Технологія реалістичності тривимірного зображення. Тривимірне мистецтво Моделювання реалістичного зображення сфери c

До 3D-мистецтва можна віднести різновид графіті, тривимірну комп'ютерну графіку, реалістичні малюнки, що створюють ілюзію тривимірної сцени.

Художники завжди прагнули до правдоподібного уявлення природи та оточуючих речей. У наш час це легко досягти за допомогою передових пристроїв. Тим не менш, є щось чарівне і особливо привабливе в багатьох 3D-зображеннях, створених рукою людини. Адже техніка 3D-малюнку вимагає великої майстерності та терпіння, не кажучи вже про талант.

Пропонуємо помилуватися творами різних майстрів, чиї роботи виконані у реалістичному 3D-жанрі.

1. Окуляри.

Простий, елегантний і химерний 3D малюнок, який виглядає реалістично.

2. «Зал Гігантів», Палаццо Ті, Мантуя, Італія

Ілюзіоністські фрески 16 століття, виконані Джуліо Романо, відносять до витоків 3D-мистецтва.

3. Олівцевий 3D-малюнок Нагаї Хідеюкі

Художник створює тривимірну ілюзію, використовуючи лише альбом та кольорові олівці.

4. Музей 3D-картин у місті Чіангмай, Таїланд

Існує цілий музей, присвячений 3D-мистецтву, у Таїланді. Його зали наповнені великими фресками, що виглядають цілком реально.

5. Кока кола – ілюзія

Часто натхнення для 3D-мистецтва бере початок у популярних об'єктах нашого повсякденного життя. Класичний варіант – пляшка Коли.

6. Комп'ютерна графіка: Дівчина

Хто міг би подумати, що цієї дівчини не існує?

7. Колони коринфського ордера

Прекрасний олівцем 3D малюнок двох коринфських колон.

8. Реалістичний водоспад у місті Двур Кралове, Чехія

Частину міського парку в Чеській Республіці перетворили на ілюзію чудового водоспаду.

9. Глобус

Нерідко 3D-мистецтво використовують у маркетингу. Ця картина земної кулі закликає людей боротьбу з бідністю.

10. Ігор Тарітас

Молодий митець створює картини, використовуючи основи гіперреалізму. Це полотно випромінює глибину реального світу, неначе за бажання ми можемо вийти на сцену.

11. Дейві Джонс від Джеррі Грошке

Класичний персонаж із «Піратів Карибського моря», створений 3D-художником комп'ютерної графіки.

12. Казухіко Накамура

Японський 3D-художник, який створює креативні стимпанк фотографії за допомогою програмного забезпечення.

13. Курт Веннер: Дике родео в Калгарі, Канада

Один із найвідоміших сучасних 3D-художників, Курт Веннер, зобразив вигадане родео у канадському місті.

14. Леон Кір, Рубен Понціа, Ремко ван Шайк та Пітер Вестерінг

Чотири митці об'єдналися, щоб створити цю неймовірну ілюзію армії Лего.

15. Лодзь, Польща

Басейн біля жвавого торгового центру у місті Лодзь, Польща. Сподіваюся, ніхто в нього не стрибнув.

16. Ринок

Красиві 3d натюрморт, мальованої на асфальті біля овочевий ринок. Він доповнює атмосферу ідеальною вишуканістю.

17. МТО, Ренн, Франція

Вуличний митець МТО створив серію масштабних 3D-фресок у Ренн, Франція. У його настінному живописі фігурують велетні, які намагаються поринути у будинки людей. Картини і вражають, і жахають.

Для підвищення реалістичності відображення накладених на полігони текстур використовують різні технології:

· Згладжування (Anti-aliasing);

· MIP - mapping;

· Текстурної фільтрації.

