Начини за постигане на реализъм в триизмерната графика. Технологии за 3D реализъм Етапи на създаване на 3D изображение

За да се увеличи реализма на дисплея на текстури, насложени върху полигони, се използват различни технологии:

Изглаждане (Anti-aliasing);

· MIP-картографиране;

текстурно филтриране.

Технология за антиалиасинг

Anti-aliasing е технология, използвана при обработката на изображения за премахване на ефекта на "стъпаловидни" ръбове (aliasing) на обектите. С растерния метод за формиране на изображението се състои от пиксели. Поради факта, че пикселите имат ограничен размер, по краищата на триизмерните обекти могат да се разграничат така наречените стълби или стъпаловидни ръбове. За да сведете до минимум ефекта на стълбището, най-лесният начин е да увеличите разделителната способност на екрана, като по този начин намалите размера на пикселите. Но този път не винаги е възможен. Ако не можете да се отървете от ефекта на стъпалото чрез увеличаване на разделителната способност на монитора, можете да използвате технологията Anti-aliasing, която ви позволява визуално да изгладите ефекта на стълбите. Най-често използваната техника за това е да се създаде плавен преход от цвета на линията или ръба към цвета на фона. Цветът на точка, разположена на границата на обектите, се определя като средната стойност на цветовете на двете гранични точки.

Има няколко основни технологии за анти-алиасинг. За първи път най-висококачественият резултат беше даден от технологията за анти-алиасинг на цял екран FSAA (Full Screen Anti-Aliasing). В някои литературни източници тази технология се нарича SSAA. Същността на тази технология се крие във факта, че процесорът изчислява рамка на изображението с много по-висока разделителна способност от разделителната способност на екрана и след това, когато се показва на екрана, осреднява стойностите на група пиксели до един; броят на осреднените пиксели съответства на разделителната способност на екрана на монитора. Например, ако кадър с разделителна способност 800x600 е премахнат с помощта на FSAA, изображението ще бъде изчислено при разделителна способност 1600x1200. При превключване към разделителната способност на монитора се осредняват цветовете на четирите изчислени точки, съответстващи на един пиксел на монитора. В резултат на това всички линии имат плавни цветови преходи, което визуално елиминира ефекта на стълбите.

FSAA върши много ненужна работа, натоварва GPU, изглаждайки не границите, а цялото изображение, което е основният му недостатък. За да се премахне този недостатък, беше разработена по-икономична технология MSSA.

Същността на технологията MSSA е подобна на технологията FSAA, но не се извършват изчисления върху пикселите вътре в полигоните. За пиксели по границите на обекти, в зависимост от нивото на изглаждане, се изчисляват 4 или повече допълнителни точки, по които се определя крайният цвят на пиксела. Тази технология е най-разпространената в момента.

Известни са индивидуални разработки на производителите на видео адаптери. Например, NVIDIA разработи технологията Coverage Sampling (CSAA), която се поддържа само от видеоадаптери GeForce, започвайки с 8-ма серия (8600 - 8800, 9600 - 9800). ATI въведе AAA (Adaptive Anti-Aliasing) в графичния процесор R520 и всички последващи адаптивни anti-aliasing.

Технология за картографиране на MIP

Технологията се използва за подобряване на качеството на текстуриране на 3D обекти. За да добавите реализъм към триизмерното изображение, е необходимо да вземете предвид дълбочината на сцената. Докато се отдалечавате от гледната точка, текстурата на наслагването трябва да изглежда все по-размазана. Следователно, когато се текстурира дори хомогенна повърхност, най-често се използват не една, а няколко текстури, което прави възможно правилното отчитане на перспективните изкривявания на триизмерен обект.

Например, необходимо е да се изобрази калдъръмена настилка, която навлиза дълбоко в сцената. Ако се опитате да използвате само една текстура по цялата дължина, след като се отдалечите от гледната точка, може да се появят вълнички или само един плътен цвят. Факт е, че в тази ситуация няколко текстурни пиксела (тексела) попадат в един пиксел на монитора наведнъж. Възниква въпросът: в полза на кой тексел да изберем при показване на пиксел?

Тази задача се решава с помощта на технологията за картографиране на MIP, която предполага възможността за използване на набор от текстури с различни нива на детайлност. Въз основа на всяка текстура се създава набор от текстури с по-ниско ниво на детайлност. Текстурите на такъв набор се наричат ​​MIP - карти (MIP карта).

В най-простия случай на картографиране на текстури, за всеки пиксел на изображението, съответната MIP карта се определя според таблицата LOD (Ниво на детайлност). Освен това се избира само един тексел от MIP картата, чийто цвят се присвоява на пиксела.

Технологии за филтриране

По правило технологията за картографиране на MIP се използва в комбинация с технологии за филтриране, предназначени да коригират артефактите на mip-текстуриране. Например, докато даден обект се отдалечава от гледната точка, възниква преход от ниско ниво на MIP карта към по-високо ниво на MIP карта. Когато даден обект е в състояние на преход от едно ниво на MIP карта към друго, се появява специален тип грешка при визуализация: ясно различими граници на прехода от едно ниво на MIP карта към друго.

Идеята на филтрирането е, че цветът на пикселите на обекта се изчислява от съседни текстурни точки (тексели).

Първият метод за филтриране на текстури беше така нареченото точково вземане на проби, което не се използва в съвременните 3D графики. Следващият беше разработен билинеенфилтриране. Билинейното филтриране взема среднопретеглената стойност от четири съседни текстурни пиксела, за да покаже точка на повърхността. При такова филтриране качеството на бавно въртящи се или бавно движещи се обекти с ръбове (като куб) е ниско (замъглени ръбове).

| Повече ▼ високо качестводава трилинейнафилтриране, при което за определяне на цвета на пиксел се взема средната стойност на цвета на осем тексела, четири от две съседни структури и в резултат на седем операции на смесване се определя цветът на пиксела.

С нарастването на производителността на графичните процесори, a анизотропенфилтрация, която се прилага успешно и досега. При определяне на цвета на точка, той използва голям брой тексел и взема предвид позицията на полигоните. Нивото на анизотропно филтриране се определя от броя на текселите, които се обработват при изчисляване на цвета на един пиксел: 2x (16 тексела), 4x (32 тексела), 8x (64 тексела), 16x (128 тексела). Това филтриране гарантира високо качество на показаното движещо се изображение.

Всички тези алгоритми се изпълняват от графичния процесор на видеокартата.

Интерфейс за програмиране на приложения (API)

За да се ускори изпълнението на етапите на 3D тръбопровода, 3D графичният ускорител трябва да има определен набор от функции, т.е. хардуер, без участие процесор, извършете операциите, необходими за изграждане на 3D изображение. Наборът от тези функции е най-важната характеристика на 3D ускорителя.

Тъй като 3D ускорителят има собствен набор от команди, той може да се използва ефективно само ако приложната програма използва тези команди. Но тъй като има много различни модели 3D ускорители, както и различни приложни програми, които генерират триизмерни изображения, възниква проблем със съвместимостта: невъзможно е да се напише такава програма, която да използва еднакво добре командите на ниско ниво на различни ускорители. Очевидно както разработчиците на приложен софтуер, така и производителите на 3D ускорители се нуждаят от специален помощен пакет, който изпълнява следните функции:

ефективно преобразуване на заявките на приложната програма в оптимизирана последователност от команди на ниско ниво на 3D ускорителя, като се вземат предвид особеностите на неговата хардуерна конструкция;

софтуерна емулация на исканите функции, ако използвания ускорител не разполага с тяхната хардуерна поддръжка.

Извиква се специален помощен пакет за изпълнение на тези функции интерфейс за приложно програмиране (Интерфейс на приложната програма = API).

API заема междинна позиция между приложни програми от високо ниво и команди от ниско нивоускорител, които се генерират от неговия драйвер. Използването на API освобождава разработчика на приложение от необходимостта да работи с команди за ускоряване на ниско ниво, улеснявайки процеса на създаване на програми.

В момента има няколко API в 3D, чийто обхват е доста ясно очертан:

DirectX, разработен от Microsoft, използван в приложения за игри, работещи на Windows 9X и по-нови операционни системи;

OpenGL, използвани главно в професионални приложения (системи за компютърно подпомагано проектиране, системи за 3D моделиране, симулатори и др.) операционна система Windows NT;

Собствени (родни) APIсъздадени от производителите на 3D ускорители изключително за техните чипсети, за да използват техните възможности по най-ефективния начин.

DirectX е строго регулиран, затворен стандарт, който не позволява промени до пускането на следващия, нова версия. От една страна, това ограничава възможностите на разработчиците на софтуер и особено на производителите на ускорители, но значително опростява настройката на потребителя на софтуер и хардуер за 3D.

За разлика от DirectX, OpenGL API е изграден върху концепцията за отворен стандарт, с малък базов набор от функции и много разширения, които прилагат по-сложни функции. Производителят на Chipset 3D ускорителя е длъжен да създаде BIOS и драйвери, които изпълняват основни функции на Open GL, но не е длъжен да предоставя поддръжка за всички разширения. Това поражда редица проблеми, свързани с писането на драйвери за техните продукти от производителите, които се доставят както в пълен, така и в съкратен вид.

Пълна версия OpenGL-съвместим драйвер се нарича ICD (Installable Client Driver - драйвер за клиентско приложение). Осигурява максимална производителност, т.к. съдържа кодове от ниско ниво, които осигуряват поддръжка не само за основния набор от функции, но и за неговите разширения. Естествено, като се има предвид концепцията на OpenGL, създаването на такъв драйвер е изключително сложен и отнема много време процес. Това е една от причините професионалните 3D ускорители да са по-скъпи от игралните.

Изграждането на реалистични изображения включва както физически, така и психологически процеси. Светлината, тоест електромагнитната енергия, след взаимодействие с околната среда, навлиза в окото, където в резултат на физични и химични реакции се генерират електрически импулси, които се възприемат от мозъка. Възприятието е придобито свойство. Човешкото око е много сложна система. Има почти сферична форма с диаметър около 20 mm. От експериментите е известно, че чувствителността на окото към яркостта на светлината се променя по логаритмичен закон. Границите на чувствителност към яркост са изключително широки от порядъка на 10 10 , но окото не е в състояние да възприеме едновременно целия диапазон. Окото реагира на много по-малък диапазон от стойности по отношение на яркостта, разпределени около нивото на светлинна адаптация.

Скоростта на адаптиране към яркостта не е еднаква за различните части на ретината, но въпреки това е много висока. Окото се приспособява към "средната" яркост на гледаната сцена; следователно област с постоянна яркост (интензитет) изглежда по-ярка или по-светла на тъмен фон, отколкото на светъл фон. Това явление се нарича едновременен контраст.

Друго свойство на окото от значение за компютърната графика е, че краищата на област с постоянен интензитет изглеждат по-ярки, което кара областите с постоянен интензитет да се възприемат като имащи променлив интензитет. Това явление се нарича ефект на лентата на Мах на името на австрийския физик Ърнест Мах, който го открива. Ефектът на лентата на Мах се наблюдава, когато наклонът на кривата на интензитета се промени рязко. Ако кривата на интензитета е вдлъбната, тогава на това място повърхността изглежда по-светла, ако е изпъкнала, тя е по-тъмна (Фигура 1.1).

Ориз. 1.1. Ефект на лентата на Мах: (а) линейна функция на интензитета на части, (б) функция на интензитета с непрекъсната първа производна.

1.1 Прост модел на осветление.

Светлинната енергия, падаща върху повърхността, може да бъде абсорбирана, отразена или предадена. Частично се абсорбира и превръща в топлина, а частично се отразява или предава. Един обект може да се види само ако отразява или пропуска светлина; ако обектът абсорбира цялата падаща светлина, тогава той е невидим и се нарича черно тяло. Количеството погълната, отразена или предадена енергия зависи от дължината на вълната на светлината. При осветяване с бяла светлина, при която интензитетът на всички дължини на вълната е намален приблизително еднакво, обектът изглежда сив. Ако почти цялата светлина се абсорбира, тогава обектът изглежда черен, а ако само малка част от него е бял. Ако се абсорбират само определени дължини на вълните, разпределението на енергията на светлината, излъчвана от обекта, се променя и обектът изглежда оцветен. Цветът на даден обект се определя от абсорбираните дължини на вълните.

Свойствата на отразената светлина зависят от структурата, посоката и формата на светлинния източник, от ориентацията и свойствата на повърхността. Отразената светлина от обект също може да бъде дифузна или огледална. Дифузното отражение на светлината възниква, когато изглежда, че светлината прониква под повърхността на обект, абсорбира се и след това се излъчва отново. В този случай позицията на наблюдателя няма значение, тъй като дифузно отразената светлина се разпръсква равномерно във всички посоки. Огледалното отражение идва от външната повърхност на обекта.

Фиг.1.2. Ламбертово дифузно отражение

Повърхността на обекти, изобразени с помощта на прост модел на осветление с дифузно отражение на Lambertian (Фигура 1.2), изглежда избледняла и матова. Предполага се, че източникът е точков, така че обектите, които не са пряко засегнати от светлина, изглеждат черни. Въпреки това, обектите на реални сцени също се влияят от дифузна светлина, отразена от околната среда, например от стените на стаята. Разсеяната светлина съответства на разпределен източник. Тъй като изчисляването на такива източници изисква големи изчислителни разходи, в компютърната графика те се заменят с коефициента на разсейване.

Нека са дадени два обекта, еднакво ориентирани спрямо източника, но разположени на различно разстояние от него. Ако намерите техния интензитет според тази формула, тогава той ще бъде същият. Това означава, че когато обектите се припокриват, те не могат да бъдат разграничени, въпреки че интензитетът на светлината е обратно пропорционален на квадрата на разстоянието от източника и обектът по-далеч от него трябва да е по-тъмен. Ако приемем, че източникът на светлина е в безкрайност, тогава дифузният член на модела на осветяване ще се превърне в нула. В случай на перспективна трансформация на сцената, разстоянието от центъра на проекцията до обекта може да се приеме като фактор на пропорционалност за дифузния член.

Но ако проекционният център е близо до обекта, тогава за обекти, разположени на приблизително същото разстояние от източника, разликата в интензитетите е прекалено голяма. Както показва опитът, по-голям реализъм може да се постигне с линейно затихване. В този случай моделът на осветлението изглежда така (фиг. 1.3.)

Фиг.1.3. Огледално отражение.

Ако се приеме, че точката на наблюдение е в безкрайност, тогава тя се определя от позицията на обекта, който е най-близо до точката на наблюдение. Това означава, че най-близкият обект се осветява с пълния интензитет на източника, а по-отдалечените обекти с намален интензитет. За цветни повърхности моделът на осветление се прилага към всеки от трите основни цвята.

Поради огледалното отражение върху лъскавите предмети се появяват светлинни отражения. Поради факта, че огледално отразената светлина е фокусирана по вектора на отражението, отблясъците също се движат, когато наблюдателят се движи. Освен това, тъй като светлината се отразява от външната повърхност (с изключение на метали и някои твърди багрила), отразеният лъч запазва свойствата на падащия лъч. Например, когато лъскава синя повърхност е осветена с бяла светлина, се появяват бели, а не сини отблясъци.

Прозрачност

В основните светлинни модели и алгоритми за премахване на скрити линии и повърхности се разглеждат само непрозрачни повърхности и обекти. Има обаче и прозрачни предмети, които пропускат светлина, като чаша, ваза, прозорец на кола или вода. При преминаване от една среда в друга, например от въздух към вода, светлинният лъч се пречупва; следователно пръчка, стърчаща от водата, изглежда огъната. Пречупването се изчислява съгласно закона на Снел, който гласи, че падащият и пречупващият се лъч лежат в една и съща равнина, а ъглите на падане и пречупване са свързани по формула.

Никое вещество не пропуска цялата падаща светлина, част от нея винаги се отразява; това също е показано на (фиг.1.4.)

Фиг.1.4 Геометрия на пречупване.

Точно като отражението, предаването може да бъде огледално (насочено) или дифузно. Насоченото предаване е характерно за прозрачни вещества, като например стъкло. Ако погледнете обект през такова вещество, тогава, с изключение на контурните линии на извити повърхности, няма да има изкривяване. Ако светлината се разсейва при преминаване през вещество, тогава имаме дифузно предаване. Такива вещества изглеждат полупрозрачни или непрозрачни. Ако погледнете обект през такова вещество, той ще изглежда размит или изкривен.

Сенки

Ако позициите на наблюдателя и източника на светлина са еднакви, тогава сенките не се виждат, но се появяват, когато наблюдателят се премести в друга точка. Изображение с вградени сенки изглежда много по-реалистично и освен това сенките са много важни за моделирането. Например област от особен интерес за нас може да бъде невидима поради факта, че попада в сянка. В приложни области - строителство, разработване на космически кораби и др. - сенките влияят върху изчисляването на падащата слънчева енергия, отопление и климатизация.

Наблюденията показват, че сянката се състои от две части: полусянка и пълна сянка. Пълната сянка е централната, тъмна, рязко очертана част, а полусянката е по-светлата част около нея. В компютърната графика обикновено се разглеждат точкови източници, създаващи само пълна сянка. Създават разпределени източници на светлина с краен размер. както сянка, така и полусянка: в пълна сянка изобщо няма светлина, а полусянката се осветява от част от разпределен източник. Поради високите изчислителни разходи, като правило се взема предвид само общата сянка, образувана от точков източник на светлина. Сложността и, следователно, цената на изчисленията също зависят от позицията на източника. Най-лесно е, когато източникът е в безкрайност и сенките се определят с помощта на ортогонална проекция. По-трудно е, ако източникът се намира на крайно разстояние, но извън зрителното поле; тук е необходима перспективна проекция. Най-трудният случай е, когато източникът е в зрителното поле. След това трябва да разделите пространството на сектори и да търсите сенки отделно за всеки сектор.

За да се изградят сенките, човек трябва по същество да премахне невидимите повърхности два пъти: за позицията на всеки източник и за позицията на наблюдателя или гледната точка, т.е. това е процес в две стъпки. Помислете за сцената на фиг. 1.5. Един източник е в безкрайност отгоре: отпред вляво на кутията. Точката за наблюдение е отпред: горе вдясно на обекта. В този случай сенките се образуват по два начина: това е собствената сянка и проекционната. Собствена сянка се получава, когато самият обект предотвратява падането на светлина върху някои от лицата му, например от дясната страна на паралелепипед. В същото време алгоритъмът за конструиране на сенки е подобен на алгоритъма за премахване на нелицеви лица: лицата, засенчени от собствената им сянка, не са лицеви, ако точката на наблюдение е подравнена с източника на светлина.

Фигура 1.5 Сенки.

Ако един обект пречи на светлината да достигне до друг, тогава се получава проекционна сянка, например сянка върху хоризонтална равнина на (фиг. 1.5, b.) За да намерите такива сенки, трябва да изградите проекции на всички непредни лица на сцената. Центърът на проекцията е при източника на светлина. Пресечните точки на проектираното лице с всички други равнини образуват полигони, които се маркират като полигони в сянка и се въвеждат в структурата на данните. За да не въвеждате твърде много полигони в него, можете да проектирате очертанията на всеки обект, а не отделни лица.

След добавяне на сенки към структурата на данните, както обикновено, се изгражда изглед на сцената от дадена гледна точка. Имайте предвид, че за да създадете различни изгледи, не е необходимо да преизчислявате сенките, тъй като те зависят само от позицията на източника и не зависят от позицията на наблюдателя.

Разработване на алгоритми

Основателите на компютърната графика разработиха определена концепция: формиране на триизмерно изображение въз основа на набор от геометрични фигури. Обикновено за тази цел се използват триъгълници, по-рядко - сфери или параболоиди. Геометричните фигури са твърди, като геометрията на преден план закрива геометрията на заден план. След това дойде развитието на виртуалното осветление, което създава плоски, сенчести зони върху виртуални обекти, които придават на компютърните изображения ясни контури и донякъде създаден от човека вид.

Хенри Гуро предложи да се осредни оцветяването между ъглите, за да се получи по-гладко изображение. Тази форма на антиалиасинг изисква минимални изчисления и в момента се използва от повечето графични карти. Но по времето на изобретяването му през 1971 г. компютрите можеха да изобразяват само най-простите сцени по този начин.

През 1974 г. Ед Катмул въвежда концепцията за Z-буфера, чиято същност е, че изображението може да се състои от хоризонтални (X) и вертикални (Y) елементи, всеки от които също има дълбочина. По този начин процесът на премахване на скритите ръбове беше ускорен и сега този метод е стандарт за триизмерни ускорители. Друго изобретение на Catmull беше обвиването на 2D изображение около 3D геометрия. Проектирането на текстура върху повърхност е основният начин за придаване на реалистичен вид на 3D обект. Първоначално обектите са боядисани равномерно в един цвят, така че например създаването на тухлена стена изисква индивидуално моделиране на всяка тухла и пълнеж между тях. В наши дни можете да създадете такава стена, като присвоите растерно изображение на тухлена стена на обикновен правоъгълен обект. Този процес изисква минимално количество изчислителни и компютърни ресурси, да не говорим за значително намаляване на времето за работа.

Wu Tong Fong подобри принципа на Gouraud за изглаждане чрез интерполиране на нюансите на цялата повърхност на многоъгълник, а не само на областите, съседни директно на ръбовете. Въпреки че изобразяването в този случай е сто пъти по-бавно, отколкото при предишната версия на anti-aliasing, в резултат на това обектите получават "пластмасовия" вид, присъщ на ранната компютърна анимация. Maya използва две опции за оцветяване на Phong.

Джеймс Блин комбинира елементи от оцветяване на Фонг и проекция на текстура, за да създаде релефна текстура през 1976 г. Ако повърхността е с приложено изглаждане на Phong и можете да проектирате карта на текстура върху нея, защо не използвате скала на сивото според посоката на нормалите към краищата, за да създадете ефект на изпъкналост? По-светлите нюанси на сивото се възприемат като възвишения, а по-тъмните като вдлъбнатини. Геометрията на обекта остава непроменена и можете да видите неговия силует.

Блин също така разработи метод за използване на карти на околната среда за формиране на отражения. Той предложи създаването на кубична среда чрез изобразяване на шест проекции от центъра на обект. След това получените по този начин изображения се проектират обратно върху обекта, но с фиксирани координати, в резултат на което изображението не се движи с обекта. В резултат на това повърхността на обекта ще отразява околната среда. За успешно прилагане на ефекта е необходимо да няма бързо движение на обекти от околната среда по време на процеса на анимация. През 1980 г. Turner Whitted предложи нова техника за визуализация, наречена проследяване. Това е проследяване на пътищата на отделните светлинни лъчи от източника на светлина до обектива на камерата, като се вземат предвид тяхното отражение от обекти в сцената и пречупване в прозрачни среди. Въпреки че прилагането на този метод изисква значително количество компютърни ресурси, изображението е много реалистично и точно.

В началото на 80-те години на миналия век, когато компютрите започнаха да се използват по-широко в различни сфери на дейност, започнаха опити за прилагане на компютърната графика в областта на развлеченията, включително киното. За това бяха използвани специален хардуер и тежки компютри, но началото беше поставено. До средата на 80-те години SGI започва да произвежда високопроизводителни работни станции за научни изследвания и компютърна графика.

Alias ​​​​е основана през 1984 г. в Торонто. Това име има две значения. Първо, това се превежда като "псевдоним", защото в онези дни основателите на компанията са били принудени да работят на непълно работно време. Второ, терминът се използва за описание на назъбените ръбове на изображение в компютърната графика. Първоначално компанията се фокусира върху пускането на софтуер. предназначен за моделиране и разработване на сложни повърхности. Тогава беше създаден Power Animator, мощен и скъп продукт, който много производители смятаха за най-добрия наличен по това време.

През 1984 г. Wavefront е основана в Сайта Барбара. Това име буквално се превежда като фронт на вълната. Компанията незабавно се насочи към разработването на софтуер за 3D визуални ефекти и производството на графични интро за телевизионните програми Showtime, Bravo и National Geographic Explorer. Първото приложение, създадено от Wave-front, се нарича Preview. След това, през 1988 г., беше пуснат Softimage, който бързо спечели популярност на пазара за продукти, предназначени за работа с компютърна графика. Целият софтуер и хардуер, използвани за създаване на анимация през 80-те години, бяха специализирани и много скъпи. До края на 80-те години в света имаше само няколко хиляди души, занимаващи се с моделиране на визуални ефекти. Почти всички са работили на компютри, произведени от Silicon Graphics и са използвали софтуер на Wavefront, Softimage и др.

Благодарение на появата на персоналните компютри, броят на хората, участващи в създаването на компютърна анимация, започна да расте. IBM PC, Amiga, Macintosh и дори Atari започнаха да разработват софтуер за 3D изображения. През 1986 г. AT&T пусна първия анимационен пакет за персонален компютър, наречен TOPAS. Струваше 10 000 долара и работеше на компютри с процесор Intel 286 и операционна система DOS. Благодарение на тези компютри стана възможно създаването на безплатна анимация, въпреки примитивната графика и относително ниската скорост на изчисленията. На следващата година Apple Macintosh пусна друга 3D графична система, базирана на персонален компютър, наречена Electric Image. През 1990 г. AutoDesk започва да продава 3D Studio, продукт, създаден от Yost Group, независим екип, който разработва графични продукти за Atari. Цената на 3D Studio беше само 3000 долара, което в очите на потребителите на персонални компютри го направи достоен конкурент на пакета TOPAS. Година по-късно Video Toaster на NewTek се появи заедно с лесния за използване софтуер LightWave. За работа с тях бяха необходими компютри Amiga. Тези програми бяха много търсени на пазара и бяха продадени хиляди копия. До началото на 90-те години създаването на компютърна анимация стана достъпно за широк кръг потребители. Всеки може да експериментира с анимация и проследяващи ефекти. Сега можете да изтеглите безплатно програмата Vivid на Steven Coy, която ви позволява да възпроизвеждате ефекти на проследяване, или програмата Persistence of Vision Raytracer, по-известна като POVRay. Последният предоставя на децата и начинаещите потребители чудесна възможност да се запознаят с основите на компютърната графика.

Филмите със зашеметяващи специални ефекти демонстрират нов етап в развитието на компютърната графика и визуализация. За съжаление повечето потребители смятат, че създаването на впечатляващи анимации зависи изцяло от мощността на компютъра. Това погрешно схващане съществува и днес.

Тъй като пазарът на 3D приложения расте и конкуренцията се увеличава, много компании са консолидирали своите технологии. През 1993 г. Wavefront се слива с Thompson Digital Images, които използват NURBS моделиране на криви и интерактивно изобразяване. По-късно тези функции формират основата на интерактивното фотореалистично изобразяване в Maya. През 1994 г. Microsoft купува Softimage и пуска версия на продукта за Windows NT платформи, базирани на компютри Pentium. Това събитие може да се счита за началото на ера на евтини и достъпни за обикновения потребител на персонален компютър програми за работа с триизмерна графика. В отговор SGI купува и слива Alias ​​​​и Wavefront през 1995 г., за да предотврати спада на интереса към приложения, които работят изключително на специализирани компютри на SGI. Почти веднага нова компания, наречена Alias] Wavefront, започна да комбинира технологиите, с които разполага, за да създаде изцяло нова програма. Накрая, Maya беше пусната през 1998 г., струвайки между $15 000 и $30 000, за операционната система IRIX на SGI работни станции. Програмата е написана от нулата и предлага нов начин за разработване на анимация с отворен интерфейс за програмиране на приложения (API) и огромна разширяемост. Въпреки първоначалното намерение на SGI да запази изключителното право да предоставя среда за Maya, през февруари 1999 г. се появи версия за Windows NT. Старата ценова схема е премахната и базовият пакет на Maya сега струва само $7500. Maya 2 се появи през април същата година, а Maya 2.5 се появи през ноември, съдържаща модула Paint Effects (Ефекти на рисуване). През лятото на 2000 г. беше пусната Maya 3, която добави възможност за създаване на нелинейна анимация с помощта на инструмента Trix (Video Editing). В началото на 2001 г. бяха обявени версии на Maya за Linux и Macintosh, а Maya 4 за IRIX и Windows NT/2000 започна да се доставя през юни.

Maya е програма за създаване на 3D графики и анимации, базирани на модели, създадени от потребителя във виртуално пространство, осветени от виртуални източници на светлина и гледани през обективи на виртуална камера. Има две основни версии на програмата: Maya Complete ($7,500 към момента на писане) и Maya Unlimited ($16,000), която включва някои специфични функции. Maya работи на компютри с Windows NT/2000, както и на операционни системи Linux, IRIX или дори Macintosh. Програмата ви позволява да създавате фотореалистични растерни изображения, подобни на тези, които получавате с цифров фотоапарат. В същото време работата по всяка сцена започва с празно място. Параметърът lu-th може да се промени с течение на времето, което води до анимирана сцена след изобразяване на набор от кадри.

Maya превъзхожда много от пакетите за 3D анимация, предлагани в момента на пазара. Програмата се използва за създаване на ефекти в голям брой филми, има широк спектър от приложения в областите, които изброихме по-горе, и се смята за една от най-добрите в областта на анимацията, въпреки трудността при научаването. В момента основните конкуренти на Maya са LightWave, Softimage XSI и 3ds max, които струват между $2000 и $7000. Софтуерът под $1000 включва trueSpace, Inspire 3D, Cinema 4D, Vguce и Animation Master.

Повечето от тези програми работят добре на персонални компютри и имат версии за различни операционни системи като Macintosh. Сравняването им е доста трудно, но по принцип колкото по-сложна е програмата, толкова по-сложна анимация ви позволява да създавате и толкова по-лесно е да моделирате сложни обекти или процеси.

3D изображения

С нарастването на изчислителната мощност и наличието на елементи на паметта, с появата на висококачествени графични терминали и изходни устройства, бяха разработени голяма група от алгоритми и софтуерни решения, които ви позволяват да формирате изображение на екрана, което представлява определена триизмерна сцена. Първите такива решения бяха предназначени за задачи на архитектурно и механично проектиране.

При формирането на триизмерно изображение (статично или динамично) неговото изграждане се разглежда в рамките на определено координатно пространство, което се нарича сцена. Сцената предполага работа в триизмерен, триизмерен свят - затова посоката е наречена триизмерна (3-Dimensional, 3D) графика.

На сцената се поставят отделни обекти, изградени от геометрични обемни тела и участъци от сложни повърхнини (най-често т.нар. B-сплайнове). За формиране на изображение и извършване на допълнителни операции, повърхностите се разделят на триъгълници - минимални плоски фигури - и се обработват допълнително точно като набор от триъгълници.

На следващия етап" свят” координатите на възлите на мрежата се преизчисляват с помощта на матрични трансформации в координати специфичен, т.е. в зависимост от гледната точка на сцената. Позиция на гледна точка, обикновено наричан позиция на камерата.

Работно пространство на системата за подготовка
3D графика Blender (пример от сайта
http://www.blender.org)

След образуване кадър(„телена мрежа“). засенчване- придаване на повърхностите на обектите на някои свойства. Свойствата на повърхността се определят основно от нейните светлинни характеристики: осветеност, отразяваща способност, абсорбция и разсейваща способност. Този набор от характеристики ви позволява да определите материала, чиято повърхност се моделира (метал, пластмаса, стъкло и др.). Прозрачните и полупрозрачните материали имат редица други характеристики.

Като правило, по време на изпълнението на тази процедура, изрязване на невидими повърхности. Има много методи за извършване на това подрязване, но най-популярният метод е
Z-буфер, когато се създава масив от числа, обозначаващи „дълбочина“ - разстоянието от точка на екрана до първата непрозрачна точка. Следващите повърхностни точки ще бъдат обработени само когато тяхната дълбочина е по-малка и тогава Z-координатата ще намалее. Силата на този метод зависи пряко от максималното възможно разстояние на точката на сцената от екрана, т.е. върху броя битове на точка в буфера.

Изчисляване на реалистично изображение. Извършването на тези операции ви позволява да създадете т.нар твърди моделиобекти, но това изображение няма да е реалистично. За формиране на реалистичен образ на сцената са поставени източници на светлинаи изпълнени изчисляване на осветеносттавсяка точка на видимите повърхности.

За да направят обектите по-реалистични, повърхността на обектите е „монтирана“ текстура - образ(или процедурата, която го формира), определяне на нюансите на външния вид. Процедурата се нарича "текстуриране". По време на картографиране на текстури се прилагат методи за разтягане и анти-алиасинг - филтриране. Например, анизотропното филтриране, споменато в описанието на видеокартите, не зависи от посоката на трансформация на текстурата.

След определяне на всички параметри е необходимо да се извърши процедурата за формиране на изображение, т.е. изчисляване на цвета на точките на екрана. Процесът на преброяване се нарича изобразяване.При извършване на такова изчисление е необходимо да се определи светлината, падаща върху всяка точка от модела, като се вземе предвид факта, че тя може да бъде отразена, че повърхността може да блокира други области от този източник и т.н.

Използват се два основни метода за изчисляване на осветеността. Първият е методът обратно проследяване на лъчи. С този метод изчислява се траекторията на онези лъчи, които в крайна сметка попадат в пикселите на екрана- наобратно. Изчислението се извършва отделно за всеки от цветните канали, тъй като светлината от различни спектри се държи различно на различни повърхности.

Втори метод - метод на излъчване -осигурява изчисляване на интегралната осветеност на всички области, попадащи в рамката, и обмена на светлина между тях.

Полученото изображение отчита зададените характеристики на камерата, т.е. зрители.

Така в резултат на голям брой изчисления става възможно създаването на изображения, които трудно се различават от снимките. За да намалят броя на изчисленията, те се опитват да намалят броя на обектите и, където е възможно, да заменят изчислението със снимка; например при формиране на фона на изображение.

Солиден модел и крайния резултат от изчислението на модела
(пример от сайта http://www.blender.org)

Анимация и виртуална реалност

Следващата стъпка в развитието на технологиите за 3D реалистична графика беше възможността за нейната анимация - движение и промяна на сцената кадър по кадър. Първоначално само суперкомпютрите можеха да се справят с такъв обем изчисления и те бяха използвани за създаването на първите триизмерни анимирани видеоклипове.

По-късно беше разработен хардуер, специално проектиран за изчисляване и формиране на изображения - 3D ускорители. Това позволи в опростена форма да се извърши такова формиране в реално време, което се използва в съвременните компютърни игри. Всъщност вече дори обикновените видеокарти включват такива съоръжения и са вид мини-компютри с тясно предназначение.

При създаването на игри, заснемането на филми, разработването на симулатори, в задачите за моделиране и проектиране на различни обекти, задачата за формиране на реалистичен образ има още един важен аспект - моделиране не само на движението и промяната на обектите, но моделиране на тяхното поведение, съответстващо на физическите принципи на околния свят.

Това направление, като се има предвид използването на всички видове хардуер за предаване на влиянията на външния свят и увеличаване на ефекта на присъствие, се нарича виртуална реалност.

За въплъщение на такъв реализъм са създадени специални методи за изчисляване на параметри и трансформиране на обекти - промяна на прозрачността на водата от нейното движение, изчисляване на поведението и външния вид на пожар, експлозии, сблъсъци на обекти и др. Такива изчисления са доста сложни и са предложени редица методи за тяхното прилагане в съвременните програми.

Един от тях е обработката и използването шейдъри - светлинни процедури.(или точна позиция)в ключови точки по някакъв алгоритъм. Такава обработка ви позволява да създавате ефекти на "светещ облак", "експлозия", да увеличавате реализма на сложни обекти и т.н.

Появиха се и се стандартизират интерфейси за работа с „физическия“ компонент на формирането на изображението, което позволява да се увеличи скоростта и точността на такива изчисления, а оттам и реализма на създадения модел на света.

Триизмерната графика е едно от най-зрелищните и комерсиално успешни разработки в информационните технологии, често наричани един от основните двигатели на развитието на хардуера. Инструментите за 3D графика се използват активно в архитектурата, машиностроенето, научни трудове, при снимане на филми, в компютърни игри, в преподаване.

Примери за софтуерни продукти

Maya, 3DStudio, Blender

Темата е много привлекателна за ученици от всяка възраст и възниква на всички етапи от изучаването на курс по компютърни науки. Привлекателността за студентите се обяснява с голям творчески компонент в практическата работа, визуален резултат, както и широк приложен фокус на темата. Знания и умения в тази област са необходими в почти всички отрасли на човешката дейност.

В началното училище се разглеждат два вида графики: растерна и векторна. Обсъждат се разликите между един вид и друг, като резултат - положителните страни и недостатъците. Областите на приложение на тези видове графики ще ви позволят да въведете имената на конкретни софтуерни продукти, които ви позволяват да обработвате един или друг тип графики. Следователно материали по теми: растерна графика, цветни модели, Векторна графика- ще се търси в по-голяма степен в основното училище. В гимназията тази тема се допълва от разглеждане на характеристиките на научната графика и възможностите на триизмерната графика. Следователно темите ще бъдат подходящи: фотореалистични изображения, моделиране на физическия свят, компресия и съхранение на графични и поточни данни.

По-голямата част от времето е заето практическа работаподготовка и обработка графични изображенияизползване на растерни и векторни графични редактори. В началното училище това обикновено е Adobe Photoshop, CorelDraw и/или Macromedia Flach. Разликата между изучаването на определени софтуерни пакети в основно и средно училище се проявява повече не в съдържанието, а във формите на работа. В основното училище това е практическа (лабораторна) работа, в резултат на която учениците овладяват софтуерния продукт. В гимназията основната форма на работа става индивидуална работилница или проект, където основен компонент е съдържанието на задачата, а софтуерните продукти, използвани за нейното решаване, остават само инструмент.

Билетите за средно и средно училище съдържат въпроси, свързани и с двете теоретични основикомпютърна графика и практически умения за обработка на графични изображения. Такива части от темата като изчисляване на информационния обем на графичните изображения и характеристиките на графичното кодиране присъстват в контролните измервателни материали на единния държавен изпит.

Вероятно четете тази статия на компютърен монитор или екран на мобилно устройство - дисплей, който има реални размери, височина и ширина. Но когато гледате например анимационния филм „Играта на играчките“ или играете играта „Tomb Raider“, виждате триизмерен свят. Едно от най-невероятните неща за 3D света е, че светът, който виждате, може да бъде светът, в който живеем, светът, в който ще живеем утре, или светът, който живее само в умовете на създателите на филм или игра. И всички тези светове могат да се появят само на един екран - това е най-малкото интересно.
Как един компютър заблуждава очите ни да си мислим, че гледаме плосък екран, за да видим дълбочината на представената картина? Как разработчиците на игри правят така, че да виждаме истински герои, движещи се в реален пейзаж? Днес ще ви разкажа за визуалните трикове, използвани от графичните дизайнери и как всичко се събира и изглежда толкова просто за нас. Всъщност всичко не е просто и за да разберете каква е 3D графиката, отидете под разреза - там ще намерите завладяваща история, в която, сигурен съм, ще се потопите с безпрецедентно удоволствие.

Какво прави едно изображение 3D?

Изображение, което има или изглежда има височина, ширина и дълбочина, е триизмерно (3D). Картина, която има височина и ширина, но няма дълбочина, е двуизмерна (2D). Напомни ми къде виждаш двуизмерни изображения? - На практика навсякъде. Спомнете си дори обичайния символ на вратата на тоалетната, показващ кабина за един или друг етаж. Символите са проектирани по такъв начин, че да ги разпознавате и разпознавате с един поглед. Ето защо те използват само най-основните форми. По-подробна информация за всеки символ може да ви каже какви дрехи носи този малък мъж, висящ на вратата или цвета на косата, например символите на вратата на женската тоалетна. Това е една от основните разлики между начина на използване на 3D и 2D графиките: 2D графиките са прости и запомнящи се, докато 3D графиките използват повече детайли и побират много повече информация в привидно обикновен обект.

Например, триъгълниците имат три линии и три ъгъла - всичко, което трябва да кажете от какво е направен триъгълникът и какво всъщност представлява. Погледнете обаче триъгълника от другата страна – пирамидата е триизмерна структура с четири триъгълни страни. Моля, обърнете внимание, че в този случай вече има шест линии и четири ъгъла - от това се състои пирамидата. Вижте как обикновен обект може да се превърне в триизмерен обект и да съдържа много повече информация, необходима за разказване на историята на триъгълник или пирамида.

В продължение на стотици години художниците са използвали някои визуални трикове, които могат да превърнат едно плоско 2D изображение в истински прозорец към истинския 3D свят. Можете да видите подобен ефект в обикновени снимки, които можете да сканирате и гледате на компютърен монитор: обектите във снимката изглеждат по-малки, когато са по-далеч; обектите в близост до обектива на камерата са на фокус, което означава, че съответно всичко зад обектите на фокус е размазано. Цветовете обикновено са по-малко живи, ако обектът не е толкова близо. Когато говорим за 3D графики на компютри днес, говорим за изображения, които се движат.

Какво е 3D графика?

За много от нас игрите са в ход персонален компютър, мобилно устройство или усъвършенствана система за игри като цяло е най-яркият пример и най-често срещаният начин, по който можем да съзерцаваме триизмерна графика. Всички тези игри, страхотни филми, създадени с помощта на компютър, трябва да преминат през три основни стъпки, за да създадат и представят реалистични 3D сцени:

1. Създаване на виртуален 3D свят
2. Определяне коя част от света ще бъде показана на екрана
3. Определяне как ще изглежда пиксел на екрана, така че пълното изображение да изглежда възможно най-реалистично

Каква част от виртуалния свят е показана на екрана?
Във всеки един момент екранът показва само малка част от виртуалния 3D свят, създаден за компютърната игра. Това, което се показва на екрана, са определени комбинации от начини, по които е дефиниран светът, къде решавате къде да отидете и какво да видите. Без значение накъде вървите - напред или назад, нагоре или надолу, наляво или надясно - виртуалният 3D свят около вас определя какво виждате, когато сте в определена позиция. Това, което виждате, има смисъл от една сцена до друга. Ако гледате обект от едно и също разстояние, независимо от посоката, той трябва да изглежда високо. Всеки обект трябва да изглежда и да се движи по такъв начин, че да вярвате, че има същата маса като истинския обект, че е твърд или мек като истинския обект и т.н.

Програмистите, които пишат компютърни игри, полагат много усилия да проектират 3D виртуални светове и да ги направят така, че да можете да се скитате из тях, без да се блъскате в нещо, което да ви накара да си помислите „Това не може да се случи на този свят!“. Последното нещо, което искате да видите, са два твърди обекта, които могат да преминат един през друг. Това е ярко напомняне, че всичко, което виждате, е измама. Третата стъпка включва поне толкова изчисления, колкото другите две стъпки и също трябва да се извършва в реално време.

Осветление и перспектива

Осветлението играе ключова роля в два ефекта, които дават външен вид, тегло и външна сила на обектите: затъмняване и сенки. Първият ефект, потъмняването, е когато повече светлина пада от едната страна на обекта, отколкото от другата. Затъмняването придава на обекта много натурализъм. Това засенчване прави гънките на юргана дълбоки и меки, а високите скули изглеждат поразителни. Тези разлики в интензитета на светлината подсилват цялостната илюзия, че обектът има дълбочина, както и височина и ширина. Илюзията за маса идва от втория ефект, сянката.

Твърдите тела хвърлят сенки, когато светлината ги удари. Можете да видите това, когато наблюдавате сянката, която слънчев часовник или дърво хвърля върху тротоара. Затова сме свикнали да виждаме реални обекти и хора, хвърлящи сенки. В 3D сянката отново подсилва илюзията, като създава ефекта, че сте в реалния свят, а не върху екран от математически генерирани форми.

перспектива
Перспектива е една дума, която може да означава много, но всъщност описва прост ефект, който всеки е виждал. Ако застанете отстрани на дълъг, прав път и погледнете в далечината, изглежда, че двете страни на пътя се събират в една точка на хоризонта. Освен това, ако дърветата са близо до пътя, дърветата по-далеч ще изглеждат по-малки от дърветата по-близо до вас. Всъщност ще изглежда, че дърветата се събират в определена точка на хоризонта, образуван близо до пътя, но това не е така. Когато изглежда, че всички обекти в сцената в крайна сметка се събират в една точка в далечината, това е перспектива. Има много вариации на този ефект, но повечето 3D графики използват единствената гледна точка, която току-що описах.

Дълбочина на рязкост

Изглаждане

Друг ефект, който също разчита на измама на окото, е изглаждането. Дигитален графични системимного добър за създаване на чисти линии. Но също така се случва диагоналните линии да имат предимство (те се появяват доста често в реалния свят и тогава компютърът възпроизвежда линии, които са по-скоро като стълби (мисля, че знаете какво е стълба, когато разгледате обекта на изображението в детайли )). По този начин, за да подмами окото си да види гладка крива или линия, компютърът може да добави определени нюанси на цвета към редовете от пиксели около линията. С този „сив цвят“ на пикселите компютърът просто заблуждава очите ви, а междувременно си мислите, че вече няма назъбени стъпки. Този процес на добавяне на допълнителни цветни пиксели, за да подмамят окото, се нарича антиалиасинг и е една от техниките, които се създават ръчно от 3D компютърна графика. Друга трудна задача за компютър е създаването на 3D анимация, пример за която ще ви бъде представен в следващия раздел.

Реални примери

Снимката по-горе показва типичен офис, който използва тротоар за влизане. На една от следващите снимки обикновена едноцветна топка е поставена на тротоара, след което сцената е заснета. Третата снимка вече е използването на компютърна графична програма, която създаде топката, която всъщност не съществува на тази снимка. Можете ли да кажете дали има някакви съществени разлики между тези две снимки? Мисля че не.

Създаване на анимация и поява на "действие на живо"

Колко кадъра в секунда?
Когато отидете да гледате елегантен блокбъстър в местно кино, поредица от изображения, наречени кадри, се изпълнява с 24 кадъра в секунда. Тъй като нашата ретина задържа изображение за малко по-дълго от 1/24 от секундата, очите на повечето хора ще слеят кадри в един непрекъснат образ на движение и действие.

Ако не разбирате за какво писах току-що, погледнете го от другата страна: това означава, че всеки кадър от филма е снимка, направена при скорост на затвора (експозиция) от 1/24 секунда. По този начин, ако погледнете един от многото кадри на състезателен филм, ще видите, че някои от състезателните коли са "замъглени", защото са пътували с висока скорост, докато затворът на камерата е бил отворен. Това замъгляване на нещата, създадено от бързо движение, е това, което сме свикнали да виждаме и е част от това, което прави изображението реално за нас, когато го гледаме на екрана.

Цифровите 3D изображения обаче все пак не са снимки, така че не възниква ефект на замъгляване, когато обект се движи през рамката по време на заснемането. За да направят изображенията по-реалистични, замъгляването трябва изрично да се добави от програмистите. Някои дизайнери смятат, че са необходими повече от 30 кадъра в секунда, за да се „преодолява“ тази липса на естествено замъгляване, поради което те накараха игрите да достигнат ново ниво - 60 кадъра в секунда. Докато това позволява всяко отделно изображение да се показва с много детайли и да показва движещи се обекти на по-малки стъпки, това значително увеличава броя на кадрите за дадена анимационна последователност. Има други специфични части от изображения, където точното компютърно изобразяване трябва да бъде пожертвано в името на реализма. Това важи както за движещи се, така и за неподвижни обекти, но това е друга история.

Нека да приключим

Компютърната графика продължава да учудва целия свят чрез създаване и генериране на голямо разнообразие от наистина реалистични движещи се и неподвижни обекти и сцени. С 80 колони и 25 реда монохромен текст, графиките са изминали дълъг път и резултатът е ясен – милиони хора играят игри и изпълняват всякакви симулации с днешната технология. Новите 3D процесори също ще се почувстват – благодарение на тях ще можем буквално да изследваме други светове и да изживеем неща, които никога не сме се осмелявали да опитаме в реалния живот. И накрая, обратно към примера с топката: как е създадена тази сцена? Отговорът е прост: изображението има компютърно генерирана топка. Не е лесно да се каже кое от двете е истинско, нали? Нашият свят е невероятен и трябва да живеем според него. Надявам се, че ви е било интересно и сте научили за себе си още една порция интересна информация.

3D моделирането и визуализацията са от съществено значение при производството на продукти или техните опаковки, както и при създаването на прототипи на продукти и създаването на обемна анимация.

По този начин услугите за 3D моделиране и визуализация се предоставят, когато:

• необходима е оценка на физическите и технически характеристики на продукта още преди да бъде създаден в оригиналния размер, материал и конфигурация;
• необходимо е да се създаде 3D модел на бъдещия интериор.

В такива случаи определено ще трябва да прибегнете до услугите на специалисти в областта на 3D моделирането и визуализацията.

3D модели- неразделна част от висококачествени презентации и техническа документация, както и - основа за създаване на прототип на продукт. Особеността на нашата компания е възможността за извършване на пълен цикъл на работа за създаване на реалистичен 3D обект: от моделиране до прототипиране. Тъй като цялата работа може да се извършва комплексно, това значително намалява времето и разходите за намиране на изпълнители и поставяне на нови технически задачи.

Когато става дума за продукт, ние ще ви помогнем да пуснете пробната му серия и да създадете по-нататъшно производство, в малък или промишлен мащаб.

Дефиниране на понятията "3D моделиране" и "визуализация"

3D графикиили 3D моделиране- компютърна графика, която съчетава техниките и инструментите, необходими за създаване на триизмерни обекти в техническо пространство.

Под техники трябва да се разбират методи за формиране на триизмерен графичен обект - изчисляване на неговите параметри, изчертаване на "скелет" или триизмерна неподробна форма; екструдиране, изграждане и изрязване на части и др.

А под инструментите - професионални програми за 3D моделиране. На първо място - SolidWork, ProEngineering, 3DMAX, както и някои други програми за обемна визуализация на обекти и пространство.

Обемно изобразяванее създаване на двуизмерно растерно изображение на базата на конструиран 3d модел. В основата си това е най-реалистичното изображение на триизмерен графичен обект.

Приложения на 3D моделиране:

• Реклама и маркетинг

Триизмерната графика е незаменима за представянето на бъдещия продукт. За да започнете производството, трябва да начертаете и след това да създадете 3D модел на обекта. И вече на базата на 3D модел, използвайки технологии за бързо прототипиране (3D печат, фрезоване, леене на силиконова форма и др.), се създава реалистичен прототип (мостра) на бъдещия продукт.

След изобразяване (3D визуализация), полученото изображение може да се използва при разработването на дизайн на опаковката или при създаването на външна реклама, POS материали и дизайн на изложбен щанд.

• градоустройство

С помощта на триизмерна графика се постига максимално реалистично моделиране на градска архитектура и пейзажи - при минимални разходи. Визуализацията на архитектурата на сградата и ландшафтния дизайн позволява на инвеститорите и архитектите да усетят ефекта от престоя си в проектираното пространство. Това ви позволява обективно да оцените достойнствата на проекта и да премахнете недостатъците.

• Индустрия

Съвременното производство не може да се представи без предпроизводствено моделиране на продуктите. С навлизането на 3D технологиите производителите успяха значително да спестят материали и да намалят финансовите разходи за инженерно проектиране. С 3D моделиране графичните дизайнери създават 3D изображения на части и обекти, които след това могат да се използват за създаване на форми и прототипи на обекти.

• Компютърни игри

3D технологията се използва при създаването на компютърни игри повече от десетилетие. В професионални програми опитни специалисти рисуват ръчно 3D пейзажи, модели на герои, анимират създадени 3D обекти и герои, а също така създават концептуално изкуство (концептуални дизайни).

• Кино

Цялата съвременна филмова индустрия се фокусира върху 3D киното. За такова заснемане се използват специални камери, които могат да снимат в 3D. В допълнение, с помощта на триизмерна графика за филмовата индустрия се създават отделни обекти и пълноценни пейзажи.

• Архитектура и интериорен дизайн

Технологията на 3D моделиране в архитектурата отдавна се е утвърдила от най-добрата страна. Днес създаването на триизмерен модел на сграда е незаменим атрибут на дизайна. Въз основа на 3d модела можете да създадете прототип на сградата. Освен това, както прототип, който повтаря само общите очертания на сградата, така и подробен сглобяем модел на бъдещата сграда.

Що се отнася до интериорния дизайн, с помощта на технологията за 3d-моделиране клиентът може да види как ще изглежда домът или офисът му след ремонта.

• Анимация

С помощта на 3D графика можете да създадете анимиран герой, да го "накарате" да се движи и също така, като проектирате сложни анимационни сцени, да създадете пълноценно анимирано видео.

Етапи на разработване на 3D модел

Разработването на 3D модел се извършва на няколко етапа:

1. Моделиране или създаване на геометрия на модела

Говорим за създаване на триизмерен геометричен модел, без да се вземат предвид физическите свойства на обекта. Използваните методи са:

• екструдиране;
• модификатори;
• полигонално моделиране;
• завъртане.

2. Текстуриране на обект

Нивото на реализъм на бъдещия модел директно зависи от избора на материали при създаването на текстури. Професионални програмиза работа с триизмерна графика са практически неограничени във възможностите за създаване на реалистична картина.

3. Поставяне на светлини и гледни точки

Една от най-трудните стъпки в създаването на 3D модел. Всъщност реалистичното възприятие на изображението зависи пряко от избора на тона на светлината, нивото на яркост, острота и дълбочина на сенките. Освен това е необходимо да изберете точка за наблюдение на обекта. Това може да бъде изглед от птичи поглед или мащабиране на пространството, за да постигнете ефекта, че сте в него - като изберете изглед на обекта от човешки ръст.+

4. 3D визуализация или рендиране

Последният етап от 3D моделирането. Състои се в детайлизиране на настройките на дисплея на 3D модела. Тоест добавянето на графични специални ефекти, като отблясъци, мъгла, сияние и др. При видео рендиране се определят точните параметри на 3D анимацията на персонажи, детайли, пейзажи и др. (време на цветови разлики, блясък и др.).

На същия етап се детайлизират настройките за визуализация: избира се необходимия брой кадри в секунда и разширението на крайното видео (например DivX, AVI, Cinepak, Indeo, MPEG-1, MPEG-4, MPEG-2, WMV и др.). Ако е необходимо да се получи двуизмерно растерно изображение, се определя форматът и разделителната способност на изображението, основно JPEG, TIFF или RAW.

5. пост продукция

Обработвайте заснети изображения и видеоклипове с медийни редактори - Adobe Photoshop, Adobe Premier Pro (или Final Cut Pro / Sony Vegas), GarageBand, Imovie, Adobe After Effects Pro, Adobe Illustrator, Samplitude, SoundForge, Wavelab и др.

Постпродукцията е да придаде на медийните файлове оригинални визуални ефекти, чиято цел е да развълнуват съзнанието на потенциалния потребител: да впечатлят, да събудят интерес и да се запомнят дълго време!

3D моделиране в леярната

В леярската индустрия 3D моделирането постепенно се превръща в незаменим технологичен компонент от процеса на създаване на продукти. Ако говорим за отливане в метални форми, тогава 3D модели на такива форми се създават с помощта на технологии за 3D моделиране, както и 3D прототипиране.

Но не по-малко популярен днес придобива формоването в силиконови форми. В този случай 3D моделирането и визуализацията ще ви помогне да създадете прототип на обект, на базата на който ще бъде направен калъп от силикон или друг материал (дърво, полиуретан, алуминий и др.).

Методи за 3D визуализация (рендиране)

1. Растеризация.

Един от най прости методиизобразяване. При използването му не се вземат предвид допълнителните визуални ефекти (например цвета и сянката на обекта спрямо гледната точка).

2. Raycasting.

3D модел се гледа от определена, предварително зададена точка - от човешки ръст, птичи поглед и др. От гледна точка се изпращат лъчи, които определят светлотеницата на обекта, когато се гледа в обичайния 2D формат.

3. Проследяване на лъчи.

Този метод на изобразяване означава, че когато удари повърхност, лъчът се разделя на три компонента: отразен, сянка и пречупен. Всъщност това формира цвета на пиксела. В допълнение, реализмът на изображението зависи пряко от броя на разделенията.

4. Проследяване на пътя.

Един от най комплексни методи 3D визуализация. При използването на този метод за 3D изобразяване, разпространението на светлинните лъчи е възможно най-близко до физическите закони на разпространение на светлината. Именно това осигурява висока реалистичност на крайното изображение. Заслужава да се отбележи, че този методе ресурсоемък.

Нашата компания ще ви предостави пълен набор от услуги в областта на 3D моделирането и визуализацията. Разполагаме с всички технически възможности за създаване на 3D модели с различна сложност. Имаме и богат опит в 3d визуализацията и моделирането, в което можете да се убедите сами, като разгледате нашето портфолио или други наши работи, които все още не са представени на сайта (по заявка).

Маркова агенция KOLOROще Ви предоставим услуги за производство на пробна серия от продукти или тяхното производство в малък мащаб. За да направите това, нашите специалисти ще създадат най-реалистичния 3D модел на обекта, от който се нуждаете (опаковка, лого, символ, 3D мостра на всеки продукт, калъп и др.), На базата на който ще бъде създаден прототип на продукта. Цената на нашата работа зависи пряко от сложността на обекта за 3D моделиране и се обсъжда индивидуално.