РЕФЕРАТ
Основные
требования к 3D построению пространственных объектов
Содержание
1.
Трёхмерная
графика.......................................................................3
2. Применение трёхмерной графики………….…………………...…3
3.
Создание трёхмерной
графики……………………………….……4
4. Программное обеспечение……..…………………………………..8
Список
использованной литературы…………………………….……9
1. Трёхмерная графика
Трёхмерная графика
— раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или
видео путём моделирования объёмных объектов в трёхмерном пространстве.
3D-моделирование —
это процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования —
разработать визуальный объёмный образ желаемого объекта. При этом модель может,
как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган,
астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
2. Применение трёхмерной графики
Трёхмерная
графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа
печатной продукции в науке и промышленности, например, в системах автоматизации
проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей
машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая
«виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации.
Самое
широкое применение — во многих современных компьютерных играх, а также как
элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции. Трёхмерная графика
обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое
отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В
настоящее время известно несколько способов отображения трёхмерной информации в
объемном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики
весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно
отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать
трёхмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к
серийному производству трёхмерные дисплеи. Но, чтобы насладиться объёмной картинкой,
зрителю необходимо расположиться строго по центру.
3. Создание трёхмерной графики
Для
получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
1)
моделирование — создание трёхмерной математической модели
сцены и объектов в ней;
2)
текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или
процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов —
прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);
3)
освещение — установка и настройка источников света;
4)
анимация (в некоторых случаях) — придание движения
объектам;
5)
динамическая
симуляция (в некоторых
случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и
пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг
с другом;
6)
рендеринг (визуализация) — построение проекции в
соответствии с выбранной физической моделью;
7)
композитинг (компоновка) — доработка изображения;
8)
вывод
полученного изображения на устройство вывода — дисплей или специальный
принтер.
Рассмотрим
каждый шаг подробнее.
1.
Моделирование
(виртуального пространства моделирования) включает в себя несколько категорий
объектов:
1)
Геометрия
(построенная с помощью различных техник (напр., создание полигональной сетки)
модель, например, здание);
2)
Материалы
(информация о визуальных свойствах модели, например, цвет стен и отражающая/преломляющая
способность окон);
3)
Источники
света (настройки направления, мощности, спектра освещения);
4) Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения
проекции);
5) Силы и воздействия (настройки динамических
искажений объектов, применяется в основном в анимации);
6)
Дополнительные
эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя
и пр.)
Задача
трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с
помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему
изображению. Назначение материалов: для сенсора реальной фото-камеры материалы
объектов реального мира отличаются по признаку того, как они отражают, пропускают
и рассеивают свет; виртуальным материалам задается соответствие свойств
реальных материалов — прозрачность, отражения, рассеивания света, шероховатость,
рельеф и пр.
Наиболее
популярными пакетами сугубо для моделирования являются:
-
Pixologic
Zbrush;
-
Autodesk Mudbox, Autodesk 3D max;
-
Robert McNeel & Assoc. Rhinoceros 3D;
-
Google SketchUp;
-
Blender;
-
Компас (САПР).
Для
создания трёхмерной модели человека или существа может быть использован
прообраз (в большинстве случаев) Скульптура.
2.
Текстурирование
Текстурирование
подразумевает проецирование растровых или процедурных текстур на поверхности
трёхмерного объекта в соответствии с картой UV-координат, где каждой вершине
объекта ставится в соответствие определённая координата на двухмерном
пространстве текстуры.
Как
правило, многофункциональные редакторы UV-координат входят в состав
универсальных пакетов трёхмерной графики. Существуют также автономные и
подключаемые редакторы от независимых разработчиков, например, Unfold3D magic,
Deep UV, Unwrella и др.
3.
Освещение
Заключается
в создании, направлении и настройке виртуальных источников света. При этом в
виртуальном мире источники света могут иметь негативную интенсивность, отбирая
свет из зоны своего «отрицательного освещения». Как правило, пакеты 3D-графики
предоставляют следующие типы источников освещения:
1)
Omni light (Point light) — всенаправленный;
2)
Spot light —
конический (прожектор), источник расходящихся лучей;
3)
Directional light
— источник параллельных лучей;
4)
Area light (Plane light) — световой портал, излучающий свет из
плоскости;
5)
Photometric —
источники света, моделируемые по параметрам яркости свечения в физически измеримых
единицах, с заданной температурой накала.
Существуют
также другие типы источников света, отличающиеся по своему функциональному
назначению в разных программах трёхмерной графики и визуализации. Некоторые
пакеты предоставляют возможности создавать источники объемного свечения (Sphere
light) или объемного освещения (Volume light), в пределах строго заданного
объёма. Некоторые предоставляют возможность использовать геометрические объекты
произвольной формы. Специалисты советуют начинать с одного основного источника
света, а остальные добавлять постепенно - по одному, в зависимости от показаний
тестового рендера.
4.
Анимация
Одно из
главных призваний трёхмерной графики — придание движения (анимация) трёхмерной
модели, либо имитация движения среди трёхмерных объектов. Универсальные пакеты
трёхмерной графики обладают весьма богатыми возможностями по созданию анимации.
Существуют также узкоспециализированные программы, созданные сугубо для анимации
и обладающие очень ограниченным набором инструментов моделирования:
-
Autodesk
MotionBuilder
-
PMG Messiah
Studio
5.
Рендеринг
На этом
этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую
(растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность
таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено
матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами:
интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг
преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов.
Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется
создать иллюзию реальности.
Самый
простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с
помощью проекции. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию
материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих
объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).
Наиболее
популярными системами рендеринга являются:
PhotoRealistic
RenderMan (PRMan)
Mental ray
V-Ray
FinalRender
Brazil R/S
BusyRay
Turtle
Maxwell
Render
Fryrender
Indigo
Renderer
LuxRender
YafaRay
POV-Ray
4.
Программное обеспечение
3D-моделирование фотореалистичных изображений.
Программные
пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты
виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень
разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются
коммерческие продукты, такие, как:
Autodesk 3ds
Max
Autodesk Maya
Autodesk
Softimage
Blender
Cinema 4D
Houdini
Modo
LightWave 3D
Caligari Truespace
а также сравнительно новые Rhinoceros 3D,
Nevercenter Silo и ZBrush.
Среди
открытых продуктов, распространяемых свободно, числится пакет Blender
(позволяет создавать 3D-модели, анимацию, различные симуляции и др. c
последующим рендерингом), K-3D и Wings3D.
SketchUp
Бесплатная
программа SketchUp компании Google позволяет создавать модели, совместимые с
географическими ландшафтами ресурса Google Планета Земля, а также просматривать
в интерактивном режиме на компьютере пользователя несколько тысяч архитектурных
моделей, которые выложены на бесплатном постоянно пополняемом ресурсе Google
Cities in Development (выдающиеся здания мира), созданные сообществом
пользователей.
Blender — свободный, профессиональный пакет для создания
трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования,
анимации, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с
помощью «узлов» (Node Compositing), а также для создания интерактивных игр. В
настоящее время пользуется наибольшей популярностью среди бесплатных 3D редакторов
в связи с его быстрым и стабильным развитием, которому способствует
профессиональная команда разработчиков.
Список
использованной литературы
1.
Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и
анимация. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. — 640 с.
2.
Д. Херн, М. П. Бейкер. Компьютерная
графика и стандарт OpenGL. — 3-е изд. — М., 2005. — 1168 с.
3.
Э. Энджел. Интерактивная компьютерная
графика. Вводный курс на базе OpenGL. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2001. — 592 с.
4.
В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная
графика / Под ред. Г. М. Полищука. — М.: Радио и связь, 1995. — 224 с. — ISBN
5-256-01204-5.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.