3D компьютерная графика

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «3D компьютерная графика»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( апрель 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Трехмерная (3D) компьютерная графика
Основы
Моделирование Сканирование Рендеринг Печать
Основное использование
3D модели Системы автоматизированного проектирования Графический дизайн Видеоигры Визуальные эффекты Визуализация Виртуальная инженерия Виртуальная реальность Виртуальная кинематография
похожие темы
Компьютерные изображения (CGI) Анимация компьютер скелетный 3D-дисплей Каркасная модель Отображение текстуры Захвата движения Симуляция толпы Глобальное освещение Объемный рендеринг
v т е

3D компьютерная графика , иногда называемая CGI , 3DCG или трехмерной компьютерной графикой (в отличие от компьютерной 2D-графики ), представляет собой графику, которая использует трехмерное представление геометрических данных (часто декартово ), которые хранятся в компьютере для целей выполнение расчетов и рендеринг 2D изображений . Полученные изображения могут быть сохранены для просмотра позже (возможно, как анимация ) или отображаться в реальном времени . В отличие от 3D-пленки и аналогичных техник, результат получается двухмерным, без иллюзии твердости.

3D компьютерная графика опирается на многие из тех же алгоритмов, что и компьютерная векторная графика 2D в каркасной модели и 2D компьютерная растровая графика в окончательном визуализированном отображении. В программном обеспечении для компьютерной графики 2D-приложения могут использовать 3D-методы для достижения таких эффектов, как освещение , и аналогично 3D может использовать некоторые методы 2D-рендеринга.

Объекты в компьютерной 3D-графике часто называют 3D-моделями . В отличие от визуализированного изображения данные модели содержатся в файле графических данных. 3D-модель - это математическое представление любого трехмерного объекта; технически модель не является графикой, пока она не отображается. Модель может отображаться визуально как двухмерное изображение с помощью процесса, называемого 3D-рендерингом , или ее можно использовать в неграфическом компьютерном моделировании и расчетах. С помощью 3D-печати модели преобразуются в реальное физическое 3D-представление самих себя с некоторыми ограничениями относительно того, насколько точно физическая модель может соответствовать виртуальной модели.^[1]

История

Уильяму Феттеру приписывают введение термина « компьютерная графика» в 1961 году ^{[2] [3]} для описания своей работы в Boeing . Одним из первых показов компьютерной анимации был Futureworld (1976), который включал в себя анимацию человеческого лица и руки, первоначально появившуюся в экспериментальном короткометражном фильме 1971 года A Computer Animated Hand , созданном студентами Университета Юты Эдвином Катмаллом и Фредом Парком. . ^[4]

Программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики стало появляться для домашних компьютеров в конце 1970-х годов. Самый ранний известный пример - 3D Art Graphics , набор эффектов 3D компьютерной графики, написанный Казумасой Митазава и выпущенный в июне 1978 года для Apple II . ^{[5] [6]}

Обзор

Рабочий процесс создания трехмерной компьютерной графики делится на три основных этапа:

1. 3D моделирование - процесс формирования компьютерной модели формы объекта.
2. Макет и анимация - размещение и перемещение объектов (моделей, источников света и т. Д.) Внутри сцены.
3. 3D-рендеринг - компьютерные расчеты, которые на основе расположения источников света, типов поверхностей и других качеств создают (растрируют сцену в) изображение.

Моделирование

Модель описывает процесс формирования формы объекта. Двумя наиболее распространенными источниками 3D-моделей являются те, которые художник или инженер создает на компьютере с помощью какого-либо инструмента 3D-моделирования , и модели, отсканированные в компьютер из реальных объектов (многоугольное моделирование, патч-моделирование и NURBS-моделирование являются одними из самых популярных. инструменты, используемые в 3d моделировании). Модели также можно создавать процедурно или с помощью физического моделирования . По сути, 3D-модель формируется из точек, называемых вершинами, которые определяют форму и образуют многоугольники . Многоугольник - это область, образованная как минимум из трех вершин (треугольник). Многоугольник из n точек - это n-угольник. ^[7] Общая целостность модели и ее пригодность для использования в анимации зависят от структуры полигонов.

Верстка и анимация

Перед рендерингом в изображение объекты должны быть размещены в сцене . Это определяет пространственные отношения между объектами, включая расположение и размер . Анимация относится к временному описанию объекта (т. Е. Того , как он перемещается и деформируется с течением времени. Популярные методы включают создание ключевых кадров , обратную кинематику и захват движения ). Эти методы часто используются в сочетании. Как и в случае с анимацией, физическое моделирование также определяет движение.

Материалы и текстуры

Материалы и текстуры - это свойства, которые механизм рендеринга использует для рендеринга модели. Можно дать модели материалы, чтобы указать механизму рендеринга, как обрабатывать свет, когда он падает на поверхность. Текстуры используются для придания материала цвету с помощью карты цвета или альбедо или для придания свойств поверхности с помощью карты рельефа или карты нормалей . Его также можно использовать для деформации самой модели с помощью карты смещения .

Рендеринг

Рендеринг преобразует модель в изображение либо путем имитации переноса света для получения фотореалистичных изображений, либо путем применения художественного стиля, как при нефотореалистичном рендеринге . Две основные операции в реалистичном рендеринге - это перенос (сколько света попадает из одного места в другое) и рассеяние (как поверхности взаимодействуют со светом). Этот шаг обычно выполняется с использованием программного обеспечения для трехмерной компьютерной графики или API трехмерной графики . Преобразование сцены в подходящую форму для рендеринга также включает в себя 3D-проекцию , которая отображает трехмерное изображение в двух измерениях. Хотя программное обеспечение 3D-моделирования и САПР также может выполнять 3D-рендеринг (например,Autodesk 3ds Max или Blender ), также существует эксклюзивное программное обеспечение для 3D-рендеринга (например, Octane Rendering Engine OTOY , Redshift Maxon)

• Примеры 3D-рендеринга
• 3D - рендеринга с трассировкой лучей и окружающей окклюзии с помощью Blender и YafaRay

• 3D-модель линкора класса Dunkerque с плоской штриховкой.

• На этапе 3D-рендеринга количество отражений, которые могут принимать «световые лучи», а также различные другие атрибуты можно настроить для достижения желаемого визуального эффекта. Выполнено с использованием кобальта .

Программное обеспечение

Программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики создает компьютерные изображения (CGI) посредством трехмерного моделирования и трехмерного рендеринга или создает трехмерные модели для аналитических, научных и промышленных целей.

Форматы файлов

Существует множество разновидностей файлов, поддерживающих трехмерную графику, например, файлы Wavefront .obj и файлы .x DirectX. Каждый тип файла обычно имеет свою уникальную структуру данных.

К каждому формату файлов можно получить доступ через соответствующие приложения, такие как файлы DirectX и Quake . Кроме того, к файлам можно получить доступ через автономные программы сторонних производителей или через ручную декомпиляцию.

Моделирование

Программное обеспечение для 3D-моделирования - это класс программного обеспечения для компьютерной 3D-графики, используемого для создания 3D-моделей. Отдельные программы этого класса называются приложениями для моделирования или разработчиками моделей.

Разработчики 3D-моделей позволяют пользователям создавать и изменять модели с помощью своей 3D- сетки . Пользователи могут добавлять, вычитать, растягивать и иным образом изменять сетку по своему желанию. Модели можно рассматривать под разными углами, обычно одновременно. Модели можно вращать, а также увеличивать и уменьшать масштаб изображения.

Разработчики 3D-моделей могут экспортировать свои модели в файлы , которые затем можно импортировать в другие приложения, если метаданные совместимы. Многие модельеры позволяют импортерам и экспортеры , чтобы быть подключены в , так что они могут читать и записывать данные в форматах других приложений.

Большинство разработчиков 3D-моделей содержат ряд связанных функций, таких как трассировщики лучей и другие альтернативы рендеринга и средства наложения текстур . Некоторые также содержат функции, которые поддерживают или разрешают анимацию моделей. Некоторые из них могут создавать видео с полным движением из серии визуализированных сцен (например, анимацию ).

Компьютерное проектирование (САПР)

Программное обеспечение для автоматизированного проектирования может использовать те же фундаментальные методы трехмерного моделирования, что и программное обеспечение для трехмерного моделирования, но их цель отличается. Они используются в автоматизированном проектировании , автоматизированном производстве , анализе методом конечных элементов , управлении жизненным циклом продукта , 3D-печати и автоматизированном архитектурном проектировании .

Дополнительные инструменты

После создания видео студии затем редактируют или объединяют видео с помощью таких программ, как Adobe Premiere Pro или Final Cut Pro на среднем уровне или Autodesk Combustion , Digital Fusion , Shake на высоком уровне. Программное обеспечение Match Moving обычно используется для сопоставления видео в реальном времени с видео, сгенерированным компьютером, синхронизируя их при движении камеры.

Использование движков компьютерной графики в реальном времени для создания кинематографической продукции называется машинимой . ^[8]

Отличия от других видов компьютерной графики

Отличие от фотореалистичной 2D-графики

Не вся компьютерная графика, которая кажется трехмерной, основана на каркасной модели . Двухмерная компьютерная графика с трехмерными фотореалистичными эффектами часто достигается без каркасного моделирования и иногда неотличима в окончательном виде. Некоторые графические программы включают фильтры, которые можно применять к 2D-векторной графике или 2D-растровой графике на прозрачных слоях. Визуальные художники также могут копировать или визуализировать 3D-эффекты и вручную визуализировать фотореалистичные эффекты без использования фильтров.

Псевдо 3D и истинное 3D

Некоторые видеоигры используют ограниченные проекции трехмерных сред, таких как изометрическая графика или виртуальные камеры с фиксированными углами , либо как способ повышения производительности игрового движка, либо из соображений стилистики и игрового процесса. Говорят, что в таких играх используется псевдотрехмерная графика. Напротив, игры, использующие трехмерную компьютерную графику без таких ограничений, как говорят, используют истинное трехмерное изображение .

Смотрите также

использованная литература

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы, связанные с компьютерной 3D-графикой .

Поищите компьютерную графику в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Критическая история компьютерной графики и анимации ( копия Wayback Machine )
• Как работает Stuff - 3D-графика
• Серия статей « История компьютерной графики » (копия Wayback Machine)
• Как работает 3D - объясняет 3D-моделирование для иллюминированной рукописи.