Trimačio vaizdo realizmo technologijos. 3d menas

3D menas apima įvairius grafičius, trimatę kompiuterinę grafiką, realistiškus piešinius, kurie sukuria trimatės scenos iliuziją.

Menininkai visada siekė, kad gamta ir aplinkiniai daiktai būtų įtikinami. Mūsų šiuolaikiniame amžiuje tai lengvai pasiekiama pažangių prietaisų pagalba. Tačiau daugybėje žmogaus rankos sukurtų 3D vaizdų yra kažkas žavaus ir ypač patrauklaus. Juk 3D piešimo technika reikalauja didelių įgūdžių ir kantrybės, jau nekalbant apie talentą.

Siūlome pasigrožėti skirtingų meistrų kūryba, kurių darbai sukurti tikroviškame 3D žanre.

1. Taškai.

Paprastas, elegantiškas ir įnoringas 3D piešinys, kuris atrodo tikroviškai.

2. Milžinų salė, Palazzo Te, Mantua, Italija

Iliuzionistinės XVI amžiaus Giulio Romano freskos yra 3D meno ištakos.

3. Nagai Hideyuki 3D piešinys pieštuku

Menininkas trimatę iliuziją kuria naudodamas tik albumą ir spalvotus pieštukus.

4. 3D tapybos muziejus Chiang Mai mieste, Tailande

Tailande yra visas muziejus, skirtas 3D menui. Jo salės užpildytos didelėmis freskomis, kurios atrodo visiškai tikros.

5. Coca Cola yra iliuzija

Dažnai 3D meno įkvėpimas kyla iš mūsų kasdieniame gyvenime populiarių objektų. Klasikinė versija – butelis kolos.

6. CGI: Mergina

Kas galėjo pagalvoti, kad šios merginos nėra?

7. Korinto ordino kolonos

Gražus 3D pieštuku piešinys iš dviejų Korinto kolonų.

8. Realistiškas krioklys Dvur Kralove, Čekijoje

Dalis miesto parko Čekijoje buvo paversta gražaus krioklio iliuzija.

9. Gaublys

Dažnai 3D menas naudojamas rinkodaroje. Šis Žemės rutulio paveikslas skatina žmones kovoti su skurdu.

10. Igoris Taritas

Jaunoji menininkė kuria paveikslus naudodama hiperrealizmo pagrindus. Ši drobė spinduliuoja realaus pasaulio gelmę, tarsi panorėję galėtume lipti į sceną.

11. Davy Jones, Jerry Groschke

Klasikinis personažas iš Karibų jūros piratų, sukurtas 3D CG menininko.

12. Kazuhiko Nakamura

Japonijos 3D menininkas, kuriantis kūrybingą steampunk fotografiją naudodamas programinę įrangą.

13. Kurtas Wenneris: Laukinis rodeo Kalgaryje, Kanadoje

Vienas garsiausių šiuolaikinių 3D menininkų Kurtas Wenneris pavaizdavo išgalvotą rodeo Kanados miestelyje.

14. Leonas Kieris, Rubenas Poncia, Remco van Schaikas ir Peteris Westeringas

Keturi menininkai susivienijo, kad sukurtų šią neįtikėtiną „Lego“ armijos iliuziją.

15. Lodzė, Lenkija

Baseinas šalia judraus prekybos centro Lodzėje, Lenkijoje. Tikiuosi, kad niekas į tai neįšoko.

16. Turgus

Gražus 3D natiurmortas, nutapytas ant asfalto prie daržovių turgaus. Jis užbaigia atmosferą tobulu rafinuotumu.

17. MTO, Renas, Prancūzija

Gatvės menininkas MTO Renne, Prancūzijoje, sukūrė didelio masto 3D freskų seriją. Jo paveiksluose ant sienų pavaizduoti milžinai, bandantys įsilaužti į žmonių namus. Nuotraukos ir šokiruojančios, ir bauginančios.

Siekiant padidinti tekstūrų, uždėtų ant daugiakampių, rodymo tikroviškumą, naudojamos įvairios technologijos:

Išlyginimas (Anti-aliasing);

· MIP kartografavimas;

tekstūros filtravimas.

Anti-aliasing technologija

Anti-aliasing yra technologija, naudojama vaizdų apdorojimui, siekiant pašalinti objektų „pakopinių“ kraštų (slapyvardžio) poveikį. Taikant rastrinį vaizdo formavimo metodą, jis susideda iš pikselių. Dėl to, kad pikseliai turi baigtinį dydį, trimačių objektų kraštuose galima išskirti vadinamuosius laiptus arba laiptuotas briaunas. Norint sumažinti laiptų efektą, paprasčiausias būdas yra padidinti ekrano skiriamąją gebą ir taip sumažinti pikselių dydį. Tačiau šis kelias ne visada įmanomas. Jei negalite atsikratyti žingsnio efekto padidinę monitoriaus skiriamąją gebą, galite naudoti Anti-aliasing technologiją, kuri leidžia vizualiai išlyginti laiptų efektą. Dažniausiai tam naudojama technika yra sukurti sklandų perėjimą nuo linijos arba krašto spalvos į fono spalvą. Taško, esančio ant objektų ribos, spalva apibrėžiama kaip vidutinė dviejų kraštinių taškų spalvų reikšmė.

Yra keletas pagrindinių anti-aliasing technologijų. Pirmą kartą kokybiškiausią rezultatą davė viso ekrano anti-aliasing FSAA (Full Screen Anti-Aliasing) technologija. Kai kuriuose literatūros šaltiniuose ši technologija vadinama SSAA. Šios technologijos esmė slypi tame, kad procesorius apskaičiuoja vaizdo kadrą daug didesne nei ekrano skiriamoji geba, o tada, kai rodomas ekrane, pikselių grupės reikšmes suvidurkina iki vienos; vidutinių pikselių skaičius atitinka monitoriaus ekrano skiriamąją gebą. Pavyzdžiui, jei kadras, kurio skiriamoji geba yra 800 x 600, yra panaikintas naudojant FSAA, vaizdas bus skaičiuojamas 1600 x 1200 raiška. Perjungiant į monitoriaus skiriamąją gebą, keturių apskaičiuotų taškų, atitinkančių vieną monitoriaus pikselį, spalvos yra suvidurkinamos. Dėl to visos linijos turi sklandų spalvų perėjimą, kuris vizualiai pašalina laiptų efektą.

FSAA atlieka daug nereikalingo darbo, krauna GPU, išlygina ne ribas, o visą vaizdą, o tai yra pagrindinis jos trūkumas. Siekiant pašalinti šį trūkumą, buvo sukurta ekonomiškesnė technologija MSSA.

MSSA technologijos esmė panaši į FSAA technologiją, tačiau daugiakampių viduje esančių pikselių skaičiavimai neatliekami. Taškams ant objektų kraštų, priklausomai nuo išlyginimo lygio, apskaičiuojami 4 ar daugiau papildomų taškų, pagal kuriuos nustatoma galutinė pikselio spalva. Ši technologija šiuo metu yra labiausiai paplitusi.

Yra žinomi atskiri vaizdo adapterių gamintojų pokyčiai. Pavyzdžiui, NVIDIA sukūrė Coverage Sampling (CSAA) technologiją, kurią palaiko tik GeForce vaizdo adapteriai, pradedant nuo 8 serijos (8600 - 8800, 9600 - 9800). ATI įdiegė AAA (Adaptive Anti-Aliasing) į R520 grafikos procesorių ir visus vėlesnius adaptyviuosius anti-aliasing.

MIP kartografavimo technologija

Ši technologija naudojama 3D objektų tekstūravimo kokybei pagerinti. Norint trimačiam vaizdui suteikti tikroviškumo, būtina atsižvelgti į scenos gylį. Tolstant nuo požiūrio taško, perdangos tekstūra turėtų atrodyti vis labiau neryški. Todėl faktūruojant net ir vienalytį paviršių dažniausiai naudojama ne viena, o kelios faktūros, kurios leidžia teisingai atsižvelgti į erdvinio objekto perspektyvinius iškraipymus.

Pavyzdžiui, būtina pavaizduoti akmenimis grįstą grindinį, kuris eina giliai į sceną. Jei bandysite naudoti tik vieną tekstūrą per visą ilgį, tolstant nuo požiūrio taško gali atsirasti bangelių arba tik viena vientisa spalva. Faktas yra tas, kad šioje situacijoje keli tekstūros pikseliai (tekseliai) vienu metu patenka į vieną monitoriaus pikselį. Kyla klausimas: už kurį vieną tekselį pasirinkti rodant pikselį?

Ši užduotis išspręsta naudojant MIP kartografavimo technologiją, kuri reiškia galimybę naudoti įvairaus detalumo tekstūrų rinkinį. Remiantis kiekviena tekstūra, sukuriamas žemesnio detalumo tekstūrų rinkinys. Tokio rinkinio tekstūros vadinamos MIP – žemėlapiais (MIP map).

Paprasčiausiu tekstūros atvaizdavimo atveju, kiekvienam vaizdo pikseliui, pagal LOD (Detalumo lygis) lentelę nustatomas atitinkamas MIP žemėlapis. Be to, iš MIP žemėlapio pasirenkamas tik vienas tekselis, kurio spalva priskiriama pikseliui.

Filtravimo technologijos

Paprastai MIP atvaizdavimo technologija naudojama kartu su filtravimo technologijomis, skirtomis koreguoti mip tekstūros artefaktus. Pavyzdžiui, objektui tolstant nuo apžvalgos taško, įvyksta perėjimas nuo žemo MIP žemėlapio lygio prie aukštesnio MIP žemėlapio lygio. Kai objektas yra perėjimo būsenoje iš vieno MIP žemėlapio lygio į kitą, atsiranda ypatinga vizualizacijos klaida: aiškiai atskiriamos perėjimo iš vieno MIP žemėlapio lygio į kitą ribos.

Filtravimo idėja yra ta, kad objekto pikselių spalva apskaičiuojama iš gretimų tekstūros taškų (tekselių).

Pirmasis tekstūros filtravimo metodas buvo vadinamasis taškų mėginių ėmimas, kuris šiuolaikinėje 3D grafikoje nenaudojamas. Kitas buvo sukurtas dvilinijinis filtravimas. Dvilinijiniam filtravimui naudojamas keturių gretimų tekstūros pikselių svertinis vidurkis, kad būtų rodomas taškas paviršiuje. Naudojant tokį filtravimą, lėtai besisukančių arba lėtai judančių objektų su kraštais (pvz., kubo) kokybė yra žema (neryškūs kraštai).

Daugiau aukštos kokybės duoda trilinijinis filtravimas, kurio metu pikselio spalvai nustatyti paimama aštuonių tekselių, keturių iš dviejų gretimų struktūrų, vidutinė spalvos reikšmė ir septynių maišymo operacijų rezultate nustatoma pikselio spalva.

Augant GPU našumui, a anizotropinis filtravimas, kuris iki šiol buvo sėkmingai taikomas. Nustatydamas taško spalvą, jis naudoja daug tekselių ir atsižvelgia į daugiakampių padėtį. Anizotropinio filtravimo lygis nustatomas pagal tekselių skaičių, kuris apdorojamas skaičiuojant pikselio spalvą: 2x (16 tekselių), 4x (32 tekseliai), 8x (64 tekseliai), 16x (128 tekseliai). Šis filtravimas užtikrina aukštą rodomo judančio vaizdo kokybę.

Visus šiuos algoritmus įgyvendina vaizdo plokštės grafinis procesorius.

Programų programavimo sąsaja (API)

Norint pagreitinti 3D konvejerio etapų vykdymą, 3D grafikos greitintuvas turi turėti tam tikrą funkcijų rinkinį, t.y. aparatinėje įrangoje, nedalyvaujant centriniam procesoriui, atlikti operacijas, būtinas 3D vaizdui sukurti. Šių funkcijų rinkinys yra svarbiausia 3D greitintuvo savybė.

Kadangi 3D greitintuvas turi savo komandų rinkinį, jį galima efektyviai naudoti tik tuo atveju, jei taikomoji programa naudoja šias komandas. Tačiau kadangi yra daug skirtingų 3D greitintuvų modelių, taip pat įvairių taikomųjų programų, generuojančių trimačius vaizdus, iškyla suderinamumo problema: neįmanoma parašyti tokios programos, kuri vienodai gerai naudotų įvairių žemo lygio komandas. greitintuvai. Akivaizdu, kad tiek taikomosios programinės įrangos kūrėjams, tiek 3D greitintuvų gamintojams reikalingas specialus paslaugų paketas, kuris atlieka šias funkcijas:

efektyvus taikomųjų programų užklausų konvertavimas į optimizuotą žemo lygio 3D greitintuvo komandų seką, atsižvelgiant į jos techninės konstrukcijos ypatumus;

prašomų funkcijų programinė emuliacija, jei naudojamas greitintuvas nepalaiko aparatinės įrangos.

Šioms funkcijoms atlikti vadinamas specialus paslaugų paketas Taikomųjų programų programavimo sąsaja (Taikomosios programos sąsaja = API).

API užima tarpinę vietą tarp aukšto lygio taikomųjų programų ir žemo lygio greitintuvo komandų, kurias generuoja jos tvarkyklė. Naudojant API, programų kūrėjas nebereikia dirbti su žemo lygio greitintuvo komandomis, palengvinant programų kūrimo procesą.

Šiuo metu yra keletas 3D API, kurių taikymo sritis yra gana aiškiai apibrėžta:

„DirectX“., sukurtas Microsoft, naudojamas žaidimų programose, veikiančiose Windows 9X ir naujesnėje operacinėse sistemose;

OpenGL, daugiausia naudojamas profesionaliose programose (kompiuterinės projektavimo sistemos, 3D modeliavimo sistemos, simuliatoriai ir kt.), kurias valdo operacinė. Windows sistemos NT;

Patentuotos (savosios) API 3D greitintuvų gamintojai sukūrė išskirtinai savo mikroschemų rinkiniams, kad galėtų efektyviausiai panaudoti savo galimybes.

„DirectX“ yra griežtai reguliuojamas, uždaras standartas, neleidžiantis keisti, kol nebus išleistas kitas, nauja versija. Viena vertus, tai apriboja programinės įrangos kūrėjų ir ypač greitintuvų gamintojų galimybes, tačiau labai supaprastina vartotojo programinės įrangos konfigūravimą ir aparatūra skirtas 3D.

Skirtingai nuo „DirectX“, „OpenGL API“ sukurta remiantis atvirojo standarto koncepcija, turinti nedidelį bazinį funkcijų rinkinį ir daug plėtinių, kurie įgyvendina sudėtingesnes funkcijas. Chipset 3D greitintuvo gamintojas privalo sukurti BIOS ir tvarkykles, kurios atlieka pagrindines Open GL funkcijas, tačiau neprivalo teikti visų plėtinių palaikymo. Dėl to iškyla nemažai problemų, susijusių su gamintojais rašydami savo gaminių tvarkykles, kurios tiekiamos tiek visos, tiek sutrumpintos.

Pilna versija Su OpenGL suderinama tvarkyklė vadinama ICD (Installable Client Driver – kliento programos tvarkyklė). Tai užtikrina maksimalų našumą, tk. yra žemo lygio kodai, kurie palaiko ne tik pagrindinį funkcijų rinkinį, bet ir jo plėtinius. Natūralu, kad, atsižvelgiant į OpenGL koncepciją, tokios tvarkyklės sukūrimas yra itin sudėtingas ir daug laiko reikalaujantis procesas. Tai viena iš priežasčių, kodėl profesionalūs 3D greitintuvai yra brangesni nei žaidimų greitintuvai.

Nesvarbu, koks didelis ir turtingas bus virtualus 3D pasaulis. Kompiuteris gali jį rodyti tik vienu būdu: įdėdamas pikselius į 2D ekraną. Šioje straipsnio dalyje sužinosite, kaip vaizdas ekrane tampa tikroviškas ir kaip scenos tampa panašios į tas, kurias matote realiame pasaulyje. Pirmiausia pažiūrėsime, kaip vienam objektui suteikiamas realizmas. Tada pereisime prie visos scenos. Ir galiausiai pažiūrėsime, kaip kompiuteris įgyvendina judesį: tikroviški objektai juda tikrovišku greičiu.

Kol vaizdas tampa tikroviškas, objektai pereina kelis apdorojimo etapus. Svarbiausi etapai yra formos kūrimas, tekstūros įvyniojimas, apšvietimas, perspektyvos kūrimas, lauko gylis ir anti-aliasing.

Formos kūrimas

Jei pažiūrėtume pro langą, pamatytume, kad visi objektai turi formą, jie sukurti iš skirtingų dydžių ir padėčių tiesių ir lenktų linijų. Lygiai taip pat, žiūrėdami į trimatį grafinį vaizdą kompiuterio monitoriuje, stebėsime iš įvairių formų sukurtą vaizdą, nors dauguma jų jau susideda iš tiesių linijų. Matome kvadratus, stačiakampius, lygiagrečius, apskritimus ir rombus. Tačiau labiausiai matome trikampius. Norint sukurti patikimą paveikslą su lenktomis linijomis, kaip mus supančio pasaulio, reikia sukomponuoti formą iš daugybės mažų formelių. Pavyzdžiui, žmogaus organizmui gali prireikti tūkstančių šių pelėsių. Kartu jie sudarys struktūrą, vadinamą pastoliais. Vielinis rėmas yra labai panašus į objekto eskizą, nesunkiai atpažinsite objektą iš vielinio rėmo. Kitas žingsnis po formos sukūrimo taip pat yra ne mažiau svarbus: vielos rėmas turi gauti paviršių.

Iliustracijoje pavaizduotas rankos skeletas, pagamintas iš nedaugelio daugiakampių – iš viso 862

Paviršiaus tekstūros

Kai susiduriame su paviršiumi realiame pasaulyje, informacijos apie jį galime gauti dviem būdais. Galime žiūrėti į paviršių įvairiais kampais, paliesti jį ir nustatyti, ar jis minkštas, ar kietas. 3D grafikoje galime žiūrėti tik į paviršių, gaudami visą turimą informaciją. Ir ši informacija susideda iš trijų komponentų:

Spalva: Kokios spalvos paviršius? Ar vienodos spalvos?
Tekstūra: Ar paviršius plokščias, ar jame yra įlenkimų, iškilimų, ištiesinimo ar panašių dalykų?
Atspindėjimas: Ar paviršius atspindi šviesą? Ar atspindžiai aiškūs ar neryškūs?

Vienas iš būdų suteikti objektui „tikrovę“ yra pasirinkti šių trijų komponentų derinį skirtingose vaizdo dalyse. Apsidairykite aplinkui: jūsų kompiuterio klaviatūros spalva / tekstūra / atspindys skiriasi nuo jūsų stalo, o tai savo ruožtu skiriasi nuo jūsų rankos spalvos / tekstūros / atspindėjimo. Tam, kad vaizdo spalva atrodytų kaip tikroji, svarbu, kad kompiuteris galėtų pasirinkti pikselio spalvą iš milijonų skirtingų spalvų paletės. Tekstūrų įvairovė priklauso ir nuo matematinio paviršiaus modelio (nuo varlės odos iki drebučių pavidalo medžiagos), ir nuo tekstūrų žemėlapių (tekstūrų žemėlapių), kurie dedami ant paviršių. Taip pat reikia įskiepyti daiktams tas savybes, kurių nesimato: minkštumą ir kietumą, šilumą ir šaltumą per įvairius spalvų, tekstūros ir atspindėjimo derinius. Jei padarysite klaidą bent viename iš šių parametrų, realybės jausmas akimirksniu išsisklaidys.

Paviršiaus pridėjimas prie vielinio rėmo pradeda keistis
vaizdas iš kažko matematinio į paveikslėlį,
kuriame nesunkiai galime rasti ranką.

Apšvietimas

Įėję į tamsų kambarį, įjungiate šviesą. Jūs negalvojate apie tai, kaip šviesa, sklindanti iš lemputės, pasiskirsto visame kambaryje. Tačiau kuriant 3D grafiką, reikia nuolat į tai atsižvelgti, nes visi paviršiai, supantys vielinį rėmą, turi būti iš kažkur apšviesti. Vienas metodas, vadinamas spindulių sekimo metodu, nubrėžia kelią, kurį įsivaizduojamas spindulys nueis išėjęs iš lempos, atsispindėdamas nuo veidrodinių paviršių ir galiausiai pasibaigęs ties objektu. Spindulys jį apšvies skirtingu intensyvumu iš skirtingų kampų. Metodas atrodo gana sudėtingas net statant spindulius iš vienos lempos, tačiau daugumoje patalpų yra daug šviesos šaltinių: kelios lempos, langai, žvakės ir kt.

Apšvietimas vaidina pagrindinį vaidmenį atliekant du efektus, suteikiančius objektams svorio ir tvirtumo pojūtį: šešėlį ir šešėlius. Pirmasis šešėlių efektas yra pakeisti objekto šviesos intensyvumą iš vienos jo pusės į kitą. Dėl šešėlių rutulys atrodo apvalus, aukšti skruostikauliai išryškėja ant veido, o antklodė atrodo didelė ir minkšta. Šie šviesos intensyvumo skirtumai kartu su forma sustiprina iliuziją, kad objektas turi ne tik aukštį ir plotį, bet ir gylį. Svorio iliuziją sukuria antrasis efektas: šešėlis.

Vaizdo paryškinimas ne tik padidina gylį
objektą per šešėlį, bet ir „suriša“
objektą į žemę per šešėlį.

Optiškai tankūs kūnai apšviesti meta šešėlį. Galite pamatyti šešėlį ant saulės laikrodžio arba pažvelgti į medžio šešėlį ant šaligatvio. Realiame pasaulyje objektai ir žmonės meta šešėlius. Jei 3D pasaulyje yra šešėlių, jums dar labiau atrodys, kad pro langą žiūrite į realų pasaulį, o ne į ekraną su matematiniais modeliais.

perspektyvą

Žodis perspektyva atrodo kaip techninis terminas, bet iš tikrųjų jis apibūdina paprasčiausią poveikį, kurį mes visi stebime. Jei stovėsite ilgo tiesaus kelio pašonėje ir žiūrėsite į tolį, jums atrodys, kad dešinė ir kairė kelio juostos susilieja į tašką horizonte. Jei medžiai sodinami pakelės pakraštyje, tai kuo toliau nuo stebėtojo, tuo jie mažesni. Pastebėsite, kad medžiai susilieja į tą patį horizonto tašką kaip ir kelias. Jei visi objektai ekrane susilieja į vieną tašką, tai bus vadinama perspektyva. Žinoma, yra ir kitų variantų, tačiau iš esmės trimatėje grafikoje naudojama vieno taško perspektyva, aprašyta aukščiau.

Aukščiau pateiktoje iliustracijoje rankos atrodo atskirtos, tačiau daugumoje scenų kai kurie objektai yra priešais ir iš dalies užstoja matyti kitus objektus. Dėl tokių scenų programinė įranga turėtų ne tik apskaičiuoti santykinį objektų dydį, bet ir atsižvelgti į informaciją apie tai, kurie objektai dengia kitus ir kiek. Dažniausiai tam naudojamas Z-buferis (Z-Buffer). Šis buferis gavo pavadinimą iš Z ašies pavadinimo arba įsivaizduojamos linijos, einančios už ekrano per sceną iki horizonto. (Kitos dvi ašys yra X ašis, kuri matuoja scenos plotį, ir Y ašis, kuri matuoja scenos aukštį).

Z-buferis kiekvienam daugiakampiui priskiria skaičių pagal tai, kaip arti priekinio scenos krašto yra objektas, kuriame yra tas daugiakampis. Paprastai arčiausiai ekrano esantiems daugiakampiams priskiriami mažesni skaičiai, o greta horizonto esantiems daugiakampiams – didesni. Pavyzdžiui, 16 bitų Z buferis priskirtų skaičių -32,768 arčiausiai ekrano ir 32,767 toliausiai.

Realiame pasaulyje mūsų akys nemato objektų, kuriuos dengia kiti, todėl mes neturime problemų atpažinti matomus objektus. Tačiau šios problemos nuolat kyla prieš kompiuterį, ir jis yra priverstas jas spręsti tiesiogiai. Kuriant kiekvieną objektą, jo Z reikšmė lyginama su kitų objektų, užimančių tą patį plotą X ir Y koordinatėmis, verte. Objektas su mažiausia Z verte bus visiškai nubraižytas, o kiti objektai, turintys didesnes Z reikšmes bus nupieštas tik iš dalies. Taigi, mes nematome fono objektų, išsikišusių per simbolius. Kadangi Z-buferis aktyvuojamas prieš visą objektų piešimą, scenos dalys, paslėptos už veikėjo, iš viso nebus nupieštos. Tai pagreitina grafikos našumą.

Lauko gylis

Kitas optinis efektas – lauko gylis – taip pat sėkmingai naudojamas 3D grafikoje. Tą patį pavyzdį naudosime ir su medžiais, pasodintais kelio pakraštyje. Kai medžiai tolsta nuo stebėtojo, atsiras dar vienas įdomus efektas. Jei pažvelgsite į arčiausiai jūsų esančius medžius, tolimi medžiai bus neryškūs. Tai ypač akivaizdu žiūrint nuotrauką ar vaizdo įrašą su tais pačiais medžiais. Režisieriai ir kompiuteriniai animatoriai naudoja šį efektą dviem tikslais. Pirmasis – sustiprinti gylio iliuziją stebimoje scenoje. Žinoma, kompiuteris gali nupiešti kiekvieną scenos objektą tiksliai sufokusuotą, nesvarbu, kaip toli jis būtų. Tačiau kadangi lauko gylio efektas visada yra realiame pasaulyje, visų objektų sufokusavimas sukels scenos tikrovės iliuzijos pažeidimą.

Antroji šio efekto naudojimo priežastis – atkreipti jūsų dėmesį į tinkamus subjektus ar aktorius. Pavyzdžiui, norėdamas labiau sutelkti dėmesį į filmo personažą, režisierius naudos mažo lauko gylio efektą, kai fokusuojamas tik vienas aktorius. Kita vertus, scenose, kurios turėtų jus nustebinti gamtos didingumu, naudojamas gilaus lauko gylio efektas, kad būtų sufokusuota kuo daugiau objektų.

Antialiasing

Anti-aliasing yra kita technologija, skirta apgauti akis. Skaitmeninės grafikos sistemos labai gerai kuria vertikalias arba horizontalias linijas. Bet kai atsiranda įstrižainės ir kreivės (ir jos labai dažnai pasirodo realiame pasaulyje), kompiuteris nubrėžia linijas su būdingomis „kopėčiomis“, o ne lygiais kraštais. Kad įtikintų jūsų akis, kad jos mato lygią liniją arba kreivę, kompiuteris aplink liniją prideda pikselių su skirtingais linijos spalvų atspalviais. Šie „pilki“ pikseliai sukuria „žingsnių“ iliuziją. Šis pikselių pridėjimo procesas, siekiant apgauti akis, vadinamas anti-aliasing ir yra vienas iš būdų, išskiriančių 3D kompiuterinę grafiką nuo „ranka pieštos“ grafikos. Užduotis išlaikyti linijas ir pridėti reikiamą kiekį „išlyginančių“ spalvų yra dar vienas sudėtingas kompiuterio darbas kuriant ekrane 3D animaciją.

Trimatė grafika šiandien tvirtai įžengė į mūsų gyvenimą, todėl kartais net nekreipiame dėmesio į jos apraiškas.

Žiūrėdami į reklaminį stendą, vaizduojantį kambario interjerą ar ledų reklamą, stebėdami veiksmo kupino filmo kadrus, net nesusimąstome, kad už viso to slypi kruopštus 3D grafikos meistro darbas.

3D grafika yra

3D grafika (trimatė grafika)- tai ypatinga kompiuterinės grafikos rūšis – metodų ir įrankių rinkinys, naudojamas 3D objektų (trimačių objektų) vaizdams kurti.

3D vaizdą nesunku atskirti nuo dvimačio, nes naudojant specializuotus programinės įrangos produktus sukuriama geometrinė 3D scenos modelio projekcija ant plokštumos. Gautas modelis gali būti objektas iš tikrovės, pavyzdžiui, namo, automobilio, kometos modelis arba gali būti visiškai abstraktus. Tokio trimačio modelio kūrimo procesas vadinamas ir pirmiausia yra skirtas sukurti vizualų trimatį modeliuojamo objekto vaizdą.

Šiandien, remiantis trimate grafika, galite sukurti didelio tikslumo tikro objekto kopiją, sukurti kažką naujo, įgyvendinti pačias nerealiausias dizaino idėjas.

3D grafikos technologijos ir 3D spausdinimo technologijos įsiskverbė į daugelį žmogaus veiklos sričių ir neša didžiulį pelną.

3D vaizdai kasdien bombarduoja mus televizijoje, filmuose, dirbant kompiuteriu ir 3D žaidimuose, iš reklaminių skydų, iliustruodami visą 3D grafikos galią ir pasiekimus.

Šiuolaikinės 3D grafikos pasiekimai naudojami šiose pramonės šakose

Kinematografija ir animacija- Trimačių personažų ir tikroviškų specialiųjų efektų kūrimas . Kompiuterinių žaidimų kūrimas- 3d personažų, virtualios realybės aplinkos, 3d objektų žaidimams kūrimas.
Reklama- 3d grafikos galimybės leidžia pelningai pristatyti prekę rinkai, trimatės grafikos pagalba galima sukurti krištolo baltumo marškinių iliuziją ar skanius popsiukus su šokolado drožlėmis ir pan. Tuo pačiu metu realiame reklamuojamame gaminyje gali būti daug trūkumų, kurie lengvai pasislepia už gražių ir kokybiškų vaizdų.
Interjero dizainas– Interjero dizaino projektavimas ir vystymas taip pat šiandien neapsieina be trimatės grafikos. 3d technologijos leidžia sukurti tikroviškus 3d baldų (sofos, fotelio, kėdės, komodos ir kt.) modelius, tiksliai atkartojančius objekto geometriją ir sukuriant medžiagos imitaciją. Trimatės grafikos pagalba galima sukurti vaizdo įrašą, kuriame matomi visi projektuojamo pastato aukštai, kurie galbūt net nebuvo pradėti statyti.

Erdvinio vaizdo kūrimo etapai

Norėdami gauti 3D objekto vaizdą, turite atlikti šiuos veiksmus

Modeliavimas- matematinio 3D bendros scenos ir jos objektų modelio sukūrimas.
Tekstūravimas apima tekstūrų perdengimą ant sukurtų modelių, medžiagų koregavimą ir modelių realizavimą.
Apšvietimo nustatymas.
(judantys objektai).
perteikimas- objekto vaizdo kūrimo procesas pagal anksčiau sukurtą modelį.
Kompozicija arba maketavimas- gauto vaizdo tolesnis apdorojimas.

Modeliavimas- virtualios erdvės ir objektų kūrimas joje, apima įvairių geometrijų, medžiagų, šviesos šaltinių, virtualių kamerų, papildomų specialiųjų efektų kūrimą.

Populiariausi 3D modeliavimo programinės įrangos produktai yra: Autodesk 3D max, Pixologic Zbrush, Blender.

Tekstūravimas yra sukurto trimačio rastrinio arba vektorinio vaizdo modelio paviršiaus perdanga, leidžianti atvaizduoti objekto savybes ir medžiagą.

Apšvietimas- sukurti, nustatyti kryptį ir sukurti šviesos šaltinius kuriamoje scenoje. Grafiniai 3D redaktoriai, kaip taisyklė, naudoja šių tipų šviesos šaltinius: taškinę šviesą (skirtingi spinduliai), visapusę šviesą (visakryptę šviesą), kryptinę šviesą (lygiagretūs spinduliai) ir kt. Kai kurie redaktoriai leidžia sukurti tūrinį švytėjimo šaltinį ( Sferinė šviesa).

Įsivaizduokite, kaip objektas tilps į esamą pastatą. Peržiūrėti įvairias projekto versijas labai patogu trimačiame modelyje. Visų pirma galite keisti projekto elementų medžiagas ir padengimą (tekstūras), patikrinti atskirų zonų apšvietimą (priklausomai nuo paros laiko), išdėlioti įvairius interjero elementus ir kt.

Skirtingai nuo daugelio CAD sistemų, kurios vizualizavimui ir animacijai naudoja papildomus modulius ar trečiųjų šalių programas, MicroStation turi įmontuotus įrankius fotorealistiniams vaizdams kurti (BMP, JPG, TIFF, PCX ir kt.), taip pat animaciniams klipams įrašyti. standartiniais formatais (FLI, AVI ) ir paveikslėlių rinkiniu po kadro (BMP, JPG, TIFF ir kt.).

Realistiškų vaizdų kūrimas

Fotorealistinių vaizdų kūrimas prasideda nuo medžiagų (tekstūrų) priskyrimo įvairiems projekto elementams. Kiekviena tekstūra taikoma visiems tos pačios spalvos elementams, esantiems tame pačiame sluoksnyje. Atsižvelgiant į tai, kad maksimalus sluoksnių skaičius – 65 tūkst., o spalvų – 256, galima daryti prielaidą, kad individualią medžiagą tikrai galima pritaikyti bet kuriam projekto elementui.

Programa suteikia galimybę redaguoti bet kokią tekstūrą ir sukurti naują pagal bitmap vaizdą (BMP, JPG, TIFF ir kt.). Šiuo atveju tekstūrai gali būti naudojami du vaizdai, iš kurių vienas yra atsakingas už reljefą, o kitas - už medžiagos tekstūrą. Ir reljefas, ir tekstūra turi skirtingus kiekvieno elemento išdėstymo parametrus, tokius kaip: mastelis, sukimosi kampas, poslinkis, būdas užpildyti nelygius paviršius. Be to, guzas turi parametrą „aukštis“ (keičiamas nuo 0 iki 20), o tekstūra, savo ruožtu, turi svorį (keičiama diapazone nuo 0 iki 1).

Be rašto, medžiaga turi šiuos reguliuojamus parametrus: sklaida, difuzija, blizgesys, poliravimas, skaidrumas, atspindys, lūžis, bazinė spalva, paryškinimo spalva, medžiagos savybė palikti šešėlius.

Tekstūros atvaizdavimą galima peržiūrėti standartiniuose 3D kietuosiuose objektuose arba bet kuriame projekto elemente, taip pat galima naudoti kelių tipų elementų šešėliavimą. Paprasti tekstūrų kūrimo ir redagavimo įrankiai leidžia gauti beveik bet kokią medžiagą.

Ne mažiau svarbus aspektas kuriant tikroviškus vaizdus yra vizualizacijos (perteikimo) būdas. „MicroStation“ palaiko šiuos gerai žinomus šešėliavimo metodus: paslėptų linijų pašalinimas, paslėptų linijų šešėliavimas, nuolatinis šešėliavimas, sklandus šešėliavimas, fono šešėliavimas, spindulių sekimas, radiacija, dalelių sekimas. Perteikimo metu vaizdas gali būti išlygintas (išstumtas), taip pat galima sukurti stereo vaizdą, kurį galima peržiūrėti naudojant akinius su specialiais šviesos filtrais.

Yra keletas ekrano kokybės nustatymų (atitinkančių vaizdo apdorojimo greitį) spindulių sekimo, radiacijos, dalelių sekimo metodams. Greitesniam apdorojimui grafinę informaciją„MicroStation“ palaiko „QuickVision“ grafikos pagreitinimo metodus. Sukurtiems vaizdams peržiūrėti ir redaguoti taip pat yra įmontuoti modifikavimo įrankiai, palaikantys šias standartines funkcijas (kurios, žinoma, negali konkuruoti su specializuotų programų funkcijomis): gama korekcija, tonų reguliavimas, negatyvas, plovimas, spalvų režimas. , apkarpyti, keisti dydį, pasukti , atspindėti, konvertuoti į kitą duomenų formatą.

Kuriant tikroviškus vaizdus nemažą laiko dalį užima šviesos šaltinių išdėstymas ir valdymas. Šviesos šaltiniai skirstomi į globalų ir vietinį apšvietimą. „Global Illumination“ savo ruožtu susideda iš aplinkos šviesos, blykstės, saulės šviesos, stoglangio. O saulei, kartu su ryškumu ir spalva, nustatomas azimuto kampas ir kampas virš horizonto. Šiuos kampus galima automatiškai apskaičiuoti pagal nurodytą objekto geografinę vietą (bet kuriame pasaulio žemėlapyje nurodytame Žemės rutulio taške), taip pat pagal datą ir laiką, kada objektas buvo peržiūrėtas. Dangaus šviesa priklauso nuo debesuotumo, oro kokybės (nepermatomumo) ir net nuo atspindžio nuo žemės.

Vietiniai šviesos šaltiniai gali būti penkių tipų: nuotoliniai, taškiniai, kūginiai, paviršiniai, atsiveriantys į dangų. Kiekvienas šaltinis gali turėti šias savybes: spalva, šviesos intensyvumas, intensyvumas, skiriamoji geba, šešėlis, slopinimas tam tikru atstumu, kūgio kampas ir kt.

Šviesos šaltiniai gali padėti nustatyti neapšviestas objekto vietas, kur reikia papildomo apšvietimo.

Kameros naudojamos projekto elementams peržiūrėti tam tikru kampu ir laisvai perkelti vaizdą visame faile. Naudodami klaviatūros ir pelės valdymo klavišus galite nustatyti devynis fotoaparato judėjimo tipus: skristi, suktis, nusileisti, slysti, vengti, suktis, plaukioti, judėti vežimėliu, pakreipti. keturi įvairių tipų judesius galima prijungti prie klaviatūros ir pelės (režimai perjungiami laikant Shift, Ctrl, Shift + Ctrl klavišus).

Kameros leidžia apžiūrėti objektą iš skirtingų kampų ir pažvelgti į vidų. Keisdami fotoaparato parametrus (židinio nuotolį, objektyvo kampą), galite keisti vaizdo perspektyvą.

Norint sukurti tikroviškesnius vaizdus, galima prijungti fono vaizdą, pavyzdžiui, esamo kraštovaizdžio nuotrauką.