Τεχνολογία για τη δημιουργία ρεαλιστικών τρισδιάστατων εικόνων. Τρισδιάστατα γραφικά. Γραφικά υπολογιστή: Κορίτσι

Έργα που έγιναν χρησιμοποιώντας τρισδιάστατα γραφικά υπολογιστών προσελκύουν την προσοχή τόσο των τρισδιάστατων σχεδιαστών όσο και εκείνων που έχουν μια μάλλον αόριστη ιδέα για το πώς έγινε. Τα πιο επιτυχημένα τρισδιάστατα έργα δεν μπορούν να διακριθούν από τα πραγματικά γυρίσματα. Τέτοια έργα, κατά κανόνα, δημιουργούν έντονες συζητήσεις γύρω από το τι είναι - μια φωτογραφία ή ένα τρισδιάστατο πλαστό.
Εμπνευσμένοι από το έργο των φημισμένων τρισδιάστατων καλλιτεχνών, πολλοί ασχολούνται με τη μελέτη των τρισδιάστατων εκδοτών, πιστεύοντας ότι είναι τόσο εύκολο να κατακτηθούν όσο το Photoshop. Εν τω μεταξύ, τα προγράμματα για τη δημιουργία τρισδιάστατων γραφικών είναι αρκετά δύσκολο να κατακτηθούν και η μελέτη τους απαιτεί πολύ χρόνο και προσπάθεια. Ωστόσο, ακόμη και μετά την εκμάθηση των εργαλείων ενός τρισδιάστατου συντάκτη, δεν είναι εύκολο για έναν αρχάριο σχεδιαστή να επιτύχει μια ρεαλιστική εικόνα. Μόλις βρεθεί σε μια κατάσταση όπου η σκηνή φαίνεται «άψυχη», δεν μπορεί πάντα να βρει εξήγηση για αυτό. Τι συμβαίνει?
Το κύριο πρόβλημα με τη δημιουργία φωτορεαλιστικών εικόνων είναι η δυσκολία προσομοίωσης με ακρίβεια του περιβάλλοντος. Η εικόνα που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της απόδοσης (απόδοση) σε έναν τρισδιάστατο επεξεργαστή είναι το αποτέλεσμα μαθηματικών υπολογισμών σύμφωνα με έναν δεδομένο αλγόριθμο. Είναι δύσκολο για τους προγραμματιστές λογισμικού να βρουν έναν αλγόριθμο που θα βοηθούσε στην περιγραφή όλων των φυσικών διαδικασιών στην πραγματική ζωή. Για το λόγο αυτό, η μοντελοποίηση του περιβάλλοντος στηρίζεται στους ώμους του ίδιου του 3D καλλιτέχνη.
Οι δυνατότητες υλικού των σταθμών εργασίας αυξάνονται κάθε μέρα, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση των εργαλείων για εργασία με τρισδιάστατα γραφικά ακόμη πιο αποτελεσματικά. Ταυτόχρονα, το οπλοστάσιο εργαλείων για επεξεργαστές γραφικών 3D βελτιώνεται.
Υπάρχει ένα ορισμένο σύνολο κανόνων για τη δημιουργία μιας ρεαλιστικής τρισδιάστατης εικόνας. Ανεξάρτητα από το ποιο πρόγραμμα επεξεργασίας 3D εργάζεστε και τις σκηνές της πολυπλοκότητας που δημιουργείτε, παραμένουν αμετάβλητες. Η ικανοποίηση αυτών των απαιτήσεων δεν εγγυάται ότι η εικόνα που προκύπτει θα μοιάζει με φωτογραφία. Ωστόσο, η αγνόησή τους πιθανότατα θα προκαλέσει αποτυχία.
Είναι απίστευτο να δημιουργείτε μια φωτορεαλιστική εικόνα ενώ εργάζεστε μόνο σε ένα τρισδιάστατο έργο δύσκολη εργασία... Κατά κανόνα, όσοι αφοσιώνονται στα τρισδιάστατα γραφικά και εργάζονται επαγγελματικά με αυτό, εκτελούν μόνο ένα από τα στάδια δημιουργίας μιας τρισδιάστατης σκηνής. Κάποιοι γνωρίζουν όλες τις λεπτότητες του μοντέλου, άλλοι θα μπορούν να δημιουργήσουν αριστοτεχνικά υλικά, άλλοι «βλέπουν» τον σωστό φωτισμό σκηνών κλπ. Για το λόγο αυτό, όταν αρχίζετε να εργάζεστε με τρισδιάστατα γραφικά, προσπαθήστε να βρείτε την περιοχή στην οποία αισθάνεστε πιο σίγουροι και αναπτύξτε τα ταλέντα σας.
Όπως γνωρίζετε, το αποτέλεσμα της εργασίας σε έναν επεξεργαστή 3D είναι ένα στατικό αρχείο ή κινούμενη εικόνα. Ανάλογα με το ποιο θα είναι το τελικό προϊόν στην περίπτωσή σας, η προσέγγιση για τη δημιουργία μιας ρεαλιστικής εικόνας μπορεί να διαφέρει.

Ξεκινάμε με τη σύνθεση
Η τοποθέτηση αντικειμένων σε τρισδιάστατη σκηνή έχει μεγάλη σημασία για το τελικό αποτέλεσμα. Θα πρέπει να βρίσκονται με τέτοιο τρόπο ώστε ο θεατής να μην χάνεται σε εικασίες, κοιτάζοντας το μέρος του αντικειμένου που έπεσε κατά λάθος στο κάδρο και με την πρώτη ματιά θα μπορούσε να αναγνωρίσει όλα τα στοιχεία της σκηνής.
Κατά τη δημιουργία μιας τρισδιάστατης σκηνής, πρέπει να δώσετε προσοχή στη θέση των αντικειμένων σε σχέση με την εικονική κάμερα. Θυμηθείτε ότι τα αντικείμενα που βρίσκονται πιο κοντά στον φακό της κάμερας εμφανίζονται μεγαλύτερα οπτικά. Για το λόγο αυτό, πρέπει να διασφαλίσετε ότι αντικείμενα του ίδιου μεγέθους βρίσκονται στην ίδια γραμμή.
Ανεξάρτητα από το είδος της πλοκής που έχει η τρισδιάστατη σκηνή, πρέπει απαραίτητα να αντικατοπτρίζει τις συνέπειες ορισμένων γεγονότων που συνέβησαν στο παρελθόν.
Για παράδειγμα, εάν τα ίχνη κάποιου οδηγούν σε ένα σπίτι χιονισμένο, τότε, βλέποντας μια τέτοια εικόνα, ο θεατής θα καταλήξει στο συμπέρασμα ότι κάποιος έχει εισέλθει στο σπίτι.
Όταν εργάζεστε σε ένα τρισδιάστατο έργο, δώστε προσοχή στη γενική διάθεση της σκηνής. Μπορεί να μεταφερθεί από ένα καλά επιλεγμένο στοιχείο διακόσμησης ή μια συγκεκριμένη γκάμα χρωμάτων. Για παράδειγμα, η προσθήκη ενός κεριού στη σκηνή θα τονίσει τον ρομαντισμό του σκηνικού. Εάν μοντελοποιείτε χαρακτήρες κινουμένων σχεδίων, τότε τα χρώματα πρέπει να είναι φωτεινά, αλλά αν δημιουργείτε ένα τέρας, επιλέξτε σκούρες αποχρώσεις.