Технологія згладжування (Anti-aliasing)

Anti-aliasing – це технологія, що використовується для обробки зображень з метою усунення ефекту «ступінчастих» країв (Aliasing) об'єктів. При растровом методі формування зображення воно складається з пікселів. Через те, що пікселі мають кінцевий розмір, на краях тривимірних об'єктів можна розрізнити так звані сходи або східчасті краї. Щоб мінімізувати ефект сходів найпростіше збільшити роздільну здатність екрану, зменшивши тим самим розмір пікселів. Але цей шлях не завжди можливий. Якщо позбутися ступінчастого ефекту за рахунок підвищення роздільної здатності монітора не можна, можна використовувати технологію Anti-aliasing, яка дозволяє візуально згладити ефект сходів. Найчастіше використовується для цього техніка - це створення плавного переходу від кольору лінії або краю до кольору фону. Колір точки, що лежить на межі об'єктів, визначається як середнє значення кольорів двох граничних точок.

Існує кілька базових технологій Anti-aliasing. Найбільш якісний результат уперше дала технологія повноекранного згладжування FSAA (Full Screen Anti-Aliasing). У деяких літературних джерелах ця технологія називається SSAA. Суть даної технології полягає в тому, що процесор розраховує кадр зображення в набагато більшій роздільній здатності, ніж роздільна здатність екрану, а потім при виведенні на екран усереднює значення групи пікселів до одного; кількість усереднених пікселів відповідає роздільній здатності екрана монітора. Наприклад, якщо кадр з роздільною здатністю 800х600 згладжується за допомогою FSAA, зображення розраховуватиметься в роздільній здатності 1600х1200. При переході до роздільної здатності монітора кольори чотирьох розрахованих точок, що відповідають одному пікселю монітора, усереднюються. В результаті у всіх ліній з'являються плавні межі переходів, що візуально усуває ефект сходів.

FSAA робить багато зайвої роботи, завантажуючи графічний процесор, згладжуючи не межі, а зображення цілком, що його головним недоліком. Для усунення цього недоліку було розроблено більш економна технологія - MSSA.

Суть технології MSSA аналогічна технології FSAA, але над пікселями, що знаходяться усередині полігонів, жодних розрахунків не проводиться. Для пікселів на межах об'єктів в залежності від рівня згладжування розраховується 4 і більше додаткових точок, за якими визначається підсумковий колір пікселя. Ця технологія найпоширеніша нині.

Відомі індивідуальні розробки виробників відеоадаптерів. Наприклад, NVIDIA розробила технологію Coverage Sampling (CSAA), яка підтримується лише відеоадаптерами GeForce, починаючи з 8-ї серії (8600 – 8800, 9600 – 9800). Компанія ATI ввела в графічний процесор R520 і наступні адаптивне згладжування ААА (Adaptive Anti-Aliasing).

Технологія MIP mapping

Технологія використовується для покращення якості текстурування тривимірних об'єктів. Для надання реалістичності тривимірному зображенню необхідно враховувати глибину сцени. У міру віддалення від точки спостереження текстура, що накладається, повинна виглядати все більш розмито. Тому при текстуруванні навіть однорідної поверхні найчастіше використовують не одну, а кілька текстур, що дозволяє коректно враховувати перспективні спотворення тривимірного об'єкта.

Наприклад, необхідно зобразити бруківку, що йде вглиб сцени. Якщо спробувати використовувати одну текстуру по всій довжині, то в міру віддалення від точки спостереження може з'явитися бриж або просто один суцільний колір. Справа в тому, що в цій ситуації відразу кілька пікселів текстури (текселів) потрапляє до одного пікселя на моніторі. Виникає питання: на користь якого одного тексел зробити вибір при відображенні пікселя?

Це завдання вирішується за допомогою технології MIP mapping, яка передбачає можливість застосування набору текстур з різним ступенем деталізації. На основі кожної текстури створюється набір текстур із меншим рівнем деталізації. Текстури такого набору називають MIP – картами (MIP map).

У найпростішому випадку накладання текстури кожного пікселя зображення визначається відповідна йому MIP – карта відповідно до таблиці деталізації LOD(Level of Detail). Далі з MIP – карти вибирається лише один тексел, колір якого надається пікселю.

Технології фільтрації

Як правило, технологія MIP mapping використовується у поєднанні з технологіями фільтрації, покликаними виправити артефакти MIP-текстурування. Наприклад, при видаленні об'єкта все далі від точки спостереження відбувається перехід від низького MIP map-рівня до вищого MIP map-рівня. У момент знаходження об'єкта в перехідному стані від одного MIP map-рівня до іншого з'являється особливий тип помилок візуалізації: явно помітні межі переходу від одного MIP map-рівня до іншого.

Ідея фільтрації полягає в тому, що колір пікселів об'єкта розраховується по сусідніх точках текстури (тексел).

Першим способом фільтрації текстур був так званий point sampling, який у сучасній 3D-графіці не використовується. Наступною була розроблена білінійнафільтрація. При білінійній фільтрації для відображення точки поверхні береться виважене середнє значення чотирьох суміжних текстурних пікселів. При такій фільтрації якість об'єктів, що повільно обертаються або повільно рухаються, з гранями (типу куба) низька (розмиті грані).

Більше висока якістьдає трилінійнафільтрація, при якій для визначення кольору пікселя береться середнє значення кольору восьми текселів, чотири з двох сусідніх структур, і в результаті семи операцій змішування визначається колір пікселя.

Зі зростанням продуктивності графічних процесорів було розроблено анізотропнафільтрація, яка успішно застосовується досі. При визначенні кольору точки вона використовує велику кількість текселів та враховує положення полігонів. Рівень анізотропної фільтрації визначається числом текселів, які обробляються при обчисленні кольору пікселя: 2х (16 текселів), 4х (32 текселі), 8х (64 текселі), 16х (128 текселів). Дана фільтрація забезпечує високу якість зображення, що виводиться.

Усі ці алгоритми реалізує графічний процесор відеокарти.

Інтерфейс прикладного програмування (API)

Для прискорення виконання етапів 3D-конвеєра прискорювач тривимірної графіки повинен мати певний набор функцій, тобто. апаратно, без участі центрального процесора, виконувати операції, необхідні для побудови 3D-зображення. Набір цих функцій є найважливішою характеристикою 3D-акселератора.

Оскільки 3D-акселератор має власну систему команд, його ефективне застосування можливе лише у тому випадку, коли прикладна програма використовує ці команди. Але оскільки різних моделей 3D-акселераторів багато, так само як і різних прикладних програм, що формують об'ємні зображення, виникає проблема сумісності: неможливо написати таку програму, яка б однаково добре використовувала низькорівневі команди різних акселераторів. Очевидно, що і розробники прикладного програмного забезпечення та виробники 3D-акселераторів потребують спеціального пакету службових програм, який виконує такі функції:

ефективне перетворення запитів прикладної програми на оптимізовану послідовність низькорівневих команд 3D-акселератора з урахуванням особливостей його апаратної побудови;

програмну емуляцію запитаних функцій, якщо у акселераторі, що використовується, відсутня їх апаратна підтримка.

Спеціальний пакет службових програм для виконання цих функцій називається інтерфейс прикладного програмування (ApplicationProgram Interface = API).

API займає проміжне положення між високорівневими прикладними програмами та низькорівневими командами акселератора, які генеруються драйвером. Використання API позбавляє розробника прикладної програми необхідності працювати з низькорівневими командами акселератора, полегшуючи процес створення програм.

В даний час у 3D існує кілька API, сфери застосування яких досить чітко розмежовані:

DirectX, розроблений фірмою Microsoft, що використовується в ігрових програмах, що працюють під управлінням операційних систем Windows 9X і пізніших версій;

OpenGL, що використовується в основному у професійних додатках (системи автоматизованого проектування, системи тривимірного моделювання, тренажери-симулятори тощо), що працюють під управлінням операційної системи Windows NT;

Фірмові (native – рідні) API, створювані виробниками 3D-акселераторів виключно для своїх Chipset з метою найбільш ефективного використання їх можливостей.

DirectX є жорстко регламентованим, закритим стандартом, який не допускає змін до виходу у світ своєї чергової, нової версії. Це, з одного боку, обмежує можливості розробників програм і особливо виробників акселераторів, проте значно полегшує користувачеві налаштування програмного забезпечення. апаратного забезпеченнядля 3D.

На відміну від DirectX, API OpenGL побудований на концепції відкритого стандарту, що має невеликий базовий набір функцій та безліч розширень, що реалізують складніші функції. Виробник Chipset 3D-акселератора зобов'язаний створити BIOS і драйвери, що виконують базові функції Open GL, але не забезпечувати підтримку всіх розширень. Це породжує низку проблем, пов'язаних з написанням виробниками драйверів для своїх виробів, які постачаються як у повному, так і урізаному вигляді.

Повна версія OpenGL-сумісного драйвера має назву ICD (Installable Client Driver – драйвер програми – клієнта). Він забезпечує максимальну швидкодію, т.к. містить низькорівневі коди, які забезпечують підтримку як базового набору функцій, а й його розширень. Природно, що з урахуванням концепції OpenGL створення такого драйвера є виключно складним і трудомістким процесом. Це одна з причин більш високої вартості професійних 3D-акселераторів, порівняно з ігровими.

Не важливо, наскільки великим та насиченим буде віртуальний 3D світ. Комп'ютер може відображати його лише одним способом: розміщуючи пікселі на екрані 2D. У цій частині статті ви дізнаєтеся, як зображення на екрані стає реалістичним, і як сцени стають схожими на ті, що ви бачите у реальному світі. Спочатку ми подивимося, як надається реалістичність одному об'єкту. Потім ми перейдемо вже на всю сцену. І насамкінець, ми розглянемо, як комп'ютер реалізує рух: реалістичні об'єкти рухаються з реалістичними швидкостями.

Перш ніж зображення стане реалістичним, об'єкти проходять кілька етапів обробки. Найважливіші стадії це створення форми (shape), обтягування текстурами, освітлення, створення перспективи, глибини різкості (depth of field) та згладжування (anti-aliasing).

Створення форми

Якщо ми виглянемо у вікно, то побачимо, що всі об'єкти мають форму, вони створені з прямих і кривих ліній різних розмірів та положень. Так само, при погляді на тривимірну графічну картинку на комп'ютерному моніторі, ми спостерігатимемо зображення, створене з різних форм, хоча більшість з них складаються вже з прямих ліній. Ми бачимо квадрати, прямокутники, паралелограми, кола та ромби. Але найбільше ми бачимо трикутників. Для того щоб скласти достовірну картинку з кривими лініями як у навколишньому світі, доводиться компонувати форму з безлічі дрібних форм. Наприклад, людське тіло може вимагати тисячі цих форм. Разом вони утворюватимуть структуру, яку називають каркасом. Каркас дуже нагадує ескіз об'єкта, ви можете легко ідентифікувати об'єкт по каркасу. Наступний крок після створення форми також не менш важливий: каркас має отримати поверхню.

На ілюстрації показано каркас руки, виготовлений з малої кількості полігонів - всього 862.

Поверхневі текстури (surface textures)

Коли ми зустрічаємо якусь поверхню у реальному світі, ми можемо отримати інформацію про неї двома способами. Ми можемо подивитися на поверхню, під різними кутами, і можемо помацати її і визначити, м'яка вона чи тверда. У тривимірній графіці ми можемо лише дивитися на поверхню, отримуючи всю доступну інформацію. І ця інформація складається з трьох складових:

Колір:Яка поверхня кольору? Чи однорідно вона пофарбована?
Текстура:Рівна поверхня чи на ній є вм'ятини, горби, рихтування чи щось подібне?
Відображає здатність:Чи відображає поверхню світло? Чи чіткі відображення, чи вони розмазані?

Один із способів надання "реальності" об'єкту і полягає у підборі комбінації цих трьох складових у різних частинах зображення. Подивіться навколо себе: ваша комп'ютерна клавіатура має відмінний колір/текстуру/відбивну здатність від вашого столу, який у свою чергу відрізняється кольором/текстурою/відбиваючою здатністю від вашої руки. Для того щоб колір зображення був схожий на справжній, важливо, щоб комп'ютер міг вибирати колір пікселя з палітри мільйони різних кольорів. Різноманітність текстур залежить як від математичної моделі поверхні (від шкіри жаби до желеподібного матеріалу), так і від карт текстур (texture maps), які накладаються на поверхні. Також необхідно закласти в об'єкти ті якості, які не можна побачити: м'якість і твердість, теплоту і холод за допомогою різних комбінацій кольору, текстури та здатності, що відображає. Якщо помилитись хоча б в одному з цих параметрів, відчуття реальності миттєво розсіється.

Додавання поверхні до каркасу починає змінювати
зображення від чогось математичного до картинки,
в якій ми легко виявляємо руку.

Освітлення

Коли ви входите до темної кімнати, ви вмикаєте світло. Ви не замислюєтеся, як світло, виходячи з лампочки, розподіляється по всій кімнаті. Але при розробці 3D графіки необхідно постійно це враховувати, тому що всі поверхні, що оточують каркас, повинні бути звідки освітлені. Один метод, званий методом променя, що біжить (ray-tracing), викреслює шлях, який уявний промінь пройде після виходу з лампи, відображення від дзеркальних поверхонь і який, врешті-решт, закінчиться на предметі. Промінь висвітлить його з різною інтенсивністю під різними кутами. Метод здається досить складним навіть при побудові променів від однієї лампи, але в більшості кімнат існує багато джерел світла: кілька ламп, вікон, свічок і т.д.

Висвітлення відіграє ключову роль у двох ефектах, що надають відчуття ваги та цілісності об'єктам: затінення (shading) та тіні (shadow). Перший ефект затінення полягає у зміні інтенсивності освітлення об'єкта від одного боку до іншого. Завдяки затіненню куля виглядає круглою, високі вилиці випирають на обличчі, а ковдра здається об'ємною і м'якою. Ці відмінності в інтенсивності світла разом з формою посилюють ілюзію, що об'єкт крім висоти та ширини має ще й глибину. Ілюзія ваги створюється другим ефектом: тінню.

Підсвічування зображення не лише додає глибину
об'єкту через затінення, а й "прив'язує"
об'єкт до землі у вигляді тіні.

Оптично щільні тіла під час освітлення відкидають тінь. Ви можете побачити тінь на сонячному годиннику або подивитися на тінь дерева на тротуарі. У світі об'єкти і люди відкидають тіні. Якщо в тривимірному світі будуть тіні, то вам буде ще більше здаватися, що ви дивитеся через вікно на справжній світ, а не на екран з математичними моделями.

Перспектива

Слово перспектива здається технічним терміном, але насправді воно описує найпростіший ефект, який ми спостерігаємо. Якщо ви встанете на узбіччя довгої прямої дороги і подивіться вдалину, то здасться, що права і ліва смуга дороги сходяться в крапку на горизонті. Якщо на узбіччі посаджені дерева, то чим далі дерева знаходяться від спостерігача, тим менше. Ви помітите, що дерева сходяться на ту ж точку на горизонті, що й дорога. Якщо всі об'єкти на екрані сходяться в одну точку, то це і буде називатися перспективою. Бувають, звісно, й інші варіанти, але переважно у тривимірної графіці використовується перспектива однієї точки, описана вище.

На наведеній ілюстрації руки виглядають розділеними, але на більшості сцен одні об'єкти знаходяться попереду і частково блокують вид на інші об'єкти. Для таких сцен програмне забезпеченнямає не лише прорахувати відносний розмір об'єктів, а й враховувати інформацію, які об'єкти закривають інші та наскільки сильно. Найчастіше при цьому використовується Z-буфер (Z-Buffer). Своє ім'я цей буфер отримав від назви осі Z або уявної лінії, що йде за екран через сцену до горизонту. (Дві інші осі - це вісь X, що вимірює ширину сцени, і вісь Y, що вимірює висоту сцени).

Z-буфер надає кожному полігону номер залежно від того, наскільки близько до переднього краю сцени розташовується об'єкт, який містить цей полігон. Зазвичай менші номери надаються найближчим до екрану полігонам, а великі номери - полігонам, що примикають до горизонту. Наприклад, 16-бітний Z-буфер привласнить найближчому об'єкту номер -32.768, а найвіддаленішому - 32.767.

У цьому світі наші очі не можуть бачити об'єкти закриті іншими, тому ми не маємо проблем у визначенні видимих об'єктів. Але ці проблеми постійно постають перед комп'ютером, і він змушений безпосередньо їх вирішувати. При створенні кожного об'єкта, його Z-значення порівнюється зі значенням інших об'єктів, що займають ті ж області за координатами X і Y. Об'єкт з найменшим Z-значенням буде повністю промальовуватися, інші об'єкти з великими значеннями будуть промальовані лише частково. Таким чином ми не бачимо фонових об'єктів, що виступають через персонажів. Так як Z-буфер задіюється перед повним промальовуванням об'єктів, приховані за персонажа частини сцени не будуть промальовуватися взагалі. Це прискорює графічну продуктивність.

Глибина різкості

Інший оптичний ефект, глибина різкості також успішно використовується в 3D графіку. Використовуватимемо той самий приклад з деревами, посадженими по узбіччі дороги. У міру віддалення дерев від спостерігача відбуватиметься інший цікавий ефект. Якщо ви подивитеся на найближчі до вас дерева, то видалені дерева будуть не у фокусі. Особливо це видно під час перегляду фотографії або відео з тими ж деревами. Режисери та комп'ютерні аніматори використовують цей ефект у двох цілях. Перша полягає у посиленні ілюзії глибини сцени, що спостерігається. Звичайно, комп'ютер може промальовувати кожен об'єкт сцени точно у фокусі, незалежно від його видалення. Але так як у реальному світі ефект глибини різкості завжди є, то промальовування всіх предметів у фокусі призведе до порушення ілюзії реальності сцени.

Друга причина використання цього ефекту полягає у приверненні вашої уваги до потрібних предметів чи акторів. Наприклад, для посилення вашої уваги до героя фільму, режисер використовуватиме ефект малої глибини різкості (shallow depth of field), коли лише один актор перебуватиме у фокусі. З іншого боку, сцени, які повинні потрясти вас величчю природи, використовують ефект великої глибини різкості (deep depth of field), щоб дати якомога більше предметів у фокусі.

Згладжування (anti-aliasing)

Згладжування - це ще одна технологія, покликана обдурити зір. Цифрові графічні системи дуже хороші створення вертикальних чи горизонтальних ліній. Але коли з'являються діагоналі та криві (а вони з'являються дуже часто в реальному світі), комп'ютер промальовує лінії з характерними "драбинками" замість рівних країв. Щоб переконати ваші очі в тому, що вони бачать гладку лінію або криву, комп'ютер додає навколо лінії пікселі з різними кольорами лінії. Ці "сірі" пікселі створюють ілюзію відсутності "сходів". Такий процес додавання пікселів для обману зору називається згладжуванням і є однією з технологій, що відрізняють комп'ютерну 3D графіку від "ручної" графіки. Завдання збереження ліній і додавання потрібної кількості кольорів, що "згладжують", є ще однією складною справою для комп'ютера при створенні 3D анімації на вашому дисплеї.

Тривимірна графіка сьогодні міцно увійшла до нашого життя, що часом ми навіть не звертаємо уваги на її прояви.

Розглядаючи рекламний щит із зображенням інтер'єру кімнати або рекламний ролик про морозиво, спостерігаючи за кадрами гостросюжетного фільму, ми й не здогадуємося, що за цим стоїть кропітка робота майстра 3d графіки.

Тривимірна графіка це

3D графіка (тривимірна графіка)- це особливий вид комп'ютерної графіки - комплекс методів та інструментів, які застосовуються для створення зображень 3д-об'єктів (тривимірних об'єктів).

3д-зображення не складно відрізнити від двовимірного, оскільки воно включає створення геометричної проекції 3d-моделі сцени на площину за допомогою спеціалізованих програмних продуктів. Модель, що виходить, може бути об'єктом з реальної дійсності, наприклад модель будинку, автомобіля, комети, або ж бути абсолютно абстрактною. Процес побудови такої тривимірної моделі отримав назву і спрямований, перш за все, на створення візуального об'ємного образу об'єкта, що моделюється.

Сьогодні на основі тривимірної графіки можна створити високоточну копію реального об'єкта, створити щось нове, втілити в життя найнереальніші дизайнерські задумки.

3d технології графіки та технології 3d друку проникли у багато сфер людської діяльності, і приносять колосальний прибуток.

Тривимірні зображення щодня бомбардують нас на телебаченні, в кіно, при роботі з комп'ютером та в 3D іграх, з рекламних щитів, наочно представляючи всю силу та досягнення 3д-графіки.

Досягнення сучасного 3д графіки використовуються у наступних галузях

Кінематограф та мультиплікація- створення тривимірних персонажів та реалістичних спецефектів . Створення комп'ютерних ігор- розробка 3d-персонажів, віртуальної реальності оточення, 3д-об'єктів для ігор.
Реклама- можливості 3d графіки дозволяють вигідно уявити товар ринку, за допомогою тривимірної графіки можна створити ілюзію кришталево-білої сорочки або апетитного фруктового морозива з шоколадною стружкою тощо. При цьому у реального рекламованого товару може мати чимало недоліків, які легко ховаються за красивими та якісними зображеннями.
Дизайн інтер'єрів- проектування та розробка дизайну інтер'єру також не обходяться сьогодні без тривимірної графіки. 3d технології дають можливість створити реалістичні 3д-макети меблів (дивану, крісла, стільця, комода тощо), точно повторюючи геометрію об'єкта та створюючи імітацію матеріалу. За допомогою тривимірної графіки можна створити ролик, що демонструє всі поверхи будівлі, що проектується, можливо ще навіть не почав будуватися.

Етапи створення тривимірного зображення

Для того щоб отримати 3д-зображення об'єкта необхідно виконати такі кроки

Моделювання- Побудова математичної 3д-моделі загальної сцени та її об'єктів.
Текстуруваннявключає накладання текстур на створені моделі, налаштування матеріалів та надання моделям реалістичності.
Налаштування освітлення.
(Об'єктів, що рухаються).
Рендеринг- процес створення зображення об'єкта за попередньо створеною моделлю.
Композитинг або компонування- Постобробка отриманого зображення.

Моделювання- створення віртуального простору та об'єктів усередині нього, що включає створення різних геометрій, матеріалів, джерел світла, віртуальних камер, додаткових спецефектів.

Найбільш поширеними програмними продуктами для 3d моделювання є Autodesk 3D max, Pixologic Zbrush, Blender.

Текстуруванняє накладенням на поверхню створеної тривимірної моделі растрового або векторного зображення, що дозволяє відобразити властивості і матеріал об'єкта.

Освітлення- створення, встановлення напряму та налаштування джерел освітлення у створеній сцені. Графічні 3д-редактори, як правило, використовують такі види джерел світла: spot light (промені, що розходяться), omni light (всеспрямоване світло), directional light (паралельні промені) та ін. Деякі редактори дають можливість створення джерела об'ємного світіння (Sphere light).

Уявити, як впишеться об'єкт у існуючу забудову. Переглядати різні варіанти виконання проекту дуже зручно за тривимірною моделлю. Зокрема, можна змінювати матеріали та покриття (тектури) елементів проекту, перевіряти освітленість окремих ділянок (залежно від часу доби), розміщувати різні елементи інтер'єру тощо.

На відміну від ряду САПР, які використовують для візуалізації та анімації додаткові модулі або сторонні програми, MicroStation вбудовано засоби для створення фотореалістичних зображень (BMP, JPG, TIFF, PCX та ін.), а також для запису анімаційних роликів стандартних форматів (FLI, AVI ) та набору покадрових картинок (BMP, JPG, TIFF та ін).

Створення реалістичних зображень

Створення фотореалістичних зображень починається з присвоєння матеріалів різних видів проекту. Кожна текстура застосовується до всіх елементів однакового кольору, що лежать в тому самому шарі. Враховуючи, що максимальна кількість шарів 65 тис., а кольорів 256, можна припустити, що індивідуальний матеріал реально застосувати до будь-якого елемента проекту.

Програма надає можливості редагування будь-якої текстури та створення нової, заснованої на растровому зображенні (BMP, JPG, TIFF та ін.). При цьому для текстури можна використовувати два зображення, одне з яких відповідає за рельєфність, а інше за фактуру матеріалу. Як рельєфність, так і фактура мають різні параметри розміщення на елемент, як-то: масштаб, кут повороту, зсув, спосіб заповнення нерівних поверхонь. Крім того, рельєфність має параметр «висота» (змінюється в діапазоні від 0 до 20), а фактура, у свою чергу, має вагу (змінюється в діапазоні від 0 до 1).

Крім малюнка, у матеріалу існують такі параметри, що настроюються: розсіювання, дифузія, глянець, полірування, прозорість, відображення, заломлення, базовий колір, колір відблиску, здатність матеріалу залишати тіні.

Відображення текстури попередньо можна переглянути з прикладу стандартних тривимірних тіл чи будь-якому елементі проекту, у своїй можна використовувати кілька типів затінення елемента. Прості засоби створення та редагування текстур дозволяють отримати практично будь-який матеріал.

Не менш важливий аспект для створення реалістичних зображень – спосіб візуалізації (рендерингу). MicroStation підтримує такі, досить відомі способи затінення: видалення невидимих ліній, забарвлення невидимих ліній, постійне затінення, плавне затінення, затінення по Фонгу, рейтрейсинг, радіосіті, трасування частинок. При візуалізації зображення можна згладити (прибрати ступінчастість), а також створити стереокартинку, яку можна переглянути, використовуючи окуляри зі спеціальними світлофільтрами.

Існує ряд налаштувань якості відображення (відповідно швидкості обробки зображення) для способів рейтрейсингу, радіосіті, трасування частинок. Для прискорення обробки графічної інформації MicroStation підтримує методи графічного прискорення – технологію QuickVision. Для перегляду та редагування створених зображень також існують вбудовані засоби модифікації, що підтримують такі стандартні функції (які, звичайно, не можуть конкурувати з функціями спеціалізованих програм): гамма-корекція, регулювання відтінків, негатив, розмивка, колірний режим, обрізка, зміна розміру, поворот , дзеркальне відображення, конвертація в інший формат даних.

При створенні реалістичних картинок чималу частину часу займають розміщення та управління джерелами світла. Джерела світла поділяються на глобальне та місцеве освітлення. Глобальне освітлення, своєю чергою, складається з розсіяного світла, спалаху, сонячного освітлення, світла неба. А для сонця, поряд з яскравістю та кольором, встановлюється кут азимуту та кут над горизонтом. Дані кути можуть автоматично обчислюватися за вказаним географічним положенням об'єкта (у будь-якій вказаній на карті світу точці земної кулі), а також за датою та часом розгляду об'єкта. Світло піднебіння залежить від хмарності, якості (непрозорості) повітря і навіть від відображення від землі.

Місцеві джерела світла можуть бути п'яти видів: віддалений, точковий, конічний, поверхневий, отвір для неба. Кожне джерело може мати такі властивості: колір, сила світла, інтенсивність, роздільна здатність, тінь, ослаблення на певній відстані, кут конуса і т.д.

Джерела світла можуть допомогти у визначенні неосвітлених ділянок об'єкта, де необхідно ставити додаткове освітлення.

Для перегляду елементів проекту з певного ракурсу та довільного руху виду по всьому файлу використовуються камери. За допомогою клавіш керування клавіатури та мишки можна задати дев'ять типів руху камери: політ, поворот, зниження, ковзання, обхід, обертання, плавання, переміщення на візку, нахил. По чотири різних типурухи можна підключити на клавіатуру та мишу (перемикаються режими утримуванням клавіш Shift, Ctrl, Shift + Ctrl).

Камери дають можливість оглянути об'єкт з різних ракурсів та заглянути всередину. Варіюючи параметри камери (фокусна відстань, кут об'єктива) можна змінювати перспективу виду.

Для створення більш реалістичних зображень передбачена можливість підключення фонового малюнка, наприклад, фотографія існуючого ландшафту .