триизмерна графика и визуализация. Някои пакети предлагат възможността за създаване на обем подгряващи източници (Sphere светлина) или обемна осветление (том светлина), в рамките на точно определен обем. Някои предоставят възможността за използване на геометрични обекти на произволна форма.

Една от основните професии триизмерна графика - като движение (анимация) триизмерен модел или имитация на движение между триизмерни обекти. Универсални триизмерни графични пакети са много богати възможности за създаване на анимации. Има и високо специализирани програми, създадени специално за анимации и имат много ограничен набор от инструменти за моделиране:

В този етап на математически (вектор) пространство модел се превръща в плоска (растерен) изображение. Ако искате да се направи филм, направи поредица от изображения - фреймове. Като структура от данни. екран снимка точки, представени с матрица, където всяка точка се определя от най-малко три номера: интензивност на червено, зелено и синьо. По този начин прави триизмерна вектор преобразува структурата на данните в плосък спектър на пиксела. Тази стъпка често изисква много сложни изчисления, особено ако искате да създадете илюзията за реалност. Най-простият вид на представяне - е да се изгради на контурите на шарките на екрана на компютъра с помощта на проекция, както е показано по-горе. Обикновено това не е достатъчно и е необходимо да се създаде илюзията на материалите, от които са произведени обекти и тези обекти изчисляват изкривяване поради прозрачен носител (например, течност в чашата).

Има няколко техники за оказване, често се комбинират заедно. Например:

Z-буфер (използван в OpenGL и DirectX 10);
Scanline (scanline) - известен още като Рей леене ( «хвърляне лъч", опростен алгоритъм за рейтрейсинг) - Изчисляване на цвета на всяка точка от сградата на изображението на лъча от гледна точка на наблюдателя на чрез въображаемо дупка в екрана на мястото на пиксела "на сцената" до пресичането с първия повърхност. пиксел е в същия цвят като цвета на повърхността (понякога като се вземат предвид осветление и т.н. ...);
Рей проследяване (проследяване на лъчите английски рейтрейсинг ..) - същото като Scanline, но цвета на пиксела да бъде потвърдена, поради изграждане на допълнителни лъчи (отразено, пречупени и т.н ...) от точката на пресичане на външния вид на лъч. Въпреки името си, той се прилага само обратната рейтрейсинг (това е само от наблюдателя до източника на светлина), насочва изключително неефективна и консумира твърде много ресурси, за да произвеждат висококачествени изображения;
На осветление (Engl глобалното осветление radiosity ..) - изчисляване на повърхността на взаимодействие и среди във видимия спектър на излъчване с помощта на интегрални уравнения.

Линията между рейтрейсинг алгоритми сега са почти изтрити. Така че, в 3D Studio Max стандартен визуализатор нарича подразбиране scanline рендер, но той смята не само приноса на дифузната, отразява и собствени (самосветене цвят) на светлината, но сенките и гладка. Поради тази причина, най-концепция Raycasting отнася до назад проследяване на лъчите на и рейтрейсинг - права линия.

Най-популярните системи за рендиране, са:

Поради големия обем унифицирането на изчисленията може да бъде разделена на потоци (parallelizing). Ето защо, рендиране е много важно да се използват при многопроцесорни системи. През последните години активно провежда развитието на системите за рендиране с помощта на GPU вместо процесора. и днес тяхната ефективност за тези изчисления е много по-висока. Тези системи включват:

Много рендиране системи за производителите на процесора също планират да въведете подкрепата на графичния процесор (LuxRender, YafaRay, ментални образи iray).

Най-новите постижения и идеи за триизмерна графика (компютърна графика и всичко), докладвани и обсъдени по време на годишния симпозиум SIGGRAPH. традиционно се провежда в САЩ.

софтуер

3D-моделиране на фото-реалистични изображения

Софтуерни пакети. ви позволява да създавате триизмерни графики, т.е., за да се симулира виртуална реалност обекти, и да се създаде на базата на тези модели, изображението е много разнообразна. Последните години от стабилни лидери в тази област са търговски продукти, като например:

Сред продуктите с отворен код. разпространява безплатно. Blender изброени пакет (ви позволява да създадете 3D-модели, анимации, симулации, както и различни други. С последващо представяне), K-3D и Wings3D.

Безплатен Google SketchUp софтуер позволява на компаниите да създават модели, които са съвместими с географския пейзаж ресурса Google Earth. и да видите интерактивно компютърно потребителски хилядите на архитектурни модели, които са изложени на безплатни постоянно попълване на Google Градове в развитие (изключителни сгради в света) от потребителската общност.

Визуализация на триизмерна графика в игри и приложения

Има редица софтуерни библиотеки за оказване на триизмерна графика в приложения - DirectX, OpenGL, и така нататък.

Има редица подходи за представяне на 3D-графика в игрите - пълно 3D, псевдо-3D.

Съществува голямо разнообразие от двигатели. се използва за създаване на триизмерен игри, отговорни не само за триизмерни графики, но също така и за изчисленията на физиката на света на играта, взаимодействие на потребителя с играта, както и на потребителите в играта с мултиплейър режим и повече (вж. също 3D шутър статия). Обикновено, двигателят се разработва за определена игра и след това лицензира (става достъпна) за създаване на други игри.

Модел части и механизми за производство

Триизмерен модел на нефтени находища оборудване

Има инженерни CAD / CAE / CAM пакети, които включват създаването на модели на части и структури, тяхното изчисление и последващо образуване на програми за машини с ЦПУ и на 3D-принтери.

Тези пакети не винаги позволяват на потребителя да работи директно с 3D-модел, например, има OpenSCAM пакет. където моделът се генерира извършване на потребителски генерирани скриптове написани на специален език.

Триизмерните дисплеи

Един от първите снимки на екрана на 3D телевизор

Триизмерен или стереоскопични дисплеи. (3D показва, 3D екрани) - показва от стереоскопичен или друг [2] Ефектът създава илюзията за реален обем в показаното изображение.

В момента по-голямата част на триизмерен образ се гледа с помощта на стереоскопичен ефект, най-лесно за изпълнение, въпреки че използването на само един от стереоскопия не може да се счита за достатъчно, за обема на възприятие. Човешкото око в двойка и самостоятелния еднакво добре разграничи обемни предмети от плоски изображения [редактиране 1799 ден].

стереоскопични дисплеи

Методите включват стерео техническото изпълнение за използване в комбинация със специални очила дисплей или поляризирана. синхронизирано с филтри дисплей Anaglyphic в комбинация със специално пригоден изображение.

Налице е също така WOWvx технология, с която можете да получите 3D ефект без специални очила. Използвайки технология лещовидна обектив, който дава възможност на голям брой зрители широка свобода на движение, без да губи представата за 3D ефект. Слой от прозрачен леща е прикрепен към дисплея с течни кристали. Този слой изпраща различни изображения за всяко око. Тогава мозъкът комбинира ги, създава ефект на триизмерен образ. Прозрачен слой обектив осигурява пълна яркост, рязък контраст и истински цветни изображения.

Други дисплеи

Има също устройства, в които бързо въртяща се плоча монтирани светодиоди.

Такива устройства са сходни с първите опити за създаване на механична телевизия прогресивно. Очевидно е, че в бъдеще можем да очакваме появата на напълно електронно устройство, което позволява да се симулира, светлинният поток от триизмерни обекти в различни посоки, така че хората могат да се разхождат из екрана, а дори и погледна образа на едното око, без да пречи образ на звука.

Кина с 3D

Основните момента се използва в дисплей технологии stereofilms [4].

Увеличена реалност и 3D

Един вид разширение на 3D-графика е "добавена реалност". Използвайки технология за разпознаване на изображения (маркери), подсилена реалност програма допълва виртуални 3D-обекти в реално физическа среда. Потребителят може да си взаимодействат с маркер: да се превърне в различни посоки, различно осветление, за да затворите някои от частите му - и наблюдавайте промените, настъпили с 3D-обекти на екрана на компютъра.

бележки

литература

Софтуер за триизмерна графика и анимация