Методы и средства работы с трехмерным изображением реферат
Обновлено: 05.07.2024
Рисунок в Planix Home 3D Architect хранит всю информацию о вашем доме. Некоторые виды информации накапливаются автоматически, например, положение объекта или определение слоя, на котором находится объект . Другая информация, такая как стоимость дверей или серийный номер какого-либо прибора, задается вами.
После того как вся информация собрана, Вы можете воспользоваться ею разными способами. Вы можете, например, выбирать объекты по их свойствам. Вы можете создавать отчеты, использовать в других приложениях и просто просматривать информацию на рисунке.
В Planix Home 3D Architect вы можете увидеть, как выглядел бы ваш дом, если бы вы переделали и обставили его согласно вашему двухмерному рисунку. Вы можете посмотреть на внутреннюю обстановку дома, мебель, приборы и приспособления, окруженные стенами, дверями и окнами с какой-либо точки изнутри или снаружи дома.
Трехмерное изображение открывается одновременно с двухмерным в отдельном окне. Когда окно с трехмерным рисунком активно, появляется специальная Панель инструментов, которая содержит команды для операций с трехмерными изображениями.
Вы можете изменить размеры символов на двухмерном рисунке и посмотреть, как это будет выглядеть в трех измерениях.
Вы можете задать размеры определенных объектов, которые появляются только в трех измерениях, например, толщину дверных косяков, высоту подоконника, потолка или двери.
Трехмерная демонстрация — это видеофайл (.AVI), с помощью которого можно "прогуляться" по дому изнутри. Определить маршрут демонстраций можно, просто проведя ломаную линию на обычном двухмерном рисунке. Planix Home 3D Architect создаст серию трехмерных изображений по заданному маршруту, похожую на мультфильм.
Программа использует тот режим просмотра (монолитные многоугольники, тени, каркасы), которым вы пользовались в своей последней демонстрации или в обычном трехмерном рисунке.
По окончании рисования ломаной маршрута демонстрации вы даете ей имя, a Planix Home 3D Architect присваивает этому файлу номер, так чтобы не было двух одинаковых .AVI-файлов. Программа помещает файл демонстрации в папку "Tour" (Демонстрация). Таким образом, вы можете быстро найти, воспроизвести, копировать, переместить, переименовать или удалить желаемый видеофайл.
Для создания трехмерной демонстрации:
В меню "View" (Вид) выберите "Create Tour" (Создать демонстрацию) или щелкните соответствующую кнопку на Панели инструментов.
Введите на двухмерном рисунке точку начала демонстрации. Появится "привязанная" к указателю мыши ломаная.
Введите еще несколько точек маршрута демонстрации и щелкните правой кнопкой мыши. Откроется диалоговое окно "Animated Tour Settings" (Установки Демонстрации).
В выпадающих меню изменяйте различные установки: "Video Size" (Размеры Видео), "Eye Height" (Высота "точки взгляда"), "Field of View" (Поле зрения), "Video Quality" (Качество Видео). Поставьте или уберите "галочку* напротив "Play Video after Generation" (Воспроизвести сразу же после создания) и "Hide Doors During Animated Tour" (He показывать двери в процессе демонстрации).
Введите имя демонстрации в окошко "Tour Name" (Имя Демонстрации) и щелкните "OK" . Planix Home 3D Architect создает серию трехмерных изображений, преобразовывает их в видеофайл, а затем, если вы отметили "Play Video after Generation" (Воспроизвести сразу же после создания), воспроизводит демонстрацию.
В процессе создания трехмерных изображений вы можете нажать клавишу Esc , тогда демонстрация будет включать в себя все трехмерные изображения вплоть до того, на котором вы нажали Esc.
Изучение основных технологий для создания трехмерного изображения. Применение поляризационных фильтров в проекторах и очках в технологии поляризации. Недостатки технологии активных затворов. Изучение последовательности создания трехмерного изображения.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.09.2016 |
| Размер файла | 52,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
“ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Кафедра “Информационные технологии”
Выполнила студентка группы ВБИС22
Куликова Василина
Проверила: Борисова Екатерина Викторовна
Ростов-на-Дону 2014
1. Технологии создания 3D-изображения
3.1 Анаглиф (Anaglyph)
3.3 Затворный метод
4. 3D без очков: ближайшее будущее
5. Создание трёхмерного изображения
Список использованных источников
1. Технологии создания 3D-изображения
Способность к бинокулярному (стереоскопическому) зрению возникла у животных и людей не из их любви к красивым спецэффектам. А как часть природного механизма выживания, позволяющего определять расстояние до предметов и других животных или людей.
Такие знания позволяют быстро принять решение при встрече с опасностью или, наоборот, дичью -- напасть, отступить, обойти или бежать куда глаза глядят. Бинокулярным зрением обладают помимо человека лишь животные с наиболее развитой высшей нервной деятельностью. Все, что нужно для определения расстояния, которое и формирует объемную картинку, -- это три точки: непосредственный предмет и пара глаз.
2. История
Было бы ошибкой считать, что интерес к трехмерным изображениям возник лишь в последний десяток лет. Первые эксперименты и патенты появились почти сразу после рождения фотографии и кинематографа, то есть еще в конце XIX века. По большей части ни одна из технологий так и не получила массового распространения, но, например, такое устройство, как стереоскоп (на иллюстрации ниже) было хорошо известно даже в Советском Союзе. Правда, смотреть можно было лишь диафильмы (слайды с титрами), состоящие всего из десятка кадров, да и выбор их был крайне ограничен, но для знакомства с технологией этого было вполне достаточно. В качестве слайдов использовались кадры с куклами, снятыми под двумя разными ракурсами. При этом каждый глаз видел свою собственную картинку.
3. Технологии
В настоящее время существует множество различных технологий для создания трехмерного изображения. Наибольшее распространение получило три. Все они требуют специальных очков (в каждом случае, разумеется, своих). И каждая имеет свои достоинства и недостатки. Это анаглиф (простые очки с красной и синей пленкой), поляризация (использование эффекта поляризации для разделения изображений левого и правого глаза). И очки с активными затворами (разделение картинки для каждого глаза выполняется за счет заслонки, появляющейся 50-60 раз в секунду отдельно для каждого глаза).
3.1 Анаглиф (Anaglyph)
3.2 Поляризация
3.3 Затворный метод
Этот метод создания трехмерного изображения еще называют эклипсным (от английского Eclipse -- затмение) или светоклапанным. Для разделения изображения в нем используются специальные затворы в очках. Сейчас это специальные жидкокристаллические затворы, способные изменять свое состояние с прозрачного до полностью непрозрачного 60 раз в секунду. Таким образом, на каждый глаз подается своя собственная картинка, а работа шторок в очках требует синхронизации с изображением на экране, который в свою очередь сменяет картинку 120 раз в секунду -- по 60 раз для каждого глаза. На сегодняшний день эта технология получила наибольшее распространение благодаря усилиям компании NVIDIA, которая активно продвигает ее под названием NVIDIA 3D Vision. А также выпускает готовый набор с очками и ИК-передатчиком для синхронизации очков с ПК. А еще сотрудничает с производителями компьютерных игр, поддерживая таким образом появление большого количества интересных игр, которые создают принципиально другие ощущения от игрового процесса. На сегодняшний день с технологией NVIDIA 3D Vision совместимо более 450 популярных игр последних лет. Также технология позволяет смотреть в объеме 3D фильмы, стереофотографии и даже потоковое видео в 3D.
К недостаткам технологии с использованием активных затворов можно отнести некоторое снижение яркости изображения (решается путем увеличения яркости проектора либо монитора или телевизора). Ну, и такие очки требуют регулярной подзарядки, поскольку работа жидкокристаллических затворов нуждается в питании. Так, например, аккумулятора батареи очков NVIDIA хватает на 40 часов. Стоит добавить, что все 3D-телевизоры используют именно эту технологию. И именно эта технология рекомендована Ассоциацией 3D Blu Ray для просмотра 3D Blu Ray дисков как единственная, обеспечивающая честные 1080р на каждый глаз.
4. 3D без очков: ближайшее будущее
Преимущества
Искажение цветопередачи, слабый стереоскопический эффект
Самая низкая цена
Поляризация
Потеря разрешения картинки. Потеря стереоскопического эффекта при наклоне головы
Необходимость в серебряном покрытии экрана и двух проекторах для круговой поляризации
Приемлемый уровень яркости изображения, невысокая стоимость
Активный затвор
Снижение контрастности картинки, необходимость регулярной подзарядки аккумулятора
Более высокая цена на очки
Разрешение 1080р на каждый глаз. Хороший угол обзора
Разнообразие контента: 3D игры, кино, видео, фотографии и web-приложения
5. Создание трёхмерного изображения
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
· Моделирование -- создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;
· Текстурирование -- назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов -- прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);
· Освещение -- установка и настройка источников света;
· Анимация (в некоторых случаях) -- придание движения объектам;
· Динамическая симуляция (в некоторых случаях) -- автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации,ветра, выталкивания и др., а также друг с другом;
· Рендеринг (визуализация) -- построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;
· Композитинг (компоновка) -- доработка изображения;
· вывод полученного изображения на устройство вывода -- дисплей или принтер.
трехмерный изображение технология проектор
5.1 Моделирование
Моделирование сцены (виртуального пространства моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:
· Геометрия (построенная с помощью различных техник (напр., создание полигональной сетки) модель, например здание);
· Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон);
· Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения);
· Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции);
· Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации);
· Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)
Задача трёхмерного моделирования -- описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.
Назначение материалов: для сенсора реальной фотокамеры материалы объектов реального мира отличаются по признаку того, как они отражают, пропускают ирассеивают свет; виртуальным материалам задается соответствие свойств реальных материалов -- прозрачность, отражения, рассеивания света, шероховатость,рельеф и пр.
Наиболее популярными пакетами сугубо для моделирования являются:
· Autodesk Mudbox, Autodesk 3Dmax studio;
Для создания трехмерной модели человека или существа может быть использована, как прообраз (в большинстве случаев) Скульптура.
5.2 Текстурирование
Текстурирование подразумевает проецирование растровых или процедурных текстур на поверхности трехмерного объекта в соответствии с картой UV-координат, где каждой вершине объекта ставится в соответствие определенная координата на двухмерном пространстве текстуры.
Как правило, многофункциональные редакторы UV-координат входят в состав универсальных пакетов трехмерной графики. Существуют также автономные и подключаемые редакторы от независимых разработчиков, например Unfold3D magic, Deep UV, Unwrella и др.
5.3 Освещение
· Omni light (Point light) -- всенаправленный;
· Spot light -- конический (прожектор), источник расходящихся лучей;
· Directional light -- источник параллельных лучей;
· Area light (Plane light) -- световой портал, излучающий свет из плоскости;
· Photometric -- источники света, моделируемые по параметрам яркости свечения в физически измеримых единицах, с заданной температурой накала.
Существуют также другие типы источников света, отличающиеся по своему функциональному предназначению в разных программах трехмерной графики и визуализации. Некоторые пакеты предоставляют возможности создавать источники объемного свечения (Sphere light) или объемного освещения (Volume light), в пределах строго заданного объёма. Некоторые предоставляют возможность использовать геометрические объекты произвольной формы.
5.4 Анимация
Одно из главных призваний трехмерной графики -- придание движения (анимация) трехмерной модели, либо имитация движения среди трехмерных объектов. Универсальные пакеты трехмерной графики обладают весьма богатыми возможностями по созданию анимации. Существуют также узкоспециализированные программы, созданные сугубо для анимации и обладающие очень ограниченным набором инструментов моделирования:
· PMG Messiah Studio
5.5 Рендеринг
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок -- кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга -- это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).
Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:
· Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX 10);
· Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) -- то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей (то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки;
· Глобальное освещение (англ. global illumination, radiosity) -- расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.
Грань между алгоритмами трассировки лучей в настоящее время практически стёрлась. Так, в 3D Studio Max стандартный визуализатор называется Default scanline renderer, но он считает не только вклад диффузного, отражённого и собственного (цвета самосвечения) света, но и сглаженные тени. По этой причине, чаще понятие Raycasting относится к обратной трассировке лучей, а Raytracing -- к прямой.
Наиболее популярными системами рендеринга являются:
· PhotoRealistic RenderMan (PRMan)
Вследствие большого объёма однотипных вычислений рендеринг можно разбивать на потоки (распараллеливать). Поэтому для рендеринга весьма актуально использование многопроцессорных систем. В последнее время активно ведётся разработка систем рендеринга использующих GPU вместо CPU, и уже сегодня их эффективность для таких вычислений намного выше. К таким системам относятся:
· Refractive Software Octane Render
· AAA studio FurryBall
· RandomControl ARION (гибридная)
Многие производители систем рендеринга для CPU также планируют ввести поддержку GPU (LuxRender, YafaRay, mental images iray).
Самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики (и компьютерной графики вообще) докладываются и обсуждаются на ежегодном симпозиуме SIGGRAPH, традиционно проводимом в США.
Итоги
Хотим мы или нет, но 2010 год войдет в историю как время перемен -- все производители техники единодушно взяли курс на 3D, и от этого уже никуда не деться. Трехмерное изображение нас ждет вскоре повсюду -- в кинотеатрах, компьютерных играх, на экранах домашних телевизоров и мониторах. А в ближайшем будущем и в мобильных телефонах. На сегодняшний день наиболее перспективной технологией 3D для домашней техники является метод с активными затворами. Он получила поддержку и распространение в телевизорах, компьютерных мониторах, проекторах. С его помощью можно наслаждаться не только фильмами, но и домашними фотографиями (серийные фотокамеры с двумя объективами, позволяющими делать объёмные снимки, уже появляются в продаже, на очереди видеокамеры). Ну, а для заядлых компьютерных игроков раздолье есть уже прямо сейчас -- благодаря компании NVIDIA и ее поддержке технологии 3D Vision уже сегодня доступны сотни игр, предоставляющих геймерам совершенно новый уровень ощущений от трехмерных игр.
Список использованных источников
Подобные документы
Анализ существующих программ трехмерного моделирования. Сравнение программ для создания трехмерной графики. Технологии трехмерного моделирования в Cinema 4D. Проект создания текстовой анимации на основе инструментов "Organicball", "Formula" и "Cloud".
дипломная работа [2,4 M], добавлен 14.11.2017
Рассмотрение проблемы создания трехмерного динамического изображения вращения пирамиды. Особенности построения в среде Microsoft Visual Studio пользовательского интерфейса, позволяющего изменять параметры визуализации и взаимодействовать с программой.
курсовая работа [221,7 K], добавлен 06.02.2013
Описание различных методов цветовой коррекции для трехмерного изображения, проектировка и реализация соответствующих шейдеров. Разработка архитектуры программного приложения и диаграмм вариантов использования, классов, развертывания и последовательности.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 06.04.2015
Описание этапов создания анимированного GIF изображения мультипликационного героя "Винни-Пуха" в программе Adobe Photoshop CS6. Создание дубликата слоя изображения и подготовка кадров для GIF анимации. Настройка эффектов анимации и результат GIF-файла.
лабораторная работа [1,2 M], добавлен 05.03.2015
Изучение современных технологий сканирования и улучшения изображения. Сравнение новой технологии CIS с традиционной CCD. Изучение принципа работы сканеров ПЗС-технологии. Программное обеспечение. Источники света и освещенность сканируемого материала.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
Кафедра математики и методики обучения математике
ОНЛАЙН ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ОБЪЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
44.03.01. Педагогическое образование. Профиль Математика. Информатика
Руководитель: Т. В. Кормилицына, кандидат физ.-мат. наук, доцент
1. Классификация средств КГиА 4
2. Трёхмерная графика 4
2.1 Моделирование 5
3. Программное обеспечение 7
Список использованных источников 13
Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трехмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объемные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трехмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трехмерные дисплеи. Но чтобы насладиться объемной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Шаг вправо, шаг влево, равно как и неосторожный поворот головы, карается превращением трехмерности в несимпатичное зазубренное изображение. Решение этой проблемы уже созрело в научных лабораториях.
Однако и 3D-дисплеи по-прежнему не позволяют создавать полноценной физической, осязаемой копии математической модели, создаваемой методами трехмерной графики.
Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твердого тела (воксельная модель).
По своему "профессиональному" назначению средства компьютерной графики и анимации можно подразделить на следующие группы: пакеты компьютерной графики для полиграфии; программы двумерной компьютерной живописи; презентационные пакеты; программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино; программы для двумерного и трехмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок; пакеты трехмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов; комплексы для обработки видеоизображений, необходимые для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись; программы для научной визуализации. Программы компьютерной графики и анимации представляют профессиональный интерес для художников и дизайнеров, полиграфистов и кинематографистов, разработчиков компьютерных игр и создателей образовательных программ, клип-мейкеров и ученых, а также любых специалистов, которым необходимо создавать, использовать и обрабатывать самые разнообразные изображения.
Трёхмерная графика (3D Graphics, Три измерения изображения, 3 Dimensions) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.
Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. При этом модель может, как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.
рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.
вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер.
Однако, в связи с попытками создания 3D-дисплеев и 3D-принтеров, трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.
Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:
Геометрия (построенная с помощью различных техник модель, например здание)
Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон)
Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения)
Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции)
Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации)
Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)
Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом, рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).
Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:
Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX 10);
Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей (то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки;
Глобальное освещение (англ.global illumination, radiosity) — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Вы наверняка замечали, что после применения нового моющего средства ваша посуда блестит гораздо более тускло, чем в рекламе. А вымытые дорогим шампунем волосы не выглядят так красиво, как на экране телевизора. Причина этого проста: слишком чистая посуда – всего лишь просчитанное компьютером изображение. Такие тарелки в реальности не существуют. Многие не догадываются, что это не реальные съемки, а результат работы мастера трехмерной графики.
Прочитав мои статьи, вы будите иметь начальное представление о 3D(трехмерной) графике и ее функциях.
Трёхмерная графика (3D, 3 Dimensions, русск. 3 измерения) — раздел компьютерной графики, охватывающий алгоритмы и программное обеспечение для оперирования объектами в трёхмерном пространстве, а также результат работы таких программ. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке.
Трёхмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трёхмерной модели сцены на экране компьютера с помощью специализированных программ.
При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
Для получения трёхмерного изображения требуются следующие шаги:
Модели?рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
Пример научного моделирования. Схема химических процессов и процессов переноса в атмосфере.
Процесс моделирования включает три элемента:
модель, определяющую (отражающую) отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.
Четвертый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.
Это один из наиболее важных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно, программные пакеты трехмерного моделирования и анимации включают в себя также и функцию рендеринга. Существуют отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг.
В зависимости от цели, различают пре-рендеринг, как достаточно медленный процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и рендеринг в реальном режиме, применяемый в компьютерных играх. Последний часто использует 3D-ускорители.
Методы рендеринга (визуализации)
На текущий момент разработано множество алгоритмов визуализации. Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения.
Трассирование каждого луча света в сцене не практично и занимает неприемлемо длительные периоды времени. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтобы получить изображение, занимает чрезмерное количество времени, если не применяется аппроксимация (семплирование).
Вследствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:
Растеризация (англ. rasterization) и метод сканирования строк (англ. scanline rendering). Визуализация производится проецированием объектов сцены на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя.
Метод бросания лучей (англ. ray casting). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определенной точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. При этом лучи прекращают свое распространение(в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо ее фона. Возможно используются какие-то очень простые техники добавления оптических эффектов или внесения эффекта перспективы.
Трассировка лучей (англ. ray tracing) похож на метод бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает свое распространение, а разделяется на три компоненты, луча, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пиксела на двумерном экране: отраженный, теневой и преломленный. Количество таких разделений на компоненты определяет глубину трассирования и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, но при этом он очень ресурсоемкий и процесс визуализации занимает значительные периоды времени.
Передовое программное обеспечение обычно совмещает в себе несколько техник, чтобы получить достаточно качественное и фотореалистичное изображение за приемлемые затраты вычислительных ресурсов.
Программные пакеты, позволяющие производить трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: такие как Autodesk 3ds Max, Maya, Newtek Lightwave, SoftImage XSI и сравнительно новые Rhinoceros 3D, Cinema 4D или ZBrush. Кроме того, уверенно набирают популярность и открытые продукты, распространяемые свободно, например, полнофункциональный пакет Blender (позволяет и производство моделей, и последующий рендеринг) и Wings3D (только создание моделей с возможностью последующего использования их другими программами).
В 3ds Max реализована возможность создания нескольких основных источников частиц. Начиная с 8 версии имеется 6 основных источников частиц (не включая Particle Flow), демонстрирующих различное поведение. Традиционными источниками частиц в 3ds Max являются Spray (Брызги), Snox (Снег), Blizzard (Метель), PArray (Массив частиц), PCloud (Облако частиц) и Super Sprays (Супербрызги).
Particle Flow — это изощрённая нелинейная событийно-управляемая система частиц, разработанная Олегом Байбородиным, одна из семи систем частиц 3ds Max. Подобно большинству систем частиц, доступных в современных пакетах трёхмерной графики Particle Flow позволяет пользователю моделировать поведение частиц на основании серий предопределённых процедур (событий) средствами удобного наглядного интерфейса.
3ds Max также включает механизм расчёта физики reactor, изначально разработанный Havok. Reactor позволяет моделировать поведение твёрдых тел, мягких тел, ткани с учётом силы тяжести и других воздействий. Так же как и в других программах имитации динамики в reactor’е используются упрощённые выпуклые оболочки объектов, которые могут быть настроены на использование всех вершин объекта, ценою времени обработки.
Maya — редактор трёхмерной графики. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении. Первоначально разработана для ОС Irix (платформа SGI), затем была портирована под ОС GNU/Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 32, так и для 64-битных систем.
Maya названа в честь Санскритского слова, которое означает иллюзия. Maya существует в трёх версиях:
Maya Unlimited — самый полный и самый дорогой пакет
Maya Complete — менее мощный пакет
Maya Personal Learning Edition — бесплатный пакет для некоммерческого использования. Есть функциональные ограничения, а также все отрендеренные изображения помечаются водяным знаком.
Maya была разработана Alias Systems Corporation и выпущена для операционных систем Microsoft Windows, GNU/Linux, IRIX и Mac OS X. В сентябре 2007 года, была выпущена новая версия, получившая имя Maya 2008. Для платформы IRIX последней версией была 6.5, в связи с уменьшающейся популярностью ОС в последние годы. В октябре 2005 года компания Alias влилась в Autodesk. Представители компании в различных интервью подтвердили, что не будут сливать Maya и 3ds Max в один продукт.
Важная особенность Maya — её открытость для сторонних разработчиков, которые могут преобразовать её в версию, которая более удовлетворяет требованиям больших студий, которые предпочитают писать код, специфичный для их нужд. Даже не взирая на присущую Maya мощь и гибкость, этой особенности достаточно для того, чтобы повлиять на выбор.
В Maya встроен мощный интерпретируемый кросс-платформенный язык: Maya Embedded Language (MEL), очень похожий на Tcl. Это не просто скриптовый язык, это способ настроить основную функциональность Maya (большая часть окружения Maya и сопутствующих инструментов написана на нем). В частности, пользователь может записать свои действия как скрипт на MEL, из которого можно быстро сделать удобный макрос. Так аниматоры могут добавлять функциональность к Maya даже не владея языками C или C++, оставляя при необходимости такую возможность.
Файлы проектов, включая все данные о геометрии и анимации, сохраняются как последовательности операций MEL. Эти файлы могут быть сохранены в текстовом файле (.ma — Maya ASCII), который может быть отредактирован в любом текстовом редакторе. Это обеспечивает непревзойденный уровень гибкости при работе с внешними инструментами.
Прочитав стать у человека сформируется понятие о Трехмерной графике. Для чего используется она в нашем современном мире. Какую сложную и в тоже время интересную работу выполняют аниматоры, архитекторы и т.п. люди. Вы поймете какой из программных продуктов лучше для выполнения какого либо действия с 3D графикой. Дерзайте, пробуйте, моделируйте и может быть вас затянет, этот увлекательный мир 3D!
Читайте также: