Где используется трехмерное компьютерное изображение

Обновлено: 01.07.2024

Трехмерная визуализация с фоновой окклюзией с использованием графики, созданной с помощью цифровых компьютеров и специализированного программного обеспечения для трехмерной графики. Как правило, этот термин также может относиться к процессу создания такой графики или к области изучения методов трехмерной компьютерной графики и связанных с ней технологий.

Трехмерная компьютерная графика отличается от двухмерной компьютерной графики тем, что трехмерное представление геометрических данных хранится в компьютере для целей выполнения расчетов и визуализации двухмерных изображений.

В целом искусство 3D-моделирования, при котором геометрические данные подготавливаются для компьютерной 3D-графики, сродни фотографии , а искусство 2D-графики аналогично рисованию. Однако трехмерная компьютерная графика основана на многих из них

Содержание

Архитектурная визуализация, наложение моделирования и освещения, завершенное процессом визуализации

روند ایجاد گرافیک کامپیوتری 3D را می توان به ترترتیب به سه مرحله اساسی تقسیم می شوند:

Моделирование
Настройка макета сцены
Визуализация

Моделирование [ ]

Этап моделирования можно описать как формирование отдельных объектов, которые позже используются в сцене. Существует ряд методов моделирования, включая, помимо прочего, следующие:

NURBS-моделирование
компоненты зеркального затенения — чаще называемые шероховатостью и блеском, характеристиками отражения, прозрачностью или непрозрачностью или индексом преломления), добавление текстур, карт рельефа и других функций.

Моделирование также может включать в себя различные действия, связанные с подготовкой 3D-модели к анимации (хотя в сложной модели персонажа это станет отдельной стадией, известной как риггинг). Объекты могут быть оснащены каркасом, центральной структурой объекта, способной влиять на форму или движения этого объекта. Это помогает в процессе анимации, поскольку движение скелета автоматически влияет на соответствующие части модели. См. также фонемы ) для синхронизации губ.

Моделирование можно выполнять с помощью специальной программы (например, Process [ ]

Настройка макета сцены [ ]

Настройка сцены включает размещение виртуальных объектов, источников света, камер и других объектов на сцене, которые впоследствии будут использоваться для создания неподвижного изображения или анимации. Если используется для тесселяции и сеток [ ]

Процесс преобразования представлений объектов, таких как представление среднего многоугольника сферы, называется тесселяцией. Этот шаг используется при рендеринге на основе полигонов, где объекты разбиваются на абстрактные представления («примитивы»), такие как сферы, квадраты), которые популярны, поскольку их легко визуализировать с помощью рендеринга [ ]

Визуализация — это заключительный процесс создания фактического 2D-изображения или анимации из подготовленной сцены. Это можно сравнить с фотографированием или съемкой сцены после того, как установка закончена в реальной жизни.

Визуализация для интерактивных медиа, таких как игры и симуляторы, рассчитывается и отображается в режиме реального времени с частотой приблизительно от 20 до 120 кадров в секунду. Анимации для неинтерактивных медиа, таких как видео и фильмы, рендерятся намного медленнее. Рендеринг не в реальном времени позволяет использовать ограниченную вычислительную мощность для получения более высокого качества изображения. Время рендеринга отдельных кадров может варьироваться от нескольких секунд до часа и более для сложных сцен. Визуализированные кадры сохраняются на жестком диске, а затем, возможно, переносятся на другие носители, такие как кинопленка или оптический диск. Затем эти кадры отображаются последовательно с высокой частотой кадров, обычно 24, 25 или 30 кадров в секунду, чтобы создать иллюзию движения.

Для этого существует два разных способа: трассировка лучей и полигональный рендеринг в реальном времени на основе графического процессора. Цели разные:

Пример изображения с трассировкой лучей, визуализация которого обычно занимает секунды или минуты. Фотореализм очевиден.

Целью трассировки лучей является фотореализм. Рендеринг часто занимает порядка секунд, а иногда даже дней (для одного изображения/кадра). Это основной метод, используемый в фильмах, цифровых медиа, художественных произведениях и т. д.;

Компьютерная версия Need for Speed: Porsche Unleashed / Porsche 2000 демонстрирует необходимость рендеринга в реальном времени, когда компьютер обрабатывает только ту информацию, которая может быть отображена за 1/30 секунды ( или даже меньше)

Программное обеспечение для визуализации может имитировать такие визуальные эффекты, как глубина резкости или размытость изображения при движении . Это попытки имитировать визуальные явления, возникающие в результате оптических характеристик камер и человеческого глаза. Эти эффекты могут придать сцене элемент реализма, даже если эффект представляет собой просто смоделированный артефакт камеры.

Технологии были разработаны для имитации других естественных эффектов, таких как взаимодействие света с различными формами материи. Примеры таких методов включают системы частиц (которые могут имитировать дождь, дым или огонь), каустику (для имитации фокусировки света неровными светопреломляющими поверхностями, такими как световая рябь на дне бассейна) и рендеринг фермы. для своевременного создания изображений. Однако снижение стоимости оборудования означает, что вполне возможно создавать небольшие объемы 3D-анимации на домашнем компьютере.

Часто средства рендеринга входят в состав программ для 3D-графики, но некоторые системы рендеринга используются в качестве подключаемых модулей к популярным 3D-приложениям. Эти системы рендеринга включают V-Ray и программное обеспечение для композитинга.

Проекция [ ]

Поскольку человеческий глаз видит три модели отражения и затенения [ ]

В преломлении света важной концепцией является File:Cel shading OGRE3D.jpg

Пример затенения cel в движке OGRE3D.

Популярные методы рендеринга отражений в компьютерной 3D-графике включают:

: метод, который затеняет каждый полигон объекта на основе «нормали» полигона, а также положения и интенсивности источника света. : Изобретенный Х. Гуро в 1971 году, быстрый и экономичный метод затенения вершин, используемый для имитации гладко затененных поверхностей. : метод имитации большого количества деталей поверхности путем наложения изображений (текстур) на многоугольники. : Изобретен Bui Tuong Phong, используется для имитации зеркальных бликов и гладких затененных поверхностей. : Изобретен Cel Shading : Техника, используемая для имитации внешнего вида рисованной анимации.

API 3D-графики [ ]

Кеса
Опенсценограф
Иррлихт
См. также [ ]

Эта статья посвящена процессу создания трехмерной компьютерной графики. Информацию об изучении компьютерной графики см. в разделе Компьютерная графика.

Трехмерная компьютерная графика (в отличие от двухмерной компьютерной графики) — это графика, в которой используется трехмерное представление геометрических данных (часто декартовых), хранящихся в компьютере для целей выполнения расчетов и визуализации двухмерных изображений. Такие изображения можно сохранять для последующего просмотра или отображать в режиме реального времени.

Несмотря на эти различия, компьютерная 3D-графика использует многие из тех же алгоритмов, что и 2D-векторная компьютерная графика в каркасной модели и 2D-компьютерная растровая графика в окончательном отображении. В программном обеспечении для компьютерной графики различие между 2D и 3D иногда стирается; 2D-приложения могут использовать 3D-методы для достижения таких эффектов, как освещение, а 3D-приложения могут использовать методы 2D-рендеринга.

Компьютерная 3D-графика часто называется 3D-моделями. Помимо визуализированной графики, модель содержится в файле графических данных. Однако есть различия. Трехмерная модель — это математическое представление любого трехмерного объекта. Модель технически не является графикой, пока она не отображается. Благодаря 3D-печати 3D-модели не ограничены виртуальным пространством. Модель можно отобразить визуально в виде двухмерного изображения с помощью процесса, называемого трехмерной визуализацией, или использовать в неграфических компьютерных симуляциях и расчетах.

Содержание

История

Уильяму Феттеру приписывают введение термина компьютерная графика в 1961 году [ 1 ] [ 2 ] для описания его работы в Boeing. Одним из первых проявлений компьютерной анимации был фильм Futureworld (1976 г.), который включал в себя анимацию человеческого лица и руки, созданную Эдом Кэтмаллом и Фредом Парком из Университета штата Юта.

Обзор

Процесс создания компьютерной 3D-графики можно последовательно разделить на три основных этапа: 3D-моделирование, описывающее процесс формирования формы объекта, компоновку и анимацию, описывающую движение и размещение объектов в сцене и 3D-рендеринг, создающий изображение объекта.

Моделирование

Модель описывает процесс формирования формы объекта. Двумя наиболее распространенными источниками 3D-моделей являются модели, созданные на компьютере художником или инженером с помощью какого-либо инструмента 3D-моделирования, и сканированные в компьютер объекты реального мира. Модели также могут быть созданы процедурно или с помощью физического моделирования. В основном 3D-модель формируется из точек, обычно называемых «вершинами», которые определяют форму и формируют «многоугольники». «Многоугольник» — это область, образованная как минимум тремя вершинами, и в этом случае многоугольник носит название «треугольник».Когда многоугольник формируется из четырех точек «вершина», он называется «квадрат», а если из более чем четырех, он называется «n-угольник». Общая целостность модели и возможность использования в анимации зависят от структуры полигонов, где необязательный полигон является «квадратным».

Макет и анимация

Перед визуализацией объектов они должны быть размещены (компонованы) в сцене. Это то, что определяет пространственные отношения между объектами в сцене, включая местоположение и размер. Анимация относится к временному описанию объекта, то есть тому, как он движется и деформируется во времени. Популярные методы включают создание ключевых кадров, инверсную кинематику и захват движения, хотя многие из этих методов используются в сочетании друг с другом. Как и в случае с моделированием, физическое моделирование — это еще один способ задания движения.

Визуализация

Визуализация преобразует модель в изображение либо путем имитации переноса света для получения фотореалистичных изображений, либо путем применения определенного стиля, как при нефотореалистичной визуализации. Две основные операции реалистичного рендеринга — это перенос (сколько света попадает из одного места в другое) и рассеивание (как поверхности взаимодействуют со светом). Этот шаг обычно выполняется с использованием программного обеспечения для компьютерной 3D-графики или API 3D-графики. Процесс преобразования сцены в форму, подходящую для рендеринга, также включает в себя 3D-проекцию, которая позволяет просматривать трехмерное изображение в двух измерениях.

В центре: 3D-модель линкора класса Dunkerque с плоской заливкой.

Справа: на этапе 3D-рендеринга количество отражений, которые могут принимать «световые лучи», а также различные другие атрибуты можно настроить для достижения желаемого визуального эффекта. Визуализировано с помощью Cobalt.

Сообщества

Существует множество веб-сайтов, предназначенных для обучения и поддержки художников, занимающихся 3D-графикой. Некоторыми из них управляют разработчики программного обеспечения и поставщики контента, но есть и отдельные сайты. Эти сообщества позволяют участникам обращаться за советом, публиковать учебные пособия, оставлять обзоры продуктов или публиковать примеры своей работы.

Отличие от фотореалистичной 2D-графики

Не вся компьютерная графика, отображаемая в 3D, основана на каркасной модели. Двухмерная компьютерная графика с трехмерными фотореалистичными эффектами часто достигается без каркасного моделирования и иногда неразличима в окончательной форме. Некоторое графическое программное обеспечение включает фильтры, которые можно применять к 2D-векторной или 2D-растровой графике на прозрачных слоях. Визуальные художники также могут копировать или визуализировать 3D-эффекты и вручную визуализировать фотореалистичные эффекты без использования фильтров. См. также натюрморт. [ необходима ссылка ]

См. также

Ссылки

Внешние ссылки

Аниматор (Список аниматоров) · Режиссер анимации · Анимационные студии · Симуляторы-биологи · Фестивали анимационных фильмов (международные/региональные)

Книга · Категория · Портал · WikiProject

Фонд Викимедиа . 2010 .

Посмотрите в других словарях:

Компьютерная графика: принципы и практика — 2-е издание на C … Википедия

Компьютерная графика (значения) — Компьютерная графика — это графика, созданная компьютерами, и, в более общем смысле, представление и обработка графических данных с помощью компьютера. Компьютерная графика может также означать: двухмерную компьютерную графику, применение компьютерной графики в… … Wikipedia

Освещение компьютерной графики — относится к моделированию света в компьютерной графике. Эта симуляция может быть чрезвычайно точной, как в случае с таким приложением, как Radiance, которое пытается отслеживать поток энергии света, взаимодействующего с материалами, используя излучение… … Википедия

Метафайл компьютерной графики — расширение имени файла .cgm Тип интернет-носителя image/cgm[1] Разработано ANSI, ISO/IEC, W3C Первоначальный выпуск 1 … Википедия

компьютерная графика — сущ. технология, связанная с созданием изображений, рисунков и т. д. на компьютере: см. также GRAPHIC (n. ) … English World Dictionary

Компьютерная графика. Эта статья посвящена графике, созданной с помощью компьютеров. Статью о научном изучении компьютерной графики см. в разделе Компьютерная графика (информатика) . Чтобы узнать о других значениях, см. Компьютерная графика (значения) . Скриншот Blender 2.45,… … Википедия

Компьютерная графика (информатика) — Эта статья о научной дисциплине компьютерной графики. Чтобы узнать о других значениях, см. Компьютерная графика (значения) .Современный рендер чайника из Юты, культовой модели компьютерной 3D-графики, созданной Мартином Ньюэллом в 1975 году. Компьютер… … Википедия

компьютерная графика — 1. графический компьютерный вывод, созданный на экране дисплея, плоттере или принтере. 2. изучение методов, используемых для производства такой продукции. [1970 75] * * * Использование компьютеров для создания визуальных изображений или изображений, полученных таким образом. Создание компьютера… … Универсалиум

Компьютерная графика (публикация). Область исследования см. в разделе Компьютерная графика. Компьютерная графика является публикацией ACM SIGGRAPH. Он публикует ежегодные материалы ежегодных конференций SIGGRAPH, а также множество статей на ежеквартальной основе. С 2003 года все… … Википедия

Существует огромное количество конкретных типов трехмерной (3D) компьютерной графики, которые используются в столь же большом количестве приложений. Самый простой тип 3D-графики используется для рендеринга отдельных сцен или изображений, иногда для рекламы или других средств массовой информации, а иногда исключительно для художественных целей. Более строго структурированная трехмерная графика часто используется в математических и научных визуализациях, в которых графика является результатом уравнений или скомпилированных данных, а не объектов, смоделированных дизайнерами. Усовершенствованное программное обеспечение для 3D можно использовать для создания анимации для кино, телевидения и других медиа. Другие типы 3D-графики включают игровую графику, которая часто представляет собой графику моделирования с ограниченным количеством полигонов, которая является результатом сложных алгоритмов, разработанных для имитации физики реального мира, или объемную медицинскую и инженерную графику, которая используется для виртуального исследования внутренней части трехмерного объекта. например, человеческое тело.

3D-графика может использоваться для улучшения игрового процесса.

Использование 3D-графики для визуализации неподвижной сцены используется во многих областях по разным причинам. Помимо художественных мотивов, некоторые программы для дизайна интерьера или архитектуры отображают неподвижные сцены с целью реалистичной визуализации. Маркетинговые компании часто используют 3D-проекты в кампаниях, потому что визуализируемые объекты являются динамическими и могут последовательно использоваться в 3D-программном обеспечении без необходимости повторных фотосессий. Веб-дизайнеры также иногда визуализируют элементы в 3D для более драматичного или реалистичного вида.

Трехмерную графику можно использовать для создания топографических карт.

Есть несколько способов использования 3D-графики, которые не создают узнаваемые объекты или сцены. В приложениях для математики и научной визуализации визуализируемая графика часто оказывается в 3D по необходимости, потому что наборы данных являются многомерными и не могут быть легко проанализированы на двумерном (2D) графике. Метеорологические и топографические данные также могут подпадать под эту категорию, хотя нередко часть этой информации сопоставляется с смоделированными изображениями Земли или визуализируется выдавленный рельеф из данных для создания реалистичного изображения.

Одно из самых распространенных применений 3D-графики в профессиональной сфере – анимация. Трехмерную анимацию можно использовать для кино, телевидения, веб-СМИ и обучения. Некоторая высококачественная 3D-анимация требует такого интенсивного оборудования и времени, что существуют компании, известные как фермы рендеринга, которые ничего не делают, кроме рендеринга 3D-изображений для аниматоров из других компаний, чтобы впоследствии их можно было объединить в полнофункциональную анимацию.

В видеоиграх используется 3D-графика, которая кажется похожей на 3D-анимацию, но на самом деле сильно отличается от нее. Игры, использующие графику в 3D, обычно должны использовать модели, занимающие как можно меньше памяти и отображаемые на экране как можно быстрее для достижения плавной частоты кадров, что прямо противоположно тому, как создается большинство 3D-анимаций. Однако в некоторых играх используются высококачественные 3D-анимации, которые предварительно визуализируются и воспроизводятся как видеоклипы. Видеоигры и трехмерная графика виртуальной реальности могут частично совпадать, главным образом потому, что трехмерная виртуальная среда в некоторых случаях может считаться такой же, как видеоигра, но без какой-либо описательной игровой логики, применяемой к действиям зрителя.

Одним из самых распространенных применений 3D-графики является медицинская визуализация. Графика используется для реализации объемного рендеринга, в котором такие методы, как магнитно-резонансная томография (МРТ), используются для получения очень тонких 2D-изображений тела вдоль заданной оси. Затем все эти 2D-изображения объединяются, создавая 3D-модель реального человеческого тела, которой можно управлять и полностью исследовать на компьютере.

Видеоигры могут накладываться на трехмерную виртуальную реальность.

Существует два основных способа описания изображения с помощью компьютера:

Растровая графика – описывает изображение с помощью множества мелких цветных точек. Каждая точка называется пикселем, что является аббревиатурой от «элемент изображения». Если точки достаточно малы и расположены достаточно близко друг к другу, человек не видит отдельные точки, а скорее видит «картинку».
Векторная графика – описывает объекты как геометрические фигуры с помощью математических уравнений. Изображение создается из математических описаний с помощью процесса, называемого рендеринг. Результатом рендеринга является 2-мерное растровое изображение.

Компьютерные инструменты были разработаны для создания обоих типов компьютерной графики и управления ими. Например, Adobe PhotoShop — лучший инструмент для работы с растровыми изображениями. Но создание новых изображений путем манипулирования множеством маленьких цветных точек невыгодно для движущихся изображений, где объекты меняются со временем. PhotoShop отлично подходит для создания отдельных изображений или «подкраски» существующего изображения, но не подходит для создания фильмов.

Компьютерные изображения (CGI) – это применение компьютерной графики для создания изображений в искусстве, печатных СМИ, видеоиграх, фильмах, телевизионных программах, рекламных роликах, видеороликах и симуляторах. (2) Обычный человек, вероятно, слышал термин CGI только по отношению к видеоиграм и фильмам, но он имеет широкое применение во многих областях.

Трехмерная компьютерная графика – это графика, в которой используется трехмерное представление геометрических данных для целей выполнения расчетов и рендеринга 2D-изображений. (3) Эти учебные пособия помогут вам научиться использовать методы трехмерной компьютерной графики для создания компьютерной графики. Или, другими словами, эти учебные пособия помогут вам создать векторное графическое представление трехмерных объектов, а затем преобразовать их в растровые изображения. Если вы можете создавать данные и алгоритмы, которые отображают растровые изображения менее чем за 1/30 секунды, вы можете создавать видео в реальном времени, которые отображаются, пока зритель смотрит. Большинство видеоигр основано на рендеринге в реальном времени. Если для создания каждого изображения требуется больше 1/30 секунды, вы всегда можете сохранить изображения и воспроизвести их в режиме реального времени. Большинство фильмов CGI не визуализируются в реальном времени.

Итак, как векторные графические представления объектов преобразуются в растровые изображения? Это нетривиальный процесс, который требует нескольких шагов. Эти шаги были хорошо изучены в течение многих лет, и они должны выполняться в четко определенной последовательности. Эта последовательность операций называется «графическим конвейером». На заре компьютерной графики «конвейер» нельзя было запрограммировать. Данные загружались в конвейер, и на выходе получалось растровое изображение. Но современные графические процессоры позволяют программисту управлять определенными частями конвейера с помощью шейдерных программ. Шейдерная программа — это просто очень специализированный набор инструкций для управления графическими данными на критических этапах конвейерного процесса. Шейдерные программы предоставляют программисту удивительную гибкость и потенциал для творчества, но за счет дополнительной сложности. Цель этих учебных пособий — помочь вам понять графический конвейер и научиться управлять графическими данными с помощью шейдерных программ.

Графический конвейер¶

Процесс преобразования векторного графического представления объектов в растровое изображение выполняется следующими шагами:

Подробности каждого из вышеперечисленных шагов объясняются в остальных руководствах. Погружаясь в детали, почаще возвращайтесь к этому обзору, чтобы иметь в виду общую картину.

Глоссарий¶

компьютерные графические изображения и фильмы, созданные с помощью компьютеров. растровая графика — изображение, состоящее из множества мелких цветных точек. векторная графика изображение, состоящее из геометрических фигур, определяемых с помощью математических уравнений. компьютерные изображения (CGI) с использованием компьютеров для создания или изменения растровых изображений. 3D компьютерная графика весь процесс создания растровых изображений из данных векторной графики. render создает растровое изображение (картинку) из данных векторной графики. графический конвейер ряд шагов, который преобразует описания объектов в векторной графике в растровое изображение. шейдерная программа — компьютерная программа, написанная на GLSL (язык шейдеров GL), которая работает на графическом процессоре. вершинный шейдер — компьютерная программа, написанная на GLSL, которая позиционирует геометрию моделей в сцене. фрагментный шейдер — компьютерная программа, написанная на языке GLSL, которая назначает цвет пикселям, составляющим лицо модели.

читатели онлайн сейчас | | Наверх

Читайте также: