3D компьютерная графика
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2017 г. ) |
| Трехмерный (3D) компьютерная графика |
|---|
 |
| Основы |
| Основное использование |
| Связанные темы |
3D компьютерная графика , иногда называемая CGI , 3-D-CGI или трехмерная компьютерная графика , представляет собой графику, в которой используется трехмерное представление геометрических данных (часто декартовых ), которые хранятся в компьютере для целей выполнения вычислений и рендеринга. цифровые изображения , обычно 2D-изображения , но иногда и 3D-изображения . Полученные изображения могут быть сохранены для последующего просмотра (возможно, в виде анимации ) или отображены в реальном времени .
3-D компьютерная графика, вопреки названию, чаще всего отображается на двухмерных дисплеях. В отличие от 3-D фильма и подобных техник, результат получается двухмерным, без визуальной глубины . Чаще всего трехмерная графика отображается на трехмерных дисплеях , например, в виртуальной реальности системах .
Трехмерная графика отличается от двухмерной компьютерной графики , в которой обычно используются совершенно другие методы и форматы для создания и рендеринга.
3-D компьютерная графика опирается на многие из тех же алгоритмов, что и 2-D компьютерная векторная графика в каркасной модели и 2-D компьютерная растровая графика в окончательном визуализированном отображении. В программном обеспечении компьютерной графики 2D-приложения могут использовать 3D-методы для достижения таких эффектов, как освещение , и аналогичным образом 3D-приложения могут использовать некоторые методы 2D-рендеринга.
Объекты трехмерной компьютерной графики часто называют трехмерными моделями . В отличие от визуализированного изображения, данные модели содержатся в файле графических данных. Трехмерная модель — это математическое представление любого трехмерного объекта; Технически модель не является графикой , пока она не отображается. Модель может отображаться визуально в виде двухмерного изображения с помощью процесса, называемого 3D-рендерингом , или ее можно использовать в неграфическом компьютерном моделировании и расчетах. С помощью 3D-печати модели преобразуются в фактическое трехмерное физическое представление самих себя с некоторыми ограничениями относительно того, насколько точно физическая модель может соответствовать виртуальной модели. [1]
История [ править ]
Уильяму Феттеру приписывают введение термина компьютерная графика в 1961 году. [2] [3] описать свою работу в Boeing . Ранний пример интерактивной трехмерной компьютерной графики был исследован в 1963 году с помощью программы Sketchpad в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института . [4] Одним из первых проявлений компьютерной анимации был «Мир будущего» (1976), который включал анимацию человеческого лица и руки, первоначально появившуюся в экспериментальном короткометражном фильме 1971 года «Компьютерная анимированная рука» , созданном Университета Юты студентами Эдвином Кэтмаллом и Фредом Парком. . [5]
Программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики начало появляться для домашних компьютеров в конце 1970-х годов. Самый ранний известный пример — 3D Art Graphics , набор эффектов трёхмерной компьютерной графики, написанный Кадзумаса Митадзавой и выпущенный в июне 1978 года для Apple II . [6] [7]
Обзор [ править ]
Рабочий процесс создания трехмерной компьютерной графики делится на три основных этапа:
- 3-D моделирование – процесс формирования компьютерной модели формы объекта.
- Макет и CGI-анимация — размещение и перемещение объектов (моделей, источников света и т. д.) внутри сцены.
- 3-D рендеринг — компьютерные расчеты, которые на основе размещения света, типов поверхности и других качеств генерируют (растрируют) изображение.
Моделирование [ править ]
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, сканированные в компьютер из объектов реального мира (полигональное моделирование, патч-моделирование и NURBS-моделирование). некоторые популярные инструменты, используемые при 3D-моделировании). Модели также можно создавать процедурно или посредством физического моделирования . По сути, трехмерная модель формируется из точек, называемых вершинами, которые определяют форму и образуют многоугольники . Многоугольник – это область, образованная как минимум тремя вершинами (треугольник). Многоугольник из n точек является n-угольником. [8] От структуры полигонов зависит общая целостность модели и ее пригодность для использования в анимации.
Макет и анимация [ править ]
Перед рендерингом в изображение объекты необходимо разместить в 3D-сцене . Это определяет пространственные отношения между объектами, включая местоположение и размер . Анимация относится к временному описанию объекта (т. е. того, как он движется и деформируется с течением времени. Популярные методы включают использование ключевых кадров , инверсную кинематику и захват движения ). Эти методы часто используются в сочетании. Как и в случае с анимацией, физическое моделирование также определяет движение.
Материалы и текстуры [ править ]
Материалы и текстуры — это свойства, которые механизм рендеринга использует для рендеринга модели. Можно передать материалы модели, чтобы сообщить движку рендеринга, как обрабатывать свет, когда он падает на поверхность. Текстуры используются для придания цвета материалу с помощью карты цвета или альбедо или для придания характеристик поверхности с помощью карты рельефа или карты нормалей . Его также можно использовать для деформации самой модели с помощью карты смещения .
Рендеринг [ править ]
Рендеринг преобразует модель в изображение либо путем имитации переноса света для получения фотореалистичных изображений, либо путем применения художественного стиля, как при нефотореалистичном рендеринге . Двумя основными операциями реалистичного рендеринга являются транспортировка (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 форму, подходящую для рендеринга, также включает в себя 3-D проекцию , которая отображает трехмерное изображение в двух измерениях. для трехмерного моделирования и САПР Хотя программное обеспечение также может выполнять трехмерную визуализацию (например, Autodesk 3ds Max или Blender ), также существует эксклюзивное программное обеспечение для трехмерной визуализации (например, Octane Rendering Engine от OTOY , Redshift от Maxon).
- Примеры 3D-рендеринга
3-D модель Dunkerque линкора класса , визуализированная с плоской штриховкой.
На этапе трехмерного рендеринга количество отражений, которые могут принимать «лучи света», а также различные другие атрибуты можно настроить для достижения желаемого визуального эффекта. Рендеринг с использованием Cobalt .
3-D визуализация пентхауса
Программное обеспечение [ править ]
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 [ править ]
Существует множество разновидностей файлов, поддерживающих трехмерную графику, например файлы Wavefront .obj и файлы .x DirectX. Каждый тип файла обычно имеет свою собственную уникальную структуру данных.
Доступ к каждому формату файла можно получить через соответствующие приложения, такие как файлы DirectX и Quake . Кроме того, доступ к файлам можно получить через сторонние автономные программы или посредством декомпиляции вручную.
Моделирование [ править ]
Программное обеспечение для 3D-моделирования — это класс программного обеспечения для 3D-компьютерной графики, используемого для создания 3D-моделей. Отдельные программы этого класса называются приложениями моделирования или моделлерами.
Трехмерное моделирование начинается с описания трех моделей отображения: точек рисования, линий рисования и рисования треугольников и других многоугольных участков. [9]
Разработчики 3D-моделирования позволяют пользователям создавать и изменять модели с помощью 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 вид можно увеличивать и уменьшать.
Разработчики 3D-моделирования могут экспортировать свои модели в файлы , которые затем можно импортировать в другие приложения, если метаданные совместимы. Многие разработчики моделей позволяют импортеры и экспортеры подключать , чтобы они могли читать и записывать данные в собственных форматах других приложений.
Большинство программ 3D-моделирования содержат ряд связанных функций, таких как трассировщики лучей и другие альтернативы рендеринга, а также средства наложения текстур . Некоторые из них также содержат функции, которые поддерживают или позволяют анимировать модели. Некоторые из них могут создавать полноценные видеоролики из серии визуализированных сцен (т. е. анимацию ).
Компьютерное проектирование (САПР) [ править ]
Программное обеспечение для автоматизированного проектирования может использовать те же фундаментальные методы трехмерного моделирования, что и программное обеспечение для трехмерного моделирования, но их цель различна. Они используются в автоматизированном проектировании , автоматизированном производстве , анализе конечных элементов , управлении жизненным циклом продукции , 3D-печати и компьютерном архитектурном проектировании .
Дополнительные инструменты [ править ]
После создания видео студии затем монтируют или компонуют 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 живого видео с компьютерным видео, обеспечивая их синхронизацию при движении камеры.
Использование движков компьютерной графики реального времени для создания кинематографической продукции называется машинимой . [10]
Другие типы 3D-внешности [ править ]
|
Фотореалистичная 2D-графика [ править ]
Не вся компьютерная графика, которая выглядит как 3D, основана на каркасной модели . 2D-компьютерная графика с 3D- фотореалистичными эффектами часто достигается без каркасного моделирования и иногда неотличима в окончательном виде. Некоторые программы для графической графики включают фильтры, которые можно применять к векторной 2D-графике или растровой 2D-графике на прозрачных слоях. Художники-визуалы также могут копировать или визуализировать 3D-эффекты и вручную создавать фотореалистичные эффекты без использования фильтров.
2.5D [ править ]
В некоторых видеоиграх используется 2,5D- графика, включающая ограниченные проекции трехмерной среды, такие как изометрическая графика или виртуальные камеры с фиксированными углами , либо как способ повышения производительности игрового движка , либо из стилистических и игровых соображений. Напротив, игры, использующие компьютерную 3D-графику без таких ограничений, считаются [ кем? ] использовать настоящее 3D.
См. также [ править ]
- Глоссарий компьютерной графики
- Сравнение программного обеспечения для компьютерной 3D-графики
- Графический процессор (GPU)
- Устройства графического вывода
- Список программного обеспечения для 3D-компьютерной графики
- Список программного обеспечения для 3D-моделирования
- Список программного обеспечения для 3D-рендеринга
- Компьютерная графика в реальном времени
- Отражение (компьютерная графика)
- Рендеринг (компьютерная графика)
Области использования
- Сбор 3D-данных и реконструкция объектов
- 3D-контроллер движения
- 3D-проекция на 2D-плоскостях
- 3D реконструкция
- 3D-реконструкция из нескольких изображений
- Анаглиф 3D
- Цел-шейдинг
- Компьютерная анимация
- Компьютерное зрение
- Цифровая геометрия
- Цифровая обработка изображений
- Инструмент разработки игр
- Игровой движок
- Геометрические конвейеры
- Обработка геометрии
- Графика
- Изометрическая графика в видеоиграх и пиксельной графике
- Редактор уровней
- Список стереоскопических видеоигр
- Медицинская анимация
- Рендеринг-ферма
- СИГГРАФ
- Стереоскопия
- Хронология компьютерной анимации в кино и на телевидении
- Графика видеоигр
Ссылки [ править ]
- ^ «3D компьютерная графика» . ScienceDaily . Проверено 19 января 2019 г.
- ^ «Историческая хронология компьютерной графики и анимации» . Архивировано из оригинала 10 марта 2008 г. Проверено 22 июля 2009 г.
- ^ «Компьютерная графика» . Изучение истории компьютеров . 5 декабря 2004 г.
- ^ Демо-версия альбома Ивана Сазерленда, 1963 г. , получено 25 апреля 2023 г.
- ^ основателя Pixar, созданная в штате Юта, « Рука добавлена в Национальный реестр фильмов» . Солт-Лейк-Трибьюн . 28 декабря 2011 года . Проверено 8 января 2012 г.
- ^ «Жестокое программное обеспечение Deluxe» . www.brutaldeluxe.fr .
- ^ «Извлечение японских программ Apple II» . Проекты и статьи . neoncluster.com. Архивировано из оригинала 5 октября 2016 г.
- ^ Симмонс, Брюс. «н-гон» . Математические слова . Архивировано из оригинала 15 декабря 2018 г. Проверено 30 ноября 2018 г.
- ^ Басс, Сэмюэл Р. (19 мая 2003 г.). 3D компьютерная графика: математическое введение в OpenGL . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-139-44038-7 .
- ^ «Машинима» . Интернет-архив . Проверено 12 июля 2020 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Критическая история компьютерной графики и анимации ( копия Wayback Machine )
- Как все работает — 3D-графика
- «История компьютерной графики» Серия статей (копия Wayback Machine)
- Как работает 3D . Объясняет 3D-моделирование освещенной рукописи.
анимации Темы |
|---|
для 3D-компьютерной графики Программное обеспечение |
|---|
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
