Що таке 3Д графыка

Що таке 3D-графіка

Тривимірна графіка призначена для імітації фотографування або відеозйомки тривимірних образів об'єктів, які можуть бути попередньо підготовлені у пам'яті комп'ютера.

При використанні засобів тривимірної графіки синтез зображень виконується за алгоритмом, що містить:

• попередня підготовка;
• створення геометричної моделі сцени;
• налаштування освітлення та знімальних камер;
• підготовка та призначення матеріалів;
• візуалізація сцени.

Перші чотири пункти є підготовчими, а останній власне формує зображення.

Попередня підготовка. На цьому етапі складається вміст сцени. Треба передбачити всі об'єкти та їх деталі, тому бажано мати намальований ескіз.

Створення геометричної моделі сцени. Будуються тривимірні геометричні моделі об'єктів, що мають ширину, довжину та висоту. Об'єкти розташовуються у тривимірному просторі, причому їх можна вкладати у середину інших об'єктів. Набір інструментів по створенню геометричних моделей називається геометричним конструктором сцен. Після створення геометричної моделі, сцену можна розглядати з любого ракурсу.

Робота над  композицією: світло та камери. Відбувається налаштування моделей джерел освітлення та розставляння знімальних камер. Правильний підбір джерел освітлення дозволяє виконати імітацію фотографування сцени в будь-яких умовах освітлення. Освітлення всіх об'єктів, їхні тіні та відблиски світла розраховуються програмою автоматично. Моделі знімальних камер надають можливості розглядати тривимірну сцену та виконувати її зйомку під будь-яким кутом зору.

Підготовка та призначення матеріалів. Виконується робота, що забезпечує візуальну правдивість сцени та наближує якість зображення до реальної фотографії. В наш час є великі можливості по створенню нових матеріалів або вибору готових матеріалів із бібліотек, що розповсюджуються на CD дисках або Internet.

Працюючи з матеріалами, можна налаштовувати їх властивості, зокрема, силу відблискування, прозорість, самовипромінювання, дзеркальність, рельєфність. У склад матеріалів можна вміщувати фотографії реальних об'єктів навколишнього світу. Окрім того, фотографії можна використовувати у якості фону сцени.

Візуалізація сцени, тобто формування сцени, яке займає досить довгий час, що залежить від складності сцени та швидкодії комп'ютера.

На етапі візуалізації програма розраховує та наносить на зображення всі тіні, бліки, взаємне відбивання об'єктів. Для підвищення достовірності зображення можна створити імітацію природних явищ (димка, туман, полум'я).

Вигаданий світ, створений таким чином, називається віртуальним, тобто потенційно можливим. На питання, чи не простіше сфотографувати реальну сцену, можна відповісти, що є випадки, коли використання тривимірної графіки є єдиним можливим засобом рішення.

Застосування 3D-графіки

Комп’ютерне проектування

Ви хочете уявити, як буде виглядати на стінах Вашої кімнати ті чи інші шпалери при денному освітленні та увечері, коли увімкнута люста чи при іншому джерелі світла? А може, Ви хочете уявити, як буде виглядати Ваша квартира або офіс після розстановки нових меблів? 3D графіка допоможе Вам порівняно швидко та без зайвих витрат вирішувати такі завдання, що відносяться до області проектування інтер’єрів.

3D графіка допоможе у випадках, коли потребується вбудувати уявлювану сцену у зображення реального світу. Така ситуація типова для задач архітектурного проектування. Одна справа – роздивлятися креслення майбутньої будівлі на папері ватмана (це задача для спеціалістів), та зовсім інше – бачити тривимірний образ цієї будівлі на фоні реальної місцевості з урахуванням денного освітлення або електричного освітлення та тіней. У даному разі 3D графіка позбавляє необхідності створення макета та забезпечує можливості синтезу зображення сцени для будь-яких погодних умов та під будь-яким кутом зору.

Можна уявити й іншу ситуацію: не уявний об’єкт вбудовується в реальний фон, а навпаки, зображення реального об’єкта вбудовується в тривимірну сцену як її складова частина. Такий спосіб застосування 3D графіки потрібен, наприклад, для створення віртуальних виставочних центрів або галерей, на стінах яких розміщені реальні картини. “Йдучи” по таким залам, Ви зможете наблизитися до кожної картини та роздивитися її.

До області автоматизованого проектування (Computer Aided Design – CAD) відносяться також застосування 3D графіки в цілях синтезу зовнішнього вигляду складних деталей, що виготовляються методом штампування, візуального втілення проектуємих автомобілів, літаків тощо. Створення тривимірних образів деталей та конструкці – хоч і нелегка в цілому, все ж меньш трудомістка задача, ніж виготовлення повнорозмірних макетів таких об’єктів. 

Комп’ютерні ігри

Звичайно, комп’ютерні ігри – одна з найбільш широких областей застосування 3D графіки. Якщо Ви витратили багато сил на створення віртуального світу, то чому б не заселити його віртуальними тривимірними персонажами? По мірі вдосконалення програмних засобів моделювання тривимірної графіки, збільшення ресурсів пам’яті комп’ютерні віртуальні тривимірні світи, в яких діють персонажі комп’ютерних ігор, стають все більш складними та схожими на реальну дійсність.

Комбінована зйомка

Тривимірна графіка допомагає й там, де виконання реальної фотозйомки неможливо або потребує значних матеріальних витрат, а також дозволяє синтезувати зображення подій, які не зустрічаються у повсякденному житті.

Наприклад, з допомогою 3D графіки можна “зазирнути” у працюючий двигун автомобіля, відтворити науково-фантастичний сюжет з далекого минулого Землі або її майбутнього, а можна зобразити зовсім неіснуючі світи.

Віртуальні об’єкти не мають таких фізичних характеристик, як вага або жорсткість, тому засобами 3D графіки легко змусити слона літати.

Комп’ютерна мультиплікація

Головні аргументи на користь 3D графіки з’являються тоді, коли мова заходить не за синтез окремого фотореалістичного зображення тривимірної сцени, а за створення комп’ютерної мультиплікації.

Ті, хто хоча б трохи знайомий з технологією створення мультиплікаційного, або, як його ще називають, анімаційного кіно, знають, яких зусиль коштує елементарний рух на екрані. Кожний елемнтарний рух розбивається на цілий ряд проміжних стадій, які зображуютья у вигляді окремих кадрів. Далі ці кадри знімаються на кіно- або відеоплівку та відтворюється на екрані один за одним, створюючи ілюзію руху. При типовій швидкості відтворення 30 кадрів на секунду для мультика, що іде протягом 10 секунд, потрібно намалювати 300 кадрів!

Програми для роботи з 3D графікою дозволяють значно спростити роботу над подібними мультиплікаційними відеофрагментами за рахунок використання методів анімації тривимірних сцен.

Областями для використання 3D графіки для створення комп’ютерної мультиплікації є телевізійна реклама, кінозйомка з включенням анімаційних ефектів (прикладами можуть слугувати фільми “Володар кілець”, “Парк юрського періоду” тощо), підготовка відеороліків, створення відеотренажерів для навчання пілотів або водіїв тощо.

Недоліки 3D-графіки

• підвищені вимоги до апаратної частини комп’ютера, в тому числі до об’єму оперативної пам’яті, наявності вільного місця на жорсткому дискові та швидкодії процесора;
• необхідність великої підготовчої роботи зі створення моделей усіх об’єктів сцени, котрі можуть попасти у поле зору знімальної камери, та присвоєння їм матеріалів. Але ця робота звичайно окупається отриманим результатом;
• меньша, ніж при використанні двовимірної графіки, свобода у формуванні зображення. Мається на увазі, що малюючи картину пензлем на папері або засобами двовимірної графіки на екрані, Ви маєте можливість цілком вільно змінювати будь-які пропорції об’єктів, порушувати правила перспективи тощо, якщо це необхідно для втілення ідеї. У 3D графіці це також можливо, але потребує додаткових зусиль;
• необхідність контроля над взаємним розміщенням об’єктів у складі сцен, особливо при виконанні анімації;
• необхідність прийняття додаткових заходів, що звичайно застосовується на етапі вторинної обробки синтезованих зображень, щоб надати їй реалістичнішого вигляду. Результати візуалізації сцен засобами тривимірної графіки виглядає занадто ідеально правильними, а тому недостатньо реалістичними. У зв’язку з цим до складу програм тривимірної графіки входить цілий ряд фільтрів, що дозволяють імітувати такі ефекти, як кінцева глибина різкості зображення, імітація ефекту фотоплівки тощо.

Редактори 3D-графіки

Найвідомішими редакторами 3D графіки є:

3D Studio Max (виробник Discreet). Мабуть найвідоміший та потужніший з усіх 3D-редакторів. Дозволяє робити як статичні зображення так і тривимірну анімацію. Окрім власних засобів моделювання, має інтерфейс для підключення додаткових модулів від сторонніх фірм. Ці модулі постійно з’являються на ринку. Отже можливості програми легко розширюються. 3DS max є лідером на ринку 3-вимірної графіки для PC, та має відповідну ціну.

LightWave 3D (виробник NewTek). Потужний пакет тривимірного моделювання та анімації. Має величезний вибір інструментів.

Maya. Продукт нового покоління систем комп’ютерної графіки для створення візуальних ефектів та реалістичної 3D-анімації цифрових персонажів. Має потужні інструменти для створення ефектів для кіно- та відеопродукції, рекламних роліків, комп’ютерних та відеоігор тощо.