Μην ξεχνάτε τις λεπτομέρειες
Όταν εργάζεστε σε ένα τρισδιάστατο έργο, θα πρέπει πάντα να λαμβάνετε υπόψη πόσο το αντικείμενο είναι ορατό στη σκηνή, πόσο φωτίζεται κλπ. Ανάλογα με αυτό, το αντικείμενο θα πρέπει να έχει μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό λεπτομέρειας. Ο τρισδιάστατος κόσμος είναι μια εικονική πραγματικότηταόπου όλα θυμίζουν θεατρικό σκηνικό. Εάν δεν μπορείτε να δείτε το πίσω μέρος του αντικειμένου, μην το μοντελοποιήσετε. Εάν έχετε ένα μπουλόνι με βιδωτή βίδα, δεν πρέπει να μοντελοποιήσετε το νήμα κάτω από το παξιμάδι, εάν η πρόσοψη του σπιτιού θα είναι ορατή στη σκηνή, δεν χρειάζεται να μοντελοποιήσετε το εσωτερικό εάν δημιουργείτε ένα νυχτερινό δάσος σκηνή, η κύρια προσοχή πρέπει να δοθεί μόνο σε εκείνα τα αντικείμενα που βρίσκονται σε πρώτο πλάνο. Τα δέντρα στο παρασκήνιο δύσκολα θα είναι ορατά στην απόδοση εικόνας, οπότε δεν έχει νόημα να τα μοντελοποιούμε με ακρίβεια φύλλων.
Συχνά, κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων, μικρές λεπτομέρειες παίζουν σχεδόν τον κύριο ρόλο, που κάνουν το αντικείμενο πιο ρεαλιστικό.
Αν δυσκολεύεστε να κάνετε τη σκηνή σας να φαίνεται ρεαλιστική, δοκιμάστε να αυξήσετε το επίπεδο λεπτομέρειας στα αντικείμενά σας. Όσο πιο μικρές λεπτομέρειες περιέχει η σκηνή, τόσο πιο πιστευτή θα φαίνεται η τελική εικόνα. Η επιλογή με αύξηση της λεπτομέρειας της σκηνής είναι σχεδόν win -win, αλλά έχει ένα μειονέκτημα - μεγάλο αριθμό πολυγώνων, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του χρόνου απόδοσης.
Μπορείτε να βεβαιωθείτε ότι ο ρεαλισμός της πρόσφυσης εξαρτάται άμεσα από τον βαθμό λεπτομέρειας χρησιμοποιώντας ένα απλό παράδειγμα. Εάν δημιουργήσετε τρία μοντέλα μιας λεπίδας χόρτου σε μια σκηνή και τα αποδώσετε, τότε η εικόνα δεν θα κάνει καμία εντύπωση στον θεατή. Ωστόσο, εάν αυτή η ομάδα αντικειμένων κλωνοποιηθεί πολλές φορές, η εικόνα θα φαίνεται πιο εντυπωσιακή.
Μπορείτε να ελέγξετε τη λεπτομέρεια με δύο τρόπους: όπως περιγράφεται παραπάνω (αυξάνοντας τον αριθμό πολυγώνων στη σκηνή) ή αυξάνοντας την ανάλυση υφής.
Σε πολλές περιπτώσεις, είναι λογικό να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στη δημιουργία της υφής παρά στο ίδιο το μοντέλο αντικειμένου. Ταυτόχρονα, θα εξοικονομήσετε πόρους συστήματος που απαιτούνται για την απόδοση πολύπλοκων μοντέλων, μειώνοντας έτσι τον χρόνο απόδοσης. Καλύτερα να φτιάξετε υφή υψηλότερης ποιότητας παρά να αυξήσετε τον αριθμό των πολυγώνων. Ο τοίχος ενός σπιτιού είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα συνετής χρήσης της υφής. Μπορείτε να μοντελοποιήσετε κάθε τούβλο ξεχωριστά, το οποίο θα πάρει τόσο χρόνο όσο και πόρους. Είναι πολύ πιο εύκολο να χρησιμοποιήσετε μια φωτογραφία από έναν τοίχο από τούβλα.

Εάν πρέπει να δημιουργήσετε ένα τοπίο
Ένα από τα πιο δύσκολα καθήκοντα που συχνά έχουν να αντιμετωπίσουν οι 3D σχεδιαστές είναι η μοντελοποίηση της φύσης. Ποιο είναι το πρόβλημα της δημιουργίας του φυσικού μας περιβάλλοντος; Το θέμα είναι ότι κάθε οργανικό αντικείμενο, είτε πρόκειται για ζώο, είτε για φυτό κ.λπ., είναι ετερογενές. Παρά την φαινομενικά συμμετρική δομή, το σχήμα τέτοιων αντικειμένων αψηφά κάθε μαθηματική περιγραφή με την οποία ασχολούνται οι τρισδιάστατοι συντάκτες. Ακόμα και εκείνα τα αντικείμενα που, με την πρώτη ματιά, έχουν συμμετρική εμφάνιση, με προσεκτικότερη εξέταση, αποδεικνύονται ασύμμετρα. Για παράδειγμα, τα μαλλιά στο κεφάλι ενός ατόμου βρίσκονται άνισα στη δεξιά και αριστερή πλευρά, τις περισσότερες φορές χτενίζονται δεξιά και ένα φύλλο σε κλαδί δέντρου μπορεί να καταστραφεί από κάμπια σε κάποιο σημείο κ.λπ.
Το περισσότερο η καλύτερη λύσηγια την προσομοίωση οργανικής ύλης σε τρισδιάστατα γραφικά, μπορούμε να λάβουμε υπόψη τον αλγόριθμο φράκταλ, ο οποίος χρησιμοποιείται συχνά στις ρυθμίσεις υλικών και διάφορα εργαλεία τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Αυτός ο αλγόριθμος είναι καλύτερος από άλλες μαθηματικές εκφράσεις βοηθώντας στην προσομοίωση οργανικής ύλης. Επομένως, όταν δημιουργείτε οργανικά αντικείμενα, φροντίστε να χρησιμοποιήσετε τις δυνατότητες του αλγόριθμου fractal για να περιγράψετε τις ιδιότητές τους.

Λεπτομέρειες της υλικής δημιουργίας
Τα υλικά που μιμούνται σε τρισδιάστατα γραφικά μπορεί να είναι πολύ διαφορετικά - από μέταλλο, ξύλο και πλαστικό έως γυαλί και πέτρα. Επιπλέον, κάθε υλικό καθορίζεται από έναν μεγάλο αριθμό ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της ανάγλυφης επιφάνειας, της ιδιαιτερότητας, του σχεδίου, του μεγέθους και της φωτεινότητας της φωτοβολίδας κ.λπ.
Κατά την απόδοση οποιασδήποτε υφής, πρέπει να θυμάστε ότι η ποιότητα του υλικού στην εικόνα που προκύπτει εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πολλούς παράγοντες, όπως: παραμέτρους φωτισμού (φωτεινότητα, γωνία πρόσπτωσης φωτός, χρώμα πηγής φωτός κ.λπ.), αλγόριθμος απόδοσης (τύπος μετατροπέα που χρησιμοποιείται και οι ρυθμίσεις του), η ανάλυση της υφής του ράστερ. Η μέθοδος προβολής της υφής πάνω στο αντικείμενο έχει επίσης μεγάλη σημασία. Μια κακώς χαρτογραφημένη υφή μπορεί να "δώσει" ένα τρισδιάστατο αντικείμενο με σχηματισμένη ραφή ή ύποπτα επαναλαμβανόμενο μοτίβο. Επιπλέον, συνήθως τα πραγματικά αντικείμενα δεν είναι απόλυτα καθαρά, δηλαδή έχουν πάντα ίχνη βρωμιάς. Εάν μοντελοποιείτε τραπέζι κουζίνας, τότε παρά το γεγονός ότι το μοτίβο στο λαδόπανο της κουζίνας είναι επαναλαμβανόμενο, η επιφάνειά του δεν πρέπει να είναι παντού η ίδια - το λαδόπανο μπορεί να φορεθεί στις γωνίες του τραπεζιού, να έχει κοψίματα από μαχαίρι κ.λπ. Ε
Για να αποφύγετε αφύσικα καθαρά αντικείμενα 3D, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χειροποίητους χάρτες βρωμιάς (για παράδειγμα, στο Adobe Photoshop) και να τους συνδυάσετε με τις αρχικές υφές για ένα ρεαλιστικό φθαρμένο υλικό.

Για να αυξηθεί ο ρεαλισμός της εμφάνισης των υφών που έχουν τοποθετηθεί σε πολύγωνα, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνολογίες:

Anti-aliasing?

MIP - χαρτογράφηση.

· Φιλτράρισμα υφής.

Τεχνολογία κατά της αλλοίωσης

Το Anti-aliasing είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται στην επεξεργασία εικόνας για την απομάκρυνση του φαινομένου Aliasing των αντικειμένων. Με μια μέθοδο ράστερ σχηματισμού εικόνας, αποτελείται από εικονοστοιχεία. Λόγω του πεπερασμένου μεγέθους των εικονοστοιχείων, οι λεγόμενες σκάλες ή οι κλιμακωτές άκρες μπορούν να διακριθούν στις άκρες των τρισδιάστατων αντικειμένων. Ο ευκολότερος τρόπος για να ελαχιστοποιήσετε το εφέ της σκάλας είναι να αυξήσετε την ανάλυση της οθόνης, μειώνοντας έτσι το μέγεθος του εικονοστοιχείου. Αλλά αυτός ο δρόμος δεν είναι πάντα εφικτός. Εάν δεν μπορείτε να απαλλαγείτε από το κλιμακωτό εφέ αυξάνοντας την ανάλυση της οθόνης, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την τεχνολογία Anti-aliasing, η οποία σας επιτρέπει να εξομαλύνετε οπτικά το εφέ της σκάλας. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνική για αυτό είναι να δημιουργήσετε μια ομαλή μετάβαση από το χρώμα της γραμμής ή της άκρης στο χρώμα του φόντου. Το χρώμα ενός σημείου που βρίσκεται στο όριο των αντικειμένων καθορίζεται ως η μέση τιμή των χρωμάτων των δύο συνοριακών σημείων.

Υπάρχουν αρκετές βασικές τεχνολογίες Anti-aliasing. Το υψηλότερο ποιοτικό αποτέλεσμα επιτεύχθηκε για πρώτη φορά με την τεχνολογία FSAA (Full Screen Anti-Aliasing). Σε ορισμένες λογοτεχνικές πηγές, αυτή η τεχνολογία ονομάζεται SSAA. Η ουσία αυτής της τεχνολογίας είναι ότι ο επεξεργαστής υπολογίζει ένα πλαίσιο εικόνας σε πολύ υψηλότερη ανάλυση από την ανάλυση της οθόνης και, στη συνέχεια, όταν εμφανίζεται στην οθόνη, ο μέσος όρος των τιμών μιας ομάδας εικονοστοιχείων σε ένα. ο αριθμός των μέσων όρων pixels αντιστοιχεί στην ανάλυση οθόνης της οθόνης. Για παράδειγμα, εάν ένα πλαίσιο με ανάλυση 800x600 είναι αντι-ψευδώνυμο χρησιμοποιώντας FSAA, η εικόνα θα υπολογιστεί σε ανάλυση 1600x1200. Κατά τη μετάβαση στην ανάλυση της οθόνης, τα χρώματα των τεσσάρων υπολογιζόμενων σημείων που αντιστοιχούν σε ένα pixel οθόνης υπολογίζονται κατά μέσο όρο. Ως αποτέλεσμα, όλες οι γραμμές έχουν ομαλές μεταβάσεις χρώματος, γεγονός που εξαλείφει οπτικά το εφέ της σκάλας.

Το FSAA κάνει πολλές περιττές εργασίες, φορτώνοντας τη GPU, εξομαλύνοντας όχι τα σύνορα, αλλά ολόκληρη την εικόνα, που είναι το κύριο μειονέκτημά της. Για να εξαλειφθεί αυτό το μειονέκτημα, έχει αναπτυχθεί μια πιο οικονομική τεχνολογία - MSSA.

Η ουσία της τεχνολογίας MSSA είναι παρόμοια με την τεχνολογία FSAA, αλλά δεν πραγματοποιούνται υπολογισμοί επί των εικονοστοιχείων μέσα στα πολύγωνα. Για τα εικονοστοιχεία στα όρια των αντικειμένων, ανάλογα με το επίπεδο αντι-αλλοίωσης, υπολογίζονται 4 ή περισσότερα επιπλέον σημεία, με τα οποία καθορίζεται το τελικό χρώμα του εικονοστοιχείου. Αυτή η τεχνολογία είναι σήμερα η πιο διαδεδομένη.

Είναι γνωστές οι μεμονωμένες εξελίξεις των κατασκευαστών προσαρμογέων βίντεο. Για παράδειγμα, η NVIDIA έχει αναπτύξει την τεχνολογία Coverage Sampling (CSAA), η οποία υποστηρίζεται μόνο από προσαρμογείς βίντεο GeForce που ξεκινούν με την 8η σειρά (8600 - 8800, 9600 - 9800). Η ATI εισήγαγε το R520 και όλα τα επακόλουθα προσαρμοστικά anti-aliasing AAA (Adaptive Anti-Aliasing) στη GPU.

Τεχνολογία χαρτογράφησης MIP

Η τεχνολογία χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ποιότητας της υφής των τρισδιάστατων αντικειμένων. Για να κάνετε μια τρισδιάστατη εικόνα ρεαλιστική, πρέπει να λάβετε υπόψη το βάθος της σκηνής. Καθώς απομακρύνεστε από την οπτική γωνία, η υφή που θα εφαρμοστεί πρέπει να φαίνεται όλο και πιο θολή. Επομένως, όταν δημιουργείτε υφή ακόμη και σε μια ομοιογενή επιφάνεια, χρησιμοποιείται συχνότερα από μία, αλλά πολλές υφές, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σωστή λήψη υπόψη των προοπτικών στρεβλώσεων ενός τρισδιάστατου αντικειμένου.

Για παράδειγμα, πρέπει να απεικονίσετε ένα λιθόστρωτο πεζοδρόμιο που πηγαίνει βαθιά στη σκηνή. Εάν προσπαθήσετε να χρησιμοποιήσετε μόνο μια υφή σε όλο το μήκος, τότε καθώς απομακρύνεστε από την άποψη, μπορεί να εμφανιστούν κυματισμοί ή μόνο ένα μονόχρωμο χρώμα. Το γεγονός είναι ότι σε αυτήν την κατάσταση, πολλά pixel υφής (texels) πέφτουν σε ένα pixel στην οθόνη ταυτόχρονα. Ανακύπτει το ερώτημα: υπέρ του ποιο texel να κάνετε μια επιλογή όταν εμφανίζετε ένα pixel;

Αυτή η εργασία επιλύεται χρησιμοποιώντας την τεχνολογία χαρτογράφησης MIP, η οποία συνεπάγεται τη δυνατότητα χρήσης ενός συνόλου υφών με διαφορετικό βαθμό λεπτομέρειας. Ένα σύνολο υφών με χαμηλότερο επίπεδο λεπτομέρειας δημιουργείται με βάση κάθε υφή. Οι υφές ενός τέτοιου συνόλου ονομάζονται MIP - χάρτες (χάρτης MIP).

Στην απλούστερη περίπτωση χαρτογράφησης υφής για κάθε εικονοστοιχείο της εικόνας, ο αντίστοιχος χάρτης MIP καθορίζεται σύμφωνα με τον πίνακα λεπτομερειών LOD (Level of Detail). Στη συνέχεια, επιλέγεται μόνο ένα texel από το MIP - χάρτη, το χρώμα του οποίου εκχωρείται στο εικονοστοιχείο.

Τεχνολογίες φιλτραρίσματος

Συνήθως, η τεχνολογία χαρτογράφησης MIP χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τεχνολογίες φιλτραρίσματος που έχουν σχεδιαστεί για τη διόρθωση τεχνουργημάτων με υφή MIP. Για παράδειγμα, όταν το αντικείμενο αφαιρείται όλο και περισσότερο από το σημείο παρατήρησης, γίνεται μετάβαση από χαμηλό επίπεδο χάρτη MIP σε υψηλότερο επίπεδο χάρτη MIP. Όταν ένα αντικείμενο βρίσκεται σε μεταβατική κατάσταση από ένα επίπεδο χάρτη MIP σε άλλο, εμφανίζεται ένας ειδικός τύπος σφαλμάτων απεικόνισης: σαφώς διακριτά όρια της μετάβασης από ένα επίπεδο χάρτη MIP σε άλλο.

Η ιδέα πίσω από το φιλτράρισμα είναι ότι το χρώμα των εικονοστοιχείων ενός αντικειμένου υπολογίζεται από παρακείμενα σημεία υφής (texels).

Η πρώτη μέθοδος φιλτραρίσματος των υφών ήταν η λεγόμενη δειγματοληψία σημείων, η οποία δεν χρησιμοποιείται στα σύγχρονα γραφικά 3D. Το επόμενο αναπτύχθηκε δίγραμμοδιήθηση. Το διγραμμικό φιλτράρισμα απαιτεί έναν σταθμισμένο μέσο όρο τεσσάρων παρακείμενων pixel υφής για να εμφανίσει ένα σημείο επιφάνειας. Με αυτό το φιλτράρισμα, η ποιότητα των αργά περιστρεφόμενων ή αργών κινούμενων αντικειμένων με άκρες (σαν κύβος) είναι κακή (θολές άκρες).

Περισσότερο υψηλή ποιότηταδίνει τρίγραμμοςφιλτράρισμα, στο οποίο η μέση τιμή χρώματος οκτώ texels, τέσσερις από δύο παρακείμενες δομές, λαμβάνεται για τον προσδιορισμό του χρώματος ενός εικονοστοιχείου και ως αποτέλεσμα επτά λειτουργιών ανάμειξης, καθορίζεται το χρώμα του εικονοστοιχείου.

Με την αύξηση της απόδοσης της GPU, έχει αναπτυχθεί ανισότροποςφιλτράρισμα, το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία μέχρι τώρα. Κατά τον προσδιορισμό του χρώματος ενός σημείου, χρησιμοποιεί μεγάλο αριθμό texels και λαμβάνει υπόψη τη θέση των πολυγώνων. Το επίπεδο ανισότροπου φιλτραρίσματος καθορίζεται από τον αριθμό των texel που υποβάλλονται σε επεξεργασία κατά τον υπολογισμό του χρώματος των εικονοστοιχείων: 2x (16 texels), 4x (32 texels), 8x (64 texels), 16x (128 texels). Αυτό το φιλτράρισμα εξασφαλίζει υψηλή ποιότητα της εμφανιζόμενης κινούμενης εικόνας.

Όλοι αυτοί οι αλγόριθμοι υλοποιούνται από τον επεξεργαστή γραφικών της κάρτας βίντεο.

Διεπαφή προγραμματισμού εφαρμογών (API)

Για να επιταχυνθεί η εκτέλεση των σταδίων του τρισδιάστατου αγωγού, ο επιταχυντής γραφικών 3D πρέπει να έχει ένα ορισμένο σύνολο λειτουργιών, π.χ. υλικό, χωρίς τη συμμετοχή του κεντρικού επεξεργαστή, για την εκτέλεση των απαραίτητων λειτουργιών για τη δημιουργία τρισδιάστατης εικόνας. Το σύνολο αυτών των λειτουργιών είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του τρισδιάστατου επιταχυντή.

Δεδομένου ότι ο επιταχυντής 3D έχει το δικό του σύνολο οδηγιών, η αποτελεσματική χρήση του είναι δυνατή μόνο όταν το πρόγραμμα εφαρμογής χρησιμοποιεί αυτές τις οδηγίες. Αλλά, δεδομένου ότι υπάρχουν πολλά διαφορετικά μοντέλα τρισδιάστατων επιταχυντών, καθώς και διάφορα προγράμματα εφαρμογών που σχηματίζουν ογκομετρικές εικόνες, προκύπτει ένα πρόβλημα συμβατότητας: είναι αδύνατο να γραφτεί ένα πρόγραμμα που θα χρησιμοποιούσε εξίσου καλά τις εντολές χαμηλού επιπέδου διαφόρων επιταχυντών. Προφανώς, τόσο οι προγραμματιστές λογισμικού εφαρμογών όσο και οι κατασκευαστές επιταχυντών 3D χρειάζονται ένα ειδικό πακέτο βοηθητικών προγραμμάτων που εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

αποτελεσματικός μετασχηματισμός αιτημάτων εφαρμογής σε βελτιστοποιημένη ακολουθία εντολών επιταχυντή χαμηλού επιπέδου 3D, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες της κατασκευής του υλικού ·

προσομοίωση λογισμικού των ζητούμενων λειτουργιών, εάν ο επιταχυντής που χρησιμοποιείται δεν διαθέτει υποστήριξη υλικού για αυτές.

Ονομάζεται ένα ειδικό πακέτο βοηθητικών προγραμμάτων για την εκτέλεση αυτών των λειτουργιών διεπαφή προγραμματισμού εφαρμογών (ApplicationProgram Interface = API).

Το API καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ εφαρμογών υψηλού επιπέδου και εντολών επιταχυντή χαμηλού επιπέδου που δημιουργούνται από τον οδηγό του. Η χρήση του API απαλλάσσει τον προγραμματιστή της εφαρμογής από την ανάγκη να εργαστεί με εντολές επιταχυντή χαμηλού επιπέδου, διευκολύνοντας τη διαδικασία δημιουργίας προγραμμάτων.

Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλά API σε 3D, οι τομείς εφαρμογής των οποίων είναι αρκετά σαφείς:

DirectXαναπτύχθηκε από τη Microsoft, χρησιμοποιείται σε εφαρμογές παιχνιδιών με Windows 9X και νεότερα λειτουργικά συστήματα.

Opengl, χρησιμοποιείται κυρίως σε επαγγελματικές εφαρμογές (συστήματα σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή, συστήματα τρισδιάστατης μοντελοποίησης, προσομοιωτές κ.λπ.) που λειτουργούν από λειτουργικό σύστημα Windows NT;

Εγγενή APIδημιουργήθηκαν από κατασκευαστές τρισδιάστατων επιταχυντών αποκλειστικά για το Chipset τους, προκειμένου να αξιοποιήσουν αποτελεσματικότερα τις δυνατότητές τους.

Το DirectX είναι ένα πολύ ελεγχόμενο, ιδιόκτητο πρότυπο που δεν μπορεί να αλλάξει μέχρι την επόμενη κυκλοφορία του. νέα έκδοση... Αυτό, αφενός, περιορίζει τις δυνατότητες των προγραμματιστών λογισμικού και κυρίως των κατασκευαστών επιταχυντών, αλλά διευκολύνει πολύ τον χρήστη να διαμορφώσει λογισμικό και σκεύη, εξαρτήματαγια 3D.

Σε αντίθεση με το DirectX, το OpenGL API βασίζεται στην έννοια ενός ανοικτού προτύπου με ένα μικρό σύνολο βασικών λειτουργιών και πολλές επεκτάσεις που παρέχουν πιο πολύπλοκες λειτουργίες. Ο κατασκευαστής επιταχυντή Chipset 3D απαιτείται να δημιουργήσει BIOS και προγράμματα οδήγησης που εκτελούν βασικές λειτουργίες Open GL, αλλά δεν απαιτείται να παρέχει υποστήριξη για όλες τις επεκτάσεις. Αυτό δημιουργεί μια σειρά προβλημάτων που σχετίζονται με τη σύνταξη προγραμμάτων οδήγησης για τα προϊόντα τους από κατασκευαστές, τα οποία παρέχονται τόσο σε πλήρη όσο και σε περικοπή μορφή.

Η πλήρης έκδοση του συμβατού προγράμματος οδήγησης OpenGL ονομάζεται ICD (Installable Client Driver). Παρέχει μέγιστη απόδοση επειδή περιέχει κώδικες χαμηλού επιπέδου που παρέχουν υποστήριξη όχι μόνο για το βασικό σύνολο λειτουργιών, αλλά και για τις επεκτάσεις του. Φυσικά, λαμβάνοντας υπόψη την έννοια του OpenGL, η δημιουργία ενός τέτοιου προγράμματος οδήγησης είναι μια εξαιρετικά περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι επαγγελματικοί επιταχυντές 3D είναι πιο ακριβοί από τους gaming.

Σε αντίθεση με το 2D animation, όπου πολλά μπορούν να αντληθούν με το χέρι, στα τρισδιάστατα αντικείμενα είναι πολύ λεία, το σχήμα τους είναι πολύ σωστό και κινούνται σε πολύ "γεωμετρικά" μονοπάτια. Είναι αλήθεια ότι αυτά τα προβλήματα είναι ξεπεράσιμα. Τα πακέτα κινούμενων εικόνων βελτιώνουν την απόδοση, ενημερώνουν τα εργαλεία ειδικών εφέ και αυξάνουν τις βιβλιοθήκες υλικού. Η τεχνολογία πολλαπλών σωματιδίων χρησιμοποιείται για τη δημιουργία «οδοντωτών» αντικειμένων όπως μαλλιά ή καπνός. Εισάγονται αντίστροφη κινηματική και άλλες τεχνικές κινούμενων σχεδίων, εμφανίζονται νέες μέθοδοι συνδυασμού καταγραφής βίντεο και εφέ κίνησης, γεγονός που καθιστά δυνατή τη δημιουργία πιο ρεαλιστικών σκηνών και κινήσεων. Επιπλέον, η τεχνολογία ανοικτά συστήματασας επιτρέπει να εργάζεστε με πολλά πακέτα ταυτόχρονα. Μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μοντέλο σε ένα πακέτο, να το βάψετε σε ένα άλλο, να το ζωντανέψετε στο τρίτο, να προσθέσετε εγγραφή βίντεο στο τέταρτο. Τέλος, η λειτουργικότητα πολλών επαγγελματικών πακέτων μπορεί να επεκταθεί σήμερα με πρόσθετες εφαρμογές γραμμένες ειδικά για το βασικό πακέτο.

3D Studio και 3D Studio MAX

Ένα από τα πιο διάσημα πακέτα κινούμενων σχεδίων 3D στην IBM είναι το 3D Studio από την Autodesk. Το πρόγραμμα λειτουργεί υπό DOS, παρέχει ολόκληρη τη διαδικασία δημιουργίας μιας τρισδιάστατης ταινίας: μοντελοποίηση αντικειμένων και σχηματισμός σκηνών, κινούμενα σχέδια και οπτικοποίηση, εργασία με βίντεο. Επιπλέον, υπάρχει ένα ευρύ φάσμα προγραμμάτων εφαρμογών (διαδικασίες IPAS) γραμμένα ειδικά για το 3D Studio. Ένα νέο πρόγραμμα από την ίδια εταιρεία που ονομάζεται 3D Studio MAX για Windows NT δημιουργήθηκε τα τελευταία χρόνια και ισχυρίζεται ότι είναι ανταγωνιστής στα ισχυρά πακέτα σταθμών εργασίας SGI. Διεπαφή νέο πρόγραμμαείναι το ίδιο για όλες τις ενότητες και έχει υψηλό βαθμό διαδραστικότητας. Το 3D Studio MAX εφαρμόζει προηγμένες δυνατότητες ελέγχου κινούμενων εικόνων, αποθηκεύει το ιστορικό ζωής κάθε αντικειμένου και σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια ποικιλία εφέ φωτισμού, υποστηρίζει επιταχυντές 3D και έχει ανοιχτή αρχιτεκτονική, δηλαδή επιτρέπει σε τρίτους να συμπεριλάβουν πρόσθετες εφαρμογές στο σύστημα.

TrueSpace, Prism, Three-D, RenderMan, Crystal Topas

Ηλεκτρική εικόνα, SoftImage

Για να δημιουργήσετε τρισδιάστατα κινούμενα σχέδια σε υπολογιστές IBM και Macintosh, είναι επίσης βολικό να χρησιμοποιήσετε το πακέτο Electric Image Animation System, το οποίο περιλαμβάνει ένα μεγάλο συγκρότημα εργαλείων κινούμενων σχεδίων, ειδικά εφέ, εργαλεία για εργασία με ήχο και γεννήτρια γραμματοσειρών με προσαρμόσιμες παραμέτρους. Αν και αυτό το πρόγραμμα δεν διαθέτει εργαλεία μοντελοποίησης, έχει τη δυνατότητα εισαγωγής πάνω από τριάντα διαφορετικών μορφών μοντέλων. Το πακέτο υποστηρίζει επίσης την εργασία με ιεραρχικά αντικείμενα και αντίστροφα κινηματικά εργαλεία. Με τη σειρά του, το λογισμικό Softimage 3D της Microsoft λειτουργεί σε πλατφόρμες SGI και Windows NT. Υποστηρίζει μοντελοποίηση βασισμένη σε πολύγωνα και γραμμές, δημιουργώντας ειδικά εφέ, δουλεύοντας με σωματίδια και τεχνολογία για τη μεταφορά κίνησης από ζωντανούς ηθοποιούς σε χαρακτήρες υπολογιστή.

Τρόποι επίτευξης ρεαλισμού σε τρισδιάστατα γραφικά

Το κύριο πρόβλημα με τη δημιουργία φωτορεαλιστικών εικόνων είναι η δυσκολία προσομοίωσης με ακρίβεια του περιβάλλοντος. Η εικόνα που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της απόδοσης (απόδοση) σε έναν τρισδιάστατο επεξεργαστή είναι το αποτέλεσμα μαθηματικών υπολογισμών σύμφωνα με έναν δεδομένο αλγόριθμο. Είναι δύσκολο για τους προγραμματιστές λογισμικού να βρουν έναν αλγόριθμο που θα βοηθούσε στην περιγραφή όλων των φυσικών διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στην πραγματική ζωή. Επομένως, η μοντελοποίηση του περιβάλλοντος στηρίζεται στους ώμους του ίδιου του 3D καλλιτέχνη. Υπάρχει ένα ορισμένο σύνολο κανόνων για τη δημιουργία μιας ρεαλιστικής τρισδιάστατης εικόνας. Ανεξάρτητα από το ποιο πρόγραμμα επεξεργασίας 3D εργάζεστε και τις σκηνές της πολυπλοκότητας που δημιουργείτε, παραμένουν αμετάβλητες. Το αποτέλεσμα της εργασίας σε έναν επεξεργαστή 3D είναι ένα στατικό αρχείο ή κινούμενη εικόνα. Ανάλογα με το ποιο θα είναι το τελικό προϊόν στην περίπτωσή σας, η προσέγγιση για τη δημιουργία μιας ρεαλιστικής εικόνας μπορεί να διαφέρει.

Ξεκινάμε με τη σύνθεση

Η τοποθέτηση αντικειμένων σε τρισδιάστατη σκηνή έχει μεγάλη σημασία για το τελικό αποτέλεσμα. Θα πρέπει να βρίσκονται με τέτοιο τρόπο ώστε ο θεατής να μην χάνεται σε εικασίες, κοιτάζοντας το μέρος του αντικειμένου που έπεσε κατά λάθος στο κάδρο και με την πρώτη ματιά θα μπορούσε να αναγνωρίσει όλα τα στοιχεία της σκηνής. Κατά τη δημιουργία μιας τρισδιάστατης σκηνής, πρέπει να δώσετε προσοχή στη θέση των αντικειμένων σε σχέση με την εικονική κάμερα. Θυμηθείτε ότι τα αντικείμενα που βρίσκονται πιο κοντά στον φακό της κάμερας εμφανίζονται μεγαλύτερα οπτικά. Επομένως, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι αντικείμενα του ίδιου μεγέθους βρίσκονται στην ίδια γραμμή. Ανεξάρτητα από το είδος της πλοκής που έχει η τρισδιάστατη σκηνή, πρέπει απαραίτητα να αντικατοπτρίζει τις συνέπειες ορισμένων γεγονότων που συνέβησαν στο παρελθόν. Έτσι, για παράδειγμα, εάν τα ίχνη κάποιου οδηγούν σε ένα χιονισμένο σπίτι, τότε, κοιτώντας μια τέτοια εικόνα, ο θεατής θα καταλήξει στο συμπέρασμα ότι κάποιος έχει εισέλθει στο σπίτι. Όταν εργάζεστε σε ένα τρισδιάστατο έργο, δώστε προσοχή στη γενική διάθεση της σκηνής. Μπορεί να μεταφερθεί από ένα καλά επιλεγμένο στοιχείο διακόσμησης ή μια συγκεκριμένη γκάμα χρωμάτων. Για παράδειγμα, η προσθήκη ενός κεριού στη σκηνή θα τονίσει τον ρομαντισμό του σκηνικού. Εάν μοντελοποιείτε χαρακτήρες κινουμένων σχεδίων, τα χρώματα πρέπει να είναι φωτεινά, αλλά αν δημιουργείτε ένα αηδιαστικό τέρας, επιλέξτε σκούρες αποχρώσεις.

Μην ξεχνάτε τις λεπτομέρειες

Όταν εργάζεστε σε ένα έργο 3D, θα πρέπει πάντα να λαμβάνετε υπόψη πόσο ορατό είναι το αντικείμενο στη σκηνή, πόσο φως είναι κ.λπ. Ανάλογα με αυτό, το αντικείμενο πρέπει να έχει μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό λεπτομέρειας. Ο τρισδιάστατος κόσμος είναι η εικονική πραγματικότητα, όπου όλα μοιάζουν με θεατρικό σκηνικό. Εάν δεν μπορείτε να δείτε το πίσω μέρος του αντικειμένου, μην το μοντελοποιήσετε. Εάν έχετε ένα μπουλόνι με βιδωμένο παξιμάδι, δεν πρέπει να μοντελοποιήσετε το νήμα κάτω από το παξιμάδι. εάν η πρόσοψη του σπιτιού είναι ορατή στη σκηνή, δεν χρειάζεται να μοντελοποιήσετε το εσωτερικό. εάν μοντελοποιείτε μια σκηνή νυχτερινού δάσους, η κύρια προσοχή πρέπει να δοθεί μόνο σε εκείνα τα αντικείμενα που είναι στο προσκήνιο. Τα δέντρα που βρίσκονται στο παρασκήνιο δύσκολα θα είναι ορατά στην απόδοση εικόνας, οπότε δεν έχει νόημα να τα μοντελοποιούμε με ακρίβεια φύλλων.

Συχνά, κατά τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων, μικρές λεπτομέρειες παίζουν σχεδόν τον κύριο ρόλο, που κάνουν το αντικείμενο πιο ρεαλιστικό. Αν δυσκολεύεστε να κάνετε τη σκηνή σας να φαίνεται ρεαλιστική, δοκιμάστε να αυξήσετε το επίπεδο λεπτομέρειας στα αντικείμενά σας. Όσο πιο μικρές λεπτομέρειες περιέχει η σκηνή, τόσο πιο πιστευτή θα φαίνεται η τελική εικόνα. Η επιλογή με αύξηση της λεπτομέρειας της σκηνής είναι σχεδόν win -win, αλλά έχει ένα μειονέκτημα - μεγάλο αριθμό πολυγώνων, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του χρόνου απόδοσης. Για να βεβαιωθείτε ότι ο ρεαλισμός της σκηνής εξαρτάται άμεσα από τον βαθμό λεπτομέρειας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα τόσο απλό παράδειγμα. Εάν δημιουργήσετε τρία μοντέλα μιας λεπίδας χόρτου σε μια σκηνή και τα αποδώσετε, τότε η εικόνα δεν θα κάνει καμία εντύπωση στον θεατή. Ωστόσο, εάν αυτή η ομάδα αντικειμένων κλωνοποιηθεί πολλές φορές, η εικόνα θα φαίνεται πιο εντυπωσιακή. Μπορείτε να ελέγξετε τη λεπτομέρεια με δύο τρόπους: όπως περιγράφεται παραπάνω (αυξάνοντας τον αριθμό πολυγώνων στη σκηνή) ή αυξάνοντας την ανάλυση υφής. Σε πολλές περιπτώσεις, είναι λογικό να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στη δημιουργία της υφής παρά στο ίδιο το μοντέλο αντικειμένου. Ταυτόχρονα, θα εξοικονομήσετε πόρους συστήματος που απαιτούνται για την απόδοση πολύπλοκων μοντέλων, μειώνοντας έτσι τον χρόνο απόδοσης. Καλύτερα να φτιάξετε υφή υψηλότερης ποιότητας παρά να αυξήσετε τον αριθμό των πολυγώνων. Ο τοίχος ενός σπιτιού είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα συνετής χρήσης της υφής. Μπορείτε να μοντελοποιήσετε κάθε τούβλο ξεχωριστά, το οποίο θα πάρει τόσο χρόνο όσο και πόρους. Είναι πολύ πιο εύκολο να χρησιμοποιήσετε μια φωτογραφία από έναν τοίχο από τούβλα.

Εάν πρέπει να δημιουργήσετε ένα τοπίο

Ένα από τα πιο δύσκολα καθήκοντα που συχνά έχουν να αντιμετωπίσουν οι 3D σχεδιαστές είναι η μοντελοποίηση της φύσης. Ποιο είναι το πρόβλημα της δημιουργίας του φυσικού μας περιβάλλοντος; Το θέμα είναι ότι κάθε οργανικό αντικείμενο, είτε πρόκειται για ζώο, είτε για φυτό κ.λπ., είναι ετερογενές. Παρά την φαινομενικά συμμετρική δομή, το σχήμα τέτοιων αντικειμένων αψηφά κάθε μαθηματική περιγραφή με την οποία ασχολούνται οι τρισδιάστατοι συντάκτες. Ακόμα και εκείνα τα αντικείμενα που, με την πρώτη ματιά, έχουν συμμετρική εμφάνιση, με προσεκτικότερη εξέταση, αποδεικνύονται ασύμμετρα. Έτσι, για παράδειγμα, τα μαλλιά στο κεφάλι ενός ατόμου βρίσκονται άνισα στη δεξιά και αριστερή πλευρά, τις περισσότερες φορές τα βουρτσίζει προς τα δεξιά και ένα φύλλο σε ένα κλαδί δέντρου μπορεί να καταστραφεί από κάμπια σε κάποιο μέρος κ.λπ. Η καλύτερη λύση για την προσομοίωση οργανικής ύλης σε 3D μπορεί να θεωρηθεί ένας αλγόριθμος φράκταλ, ο οποίος χρησιμοποιείται συχνά στις ρυθμίσεις υλικών και σε διάφορα εργαλεία τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Αυτός ο αλγόριθμος είναι καλύτερος από άλλες μαθηματικές εκφράσεις βοηθώντας στην προσομοίωση οργανικής ύλης. Επομένως, όταν δημιουργείτε οργανικά αντικείμενα, φροντίστε να χρησιμοποιήσετε τις δυνατότητες του αλγόριθμου fractal για να περιγράψετε τις ιδιότητές τους.

Λεπτομέρειες της υλικής δημιουργίας

Τα υλικά που μιμούνται σε τρισδιάστατα γραφικά μπορεί να είναι πολύ διαφορετικά - από μέταλλο, ξύλο και πλαστικό έως γυαλί και πέτρα. Επιπλέον, κάθε υλικό καθορίζεται από έναν μεγάλο αριθμό ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της ανάγλυφης επιφάνειας, της ιδιαιτερότητας, του σχεδίου, του μεγέθους και της φωτεινότητας της φωτοβολίδας κ.λπ. Κατά την απόδοση οποιασδήποτε υφής, πρέπει να θυμάστε ότι η ποιότητα του υλικού στην εικόνα που προκύπτει εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των παραμέτρων φωτισμού (φωτεινότητα, γωνία πρόσπτωσης φωτός, χρώμα πηγής φωτός κ.λπ.), αλγόριθμος απόδοσης (ο τύπος του χρησιμοποιούμενου renderer και οι ρυθμίσεις του), ανάλυση υφής ράστερ. Επίσης μεγάλη σημασία έχει η μέθοδος προβολής της υφής πάνω στο αντικείμενο. Μια κακώς χαρτογραφημένη υφή μπορεί να "δώσει" ένα τρισδιάστατο αντικείμενο με σχηματισμένη ραφή ή ύποπτα επαναλαμβανόμενο μοτίβο. Επιπλέον, στην πραγματικότητα, τα αντικείμενα συνήθως δεν είναι απόλυτα καθαρά, δηλαδή έχουν πάντα ίχνη βρωμιάς. Εάν μοντελοποιείτε τραπέζι κουζίνας, τότε, παρά το γεγονός ότι το μοτίβο στο λαδόπανο της κουζίνας είναι επαναλαμβανόμενο, η επιφάνεια του δεν πρέπει να είναι παντού η ίδια - το λαδόπανο μπορεί να φορεθεί στις γωνίες του τραπεζιού, έχει κοψίματα από ένα μαχαίρι, και τα λοιπά. Για να αποφύγετε τα αφύσικα καθαρά αντικείμενα των 3D, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χειροποίητους (για παράδειγμα, στο Adobe Photoshop) χάρτες ρύπανσης και να τους συνδυάσετε με τις αρχικές υφές, αποκτώντας ένα ρεαλιστικό «φθαρμένο» υλικό.

Προσθήκη κίνησης

Κατά τη δημιουργία κινούμενων σχεδίων, η γεωμετρία των αντικειμένων παίζει σημαντικότερο ρόλο από ό, τι στην περίπτωση μιας στατικής εικόνας. Κατά τη διάρκεια της κίνησης, ο θεατής μπορεί να δει αντικείμενα από διαφορετικές γωνίες, οπότε είναι σημαντικό το μοντέλο να φαίνεται ρεαλιστικό από όλες τις γωνίες. Για παράδειγμα, όταν μοντελοποιείτε δέντρα σε μια στατική σκηνή, μπορείτε να κάνετε το κόλπο και να απλοποιήσετε την εργασία σας: αντί να δημιουργήσετε ένα "πραγματικό" δέντρο, μπορείτε να φτιάξετε δύο κάθετα επίπεδα και να εφαρμόσετε μια υφή σε αυτά χρησιμοποιώντας μια μάσκα διαφάνειας. Κατά τη δημιουργία μιας κινούμενης σκηνής, αυτή η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη, καθώς ένα τέτοιο δέντρο θα φαίνεται ρεαλιστικό μόνο από ένα σημείο και οποιαδήποτε περιστροφή της κάμερας θα "δώσει" ένα ψεύτικο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μόλις τα τρισδιάστατα αντικείμενα εξαφανιστούν από το φακό της εικονικής κάμερας, είναι καλύτερο να τα αφαιρέσετε από τη σκηνή. Διαφορετικά, ο υπολογιστής θα εκτελέσει μια περιττή εργασία, υπολογίζοντας την αόρατη γεωμετρία.

Το δεύτερο πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν δημιουργείτε κινούμενες σκηνές είναι η κίνηση στην οποία βρίσκονται τα περισσότερα αντικείμενα στην πραγματικότητα. Για παράδειγμα, οι κουρτίνες στο δωμάτιο ταλαντεύονται από τον άνεμο, οι δείκτες του ρολογιού συνεχίζουν κλπ. Επομένως, όταν δημιουργείτε κινούμενα σχέδια, είναι επιτακτική ανάγκη να αναλύσετε τη σκηνή και να ορίσετε τα αντικείμενα για τα οποία πρέπει να ενεργοποιήσετε. Παρεμπιπτόντως, η κίνηση δίνει ρεαλισμό σε στατικές σκηνές. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις κινούμενες, η κίνηση σε αυτά θα πρέπει να μαντεύεται σε παγωμένα μικρά πράγματα - σε ένα πουκάμισο που γλιστρά από το πίσω μέρος μιας καρέκλας, σέρνεται κάμπιες σε έναν κορμό, ένα δέντρο λυγισμένο από τον άνεμο. Ενώ είναι σχετικά εύκολο να δημιουργηθεί ρεαλιστικό animation για πιο απλά αντικείμενα στη σκηνή, είναι σχεδόν αδύνατο να προσομοιωθεί η κίνηση ενός χαρακτήρα χωρίς βοηθητικά εργαλεία. Στην καθημερινή ζωή, οι κινήσεις μας είναι τόσο φυσικές και συνηθισμένες που δεν σκεφτόμαστε, για παράδειγμα, αν θα ρίξουμε το κεφάλι μας πίσω γελώντας ή θα σκύψουμε, περνώντας κάτω από ένα χαμηλό θόλο. Η μοντελοποίηση μιας τέτοιας συμπεριφοράς στον κόσμο των τρισδιάστατων γραφικών είναι γεμάτη πολλές παγίδες και δεν είναι τόσο εύκολο να αναδημιουργήσουμε τις κινήσεις, και ακόμη περισσότερο τις εκφράσεις του προσώπου, ενός ατόμου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, για απλοποίηση του έργου, χρησιμοποιείται η ακόλουθη μέθοδος: ένας μεγάλος αριθμός αισθητήρων κρέμεται στο ανθρώπινο σώμα, οι οποίοι καταγράφουν την κίνηση οποιουδήποτε μέρους του στο διάστημα και στέλνουν το αντίστοιχο σήμα στον υπολογιστή. Αυτό, με τη σειρά του, επεξεργάζεται τις ληφθείσες πληροφορίες και τις χρησιμοποιεί σε σχέση με κάποιο σκελετικό μοντέλο του χαρακτήρα. Αυτή η τεχνολογία ονομάζεται σύλληψη κίνησης. Κατά τη μετακίνηση του κελύφους που τοποθετείται στη σκελετική βάση, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η μυϊκή παραμόρφωση. Για εκείνους τους τρισδιάστατους εμψυχωτές που είναι απασχολημένοι με κινούμενα σχέδια χαρακτήρων, θα ήταν χρήσιμο να μελετήσουν την ανατομία προκειμένου να πλοηγηθούν καλύτερα στα συστήματα των οστών και των μυών.

Ο φωτισμός δεν είναι μόνο φως, αλλά και σκιές

Η δημιουργία μιας σκηνής με ρεαλιστικό φωτισμό είναι μια άλλη πρόκληση που πρέπει να επιλυθεί προκειμένου να γίνει η τελική εικόνα πιο ρεαλιστική. Στον πραγματικό κόσμο, οι ακτίνες φωτός αντανακλώνται και διαθλώνται πολλές φορές σε αντικείμενα, με αποτέλεσμα οι σκιές που δημιουργούνται από αντικείμενα να έχουν ως επί το πλείστον ασαφή, θολά όρια. Η συσκευή απόδοσης είναι κυρίως υπεύθυνη για την ποιότητα της οθόνης σκιάς. Υπάρχουν ξεχωριστές απαιτήσεις για τις σκιές που δημιουργούνται στη σκηνή. Η σκιά που ρίχνεται από ένα αντικείμενο μπορεί να πει πολλά - πόσο ψηλά είναι πάνω από το έδαφος, ποια είναι η δομή της επιφάνειας στην οποία πέφτει η σκιά, με ποια πηγή φωτίζεται το αντικείμενο κ.λπ. Εάν ξεχάσετε τις σκιές στη σκηνή, μια τέτοια σκηνή δεν θα φαίνεται ποτέ ρεαλιστική, αφού στην πραγματικότητα κάθε αντικείμενο έχει τη δική του σκιά. Επιπλέον, η σκιά μπορεί να τονίσει την αντίθεση μεταξύ του προσκηνίου και του φόντου, καθώς και να "δώσει" ένα αντικείμενο που δεν βρίσκεται στο οπτικό πεδίο του φακού της εικονικής κάμερας. Σε αυτή την περίπτωση, δίνεται η δυνατότητα στον θεατή να φανταστεί ο ίδιος το περιβάλλον της σκηνής. Για παράδειγμα, στο πουκάμισο ενός τρισδιάστατου χαρακτήρα, μπορεί να δει μια σκιά που πέφτει από κλαδιά και φύλλα και να μαντέψει ότι πίσω πλευράένα δέντρο μεγαλώνει από την άποψη. Από την άλλη πλευρά, πάρα πολλές σκιές δεν θα κάνουν την εικόνα πιο ρεαλιστική. Βεβαιωθείτε ότι το θέμα δεν δημιουργεί σκιές από βοηθητικά φώτα. Εάν υπάρχουν πολλά αντικείμενα που εκπέμπουν φως στη σκηνή, για παράδειγμα, φανάρια, τότε όλα τα στοιχεία της σκηνής πρέπει να ρίχνουν σκιές από κάθε μία από τις πηγές φωτός. Ωστόσο, εάν σε μια τέτοια σκηνή θα χρησιμοποιήσετε βοηθητικές πηγές φωτός (για παράδειγμα, για να επισημάνετε τα σκοτεινά μέρη της σκηνής), δεν χρειάζεται να δημιουργήσετε σκιές από αυτές τις πηγές. Η βοηθητική πηγή πρέπει να είναι αόρατη για τον θεατή και οι σκιές θα προδώσουν την παρουσία του.

Κατά τη δημιουργία μιας σκηνής, είναι σημαντικό να μην το παρακάνετε με τον αριθμό των πηγών φωτός. Καλύτερα να αφιερώσετε λίγο χρόνο ο καλύτερος τρόποςγια να επιλέξετε τη θέση του παρά να χρησιμοποιήσετε πολλές πηγές φωτός όπου μπορείτε να κάνετε με μία. Στην περίπτωση που είναι απαραίτητη η χρήση πολλών πηγών, βεβαιωθείτε ότι καθένα από αυτά δημιουργεί σκιές. Εάν δεν μπορείτε να δείτε τις σκιές από μια πηγή φωτός, τότε ίσως μια άλλη, ισχυρότερη, πηγή να τις εκθέτει υπερβολικά. Όταν τοποθετείτε πηγές φωτός σε μια σκηνή, φροντίστε να δώσετε προσοχή στο χρώμα τους. Οι πηγές φωτός της ημέρας έχουν μια μπλε απόχρωση, αλλά για να δημιουργήσετε μια τεχνητή πηγή φωτός, πρέπει να της δώσετε ένα κιτρινωπό χρώμα. Πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι το χρώμα της πηγής που προσομοιώνει το φως της ημέρας εξαρτάται επίσης από την ώρα της ημέρας. Επομένως, εάν το θέμα της σκηνής συνεπάγεται βραδινή ώρα, ο φωτισμός μπορεί να είναι, για παράδειγμα, στις κοκκινωπές αποχρώσεις του ηλιοβασιλέματος.

Το πιο σημαντικό είναι ο λανθασμένος υπολογισμός

Η οπτικοποίηση είναι το τελευταίο και, φυσικά, το πιο κρίσιμο στάδιο στη δημιουργία μιας τρισδιάστατης σκηνής. Ο τρισδιάστατος επεξεργαστής γραφικών αποδίδει την εικόνα, λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρία των αντικειμένων, τις ιδιότητες των υλικών από τα οποία κατασκευάζονται, τη θέση και τις παραμέτρους των πηγών φωτός κ.λπ. Αν συγκρίνουμε την εργασία σε 3ds max με τη βιντεοσκόπηση, τότε η αξία της μηχανής απόδοσης μπορεί να συγκριθεί με την ταινία στην οποία έχει γυριστεί το υλικό. Όπως ακριβώς μπορούν να δημιουργηθούν φωτεινές και ξεθωριασμένες εικόνες σε δύο ταινίες από διαφορετικές εταιρείες, το αποτέλεσμα της εργασίας σας μπορεί να είναι ρεαλιστικό ή μόνο ικανοποