Тривимірний простір: відмінності між версіями
| [неперевірена версія] | [неперевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
мНемає опису редагування |
Немає опису редагування |
||
Рядок 1:
3D
Тривимірна графіка (3D, 3 Dimensions, рос. Березня вимірювання) - розділ комп'ютерної графіки, сукупність прийомів та інструментів (як програмних, так і апаратних), призначених для зображення об'ємних об'єктів. Найбільше застосовується для створення зображень на площині екрану або листа друкованої продукції в архітектурній візуалізації, кінематографі, телебаченні, комп'ютерних іграх, друкованої продукції, а також в науці та промисловості.
Тривимірне зображення на площині відрізняється від двовимірного тим, що включає побудову геометричної проекції тривимірної моделі сцени на площину (наприклад, екран комп'ютера) за допомогою спеціалізованих програм. При цьому модель може відповідати як об'єктам з реального світу (автомобілі, будівлі, ураган, астероїд), так і бути повністю абстрактною (проекція чотиривимірного фрактала).
Для отримання тривимірного зображення на площині потрібні наступні кроки:
* Моделювання - створення тривимірної математичної моделі сцени і об'єктів в ній.
* Рендерінг (візуалізація) - побудова проекції відповідно до обраної фізичною моделлю.
* Висновок отриманого зображення на пристрій виведення - дисплей або принтер.
Однак, у зв'язку зі спробами створення 3D-дисплеїв і 3D-принтерів, тривимірна графіка не обов'язково включає в себе проектування на площину.
Зміст
* 1 Моделювання
* 2 Рендеринг
* 3 Програмне забезпечення
* 4 Зв'язок з фізичною поданням тривимірних об'єктів
* 5 Тривимірні дисплеї
o 5.1 Стереоскопічний дисплеї
o 5.2 Інші дисплеї
* 6 Тривимірні кінотеатри
* 7 Доповнена реальність і 3D
* 8 Література
* 9 Посилання
Моделювання
Схема проекції сцени на екран комп'ютера
Сцена (віртуальний простір моделювання) включає в себе кілька категорій об'єктів:
* Геометрія (побудована за допомогою різних технік модель, наприклад будівля)
* Матеріали (інформація про візуальні властивості моделі, наприклад колір стін та вiдображає / переломлююча здатність вікон)
* Джерела світла (налаштування напрямки, потужності, Спектру освітлення)
* Віртуальні камери (вибір точки та кута побудови проекції)
* Сили та дії (налаштування динамічних спотворень об'єктів, застосовується в основному в анімації)
* Інші ефекти (об'єкти, що імітують атмосферні явища: світло у тумані, хмари, полум'я і пр.)
Завдання тривимірного моделювання - описати ці об'єкти і розмістити їх в сцені з допомогою геометричних перетворень у відповідності з вимогами до майбутнього зображенню.
Рендеринг
Основна стаття: Рендеринг
На цьому етапі математичну (векторна) просторова модель перетворюється на плоску (растрову) картинку. Якщо потрібно створити фільм, то відображаються через неспівпадання послідовність таких картинок - кадрів. Як структура даних, зображення на екрані представлено матрицею точок, де кожна точка визначена принаймні трьома числами: інтенсивністю червоного, синього і зеленого кольору. Таким чином рендеринг перетворює тривимірну векторну структуру даних в плоску матрицю пікселів. Цей крок часто вимагає дуже складних обчислень, особливо коли потрібно створити ілюзію реальності. Найпростіший вид рендеринга - це побудувати контури моделей на екрані комп'ютера за допомогою проекції, як показано вище. Звичайно цього недостатньо і потрібно створити ілюзію матеріалів, з яких виготовлені об'єкти, а також розрахувати викривлення цих об'єктів за рахунок прозорих середовищ (наприклад, рідини в склянці).
Існує декілька технологій рендеринга, часто комбіновані разом. Наприклад:
* Z-буфер (використовується в OpenGL і DirectX);
* Сканлайн (scanline) - він же Ray casting («кидання променя», спрощений алгоритм зворотного трасування променів) - розрахунок кольору кожної точки картинки побудовою променя з точки зору спостерігача через уявне отвір в екрані на місці цього пікселя «на сцену» до перетину з першої поверхнею. Колір пікселя буде таким же, як колір цієї поверхні (іноді з урахуванням освітлення і т. д.);
* Трасування променів (рейтрейсінг, англ. Raytracing) - те ж, що і сканлайн, але колір пікселя уточнюється за рахунок побудови додаткових променів (відбитих, заломлених і т. д.) від точки перетину променя погляду. Незважаючи на назву, застосовується тільки зворотній трасування променів (тобто саме від спостерігача до джерела світла), пряма вкрай неефективна і споживає занадто багато ресурсів для отримання якісної картинки;
* Глобальна ілюмінація (англ. global illumination, radiosity) - розрахунок взаємодії поверхонь і середовищ в видимому спектрі випромінювання з допомогою інтегральних рівнянь.
Грань між алгоритмами трасування променів в даний час практично стерлася. Так, в 3D Studio Max стандартний визуализатор називається Default scanline renderer, але він вважає не лише внесок дифузного, відбитого і власного (кольори самосвеченія) світла, але і згладжені тіні. З цієї причини, частіше поняття Raycasting відноситься до зворотної трасування променів, а Raytracing - до прямої.
Найбільш популярними системами рендеринга:
* PhotoRealistic RenderMan (PRMan)
* Mental ray
* V-Ray
* FinalRender
* Brazil R / S
* BusyRay
* Turtle
* Maxwell Render
* Fryrender
* Indigo Renderer
* LuxRender
* YafRay
* POV-Ray
Найбільш передові досягнення та ідеї тривимірної графіки (і комп'ютерної графіки взагалі) доповідаються і обговорюються на щорічному симпозіумі SIGGRAPH, традиційно проводиться в США.
Програмне забезпечення
Програмні пакети, що дозволяють створювати тривимірну графіку, тобто моделювати об'єкти віртуальної реальності і створювати на основі цих моделей зображення, дуже різноманітні. Останні роки стійкими лідерами в цій галузі є комерційні продукти: Такі як Autodesk 3ds Max, Maya, Newtek Lightwave, SoftImage XSI і порівняно нові Sidefx Houdini, Rhinoceros 3D, Cinema 4D, modo або ZBrush. Крім того, існують і відкриті продукти, поширювані вільно, наприклад, пакет Blender (дозволяє і виробництво моделей, і подальший рендеринг), K-3D і Wings3D (тільки створення моделей з можливістю подальшого використання їх іншими програмами).
Тривимірна графіка активно застосовується в системах автоматизації проектних робіт (САПР) для створення твердотільних елементів: будівель, деталей машин, механізмів, а так само в архітектурній візуалізації.
Зв'язок з фізичною поданням тривимірних об'єктів
Тривимірна графіка зазвичай має справу з віртуальним, уявним тривимірним простором, який відображається на плоскій, двомірної поверхні дисплея або аркуша паперу. В даний час відомо кілька способів відображення тривимірної інформації в об'ємному вигляді, хоча більшість з них представляє об'ємні характеристики дуже умовно, оскільки працюють зі стерео. З цієї області можна відзначити стереоокуляри, віртуальні шоломи, 3D-дисплеї, здатні демонструвати тривимірне зображення. Кілька виробників продемонстрували готові до серійного виробництва тривимірні дисплеї. Але щоб насолодитися об'ємної картинкою, глядачеві необхідно розташуватися строго по центру. Крок вправо, крок вліво, так само як і необережний поворот голови, карається перетворенням тривимірності в несимпатичне зазубрені зображення. Вирішення цієї проблеми вже визріло в наукових лабораторіях. Німецький Інститут Фраунгофера демонстрував 3D-дисплей, за допомогою двох камер відслідковує положення очей глядача і відповідним чином підлаштовуються зображення, цього року пішов ще далі. Тепер відстежується положення не тільки око, але і пальця, яким можна «натискати» трьохмірні кнопки. Таким чином, стає можливим не тільки бачити об'ємну картинку, але й взаємодіяти із зображеними на ній предметами.
Однак і 3D-дисплеї, як і раніше не дозволяють створювати фізичної, відчутної копії математичної моделі, створюваної методами тривимірної графіки.
Що розвиваються, з 1990-х років технології швидкого прототипування ліквідують цю прогалину. Слід зауважити, що в технологіях швидкого прототипування використовується подання математичної моделі об'єкта у вигляді твердого тіла (так зване твердотільного моделювання).
Тривимірні дисплеї
Одна з перших фотографій екрану 3D-телевізора
Екран 3D-телевізора
Тривимірні, або стереоскопічні дисплеї, (3D displays, 3D screens) - дисплеї, за допомогою стереоскопічного або якого-небудь іншого ефекту створюють ілюзію реального обсягу у демонстрованих зображень.
В даний час переважна більшість тривимірних зображень показується за допомогою стереоскопічного ефекту, як найбільш легкого в реалізації, хоча використання однієї лише стереоскопії не можна назвати достатнім для об'ємного сприйняття. Людський очей як у парі, так і поодинці однаково добре відрізняє об'ємні об'єкти від плоских зображень.
Стереоскопічне дисплеї
Основна стаття: Стереодісплей
Методи технічної реалізації стереоефекту включають використання в комбінації зі спеціальним дисплеєм поляризованих або затворів очок, синхронізованих з дисплеєм, анагліфічні фільтрів у комбінації зі спеціально адаптованих зображенням.
Існує також відносно новий клас стереодісплеев, що не вимагають використання додаткових пристроїв, але які мають масу обмежень. Зокрема, це кінцеве і дуже невелика кількість ракурсів, в яких стереозображення зберігає чіткість. Стереодісплеі, виконані на базі технології New Sight x3d, забезпечують вісім ракурсів, Philips WOWvx - дев'ять ракурсів. У жовтні 2008 року компанія Philips представила прототип стереодісплея з роздільною здатністю 3840 × 2160 пікселів і з рекордними 46 ракурсами «безпечного» перегляду. Незабаром після цього, однак, Philips оголосив про припинення розробок і досліджень в області стереодісплеев.
Ще одна проблема стереодісплеев - це мала величина зони «комфортного перегляду» (діапазон відстаней від глядача до дисплея, в якому зображення зберігає чіткість). У середньому вона обмежена діапазоном від 3 до 10 метрів.
Стереодісплеі самі по собі не мають прямого відношення до тривимірній графіці. Плутанина виникає внаслідок використання в західних ЗМІ терміна 3D відносно як графіки, так і пристроїв, що експлуатують стереоефект, і некоректність перекладу при публікації в російських виданнях запозичених матеріалів.
Інші дисплеї
Заготівля розділу
Цей розділ не завершений.
Ви допоможете проекту, зробивши його.
Тривимірні кінотеатри
Основна стаття: Стереокінематограф
Використання для позначення стереоскопічних фільмів термінів «тривимірний» або «3D» пов'язане з тим, що при перегляді таких фільмів у глядача створюється ілюзія об'ємності зображення, ілюзія наявності третього виміру - глибини. Крім того, існує асоціативний зв'язок з розширюється використанням засобів комп'ютерної тривимірної графіки при створенні таких фільмів (ранні стереофільми знімалися як звичайні фільми, але з використанням двухоб'ектівних стереокамери).
На сьогоднішній день перегляд фільмів у форматі «3D» став дуже популярним явищем
Основні використовувані в даний час технології показу стереофільмів :
* Dolby 3D
* XpanD
* RealD
* IMAX
Доповнена реальність і 3D
Основна стаття: Доповнена реальність
Рекламна кампанія Pepsi. В якості маркера використовується логотип Pepsi.
Своєрідним розширенням 3D-графіки є «доповнена реальність». Використовуючи технологію розпізнавання зображень (маркерів), програма доповненої реальності добудовує віртуальний 3D-об'єкт в реальному фізичному середовищі. Користувач може взаємодіяти з маркером: Повертати в різні боки, по-різному висвітлювати, закривати деякі його частині - і спостерігати зміни, що відбуваються з 3D-об'єктом на екрані монітора комп'ютера.
Поштовхом до широкого розповсюдження технологій послужило створення у 2008 році відкритої бібліотеки FLARToolKit для технології Adobe Flash.
Див. також
* XNA
* Анізотропна фільтрація
* Animusic
Примітки
1. ↑ Parallax 3D TV - тривимірне телебачення від Hitachi
2. ↑ «Картинки рвуться назовні: Status Quo 3D-дисплеїв», Світ 3D, 29 травня 2009
3. ↑ У США не вистачає кінозалів, пристосованих для перегляду 3D фільмів
4. ↑ ЧаПи про цифровому кіно
Література
* Дж. Лі, Б. Уер. Тривимірна графіка та анімація. - 2-е вид. - М.: Вільямс, 2002. - 640 с.
* Д. Херн, М. П. Бейкер. Комп'ютерна графіка й стандарт OpenGL. - 3-е вид. - М.: Вільямс, 2005. - 1168 с.
* Е. Енджел. Інтерактивна комп'ютерна графіка. Вступний курс на базі OpenGL. - 2-е вид. - М.: Вільямс, 2001. - 592 с.
* Г. Снук. 3D-ландшафти в реальному часі на C і DirectX 9. - 2-е вид. - М.: Кудиц-прес, 2007. - 368 з. - ISBN 5-9579-0090-7
* В. П. Іванов, А. С. Батраков. Тривимірна комп'ютерна графіка / За ред. Г. М. Поліщука. - М.: Радіо і зв'язок, 1995. - 224 с. - ISBN 5-256-01204-5
Посилання
* Все про тривимірній графіці (новини, статті, уроки)
* Відео уроки та статті про 3D-графіку
* 3D-графіка в моделях, уроках, матеріалах
* Уроки 3D графіки для початківців
Computer Graphics Це незавершена стаття про комп'ютерну графіку. Ви можете допомогти проекту, зробивши це
| |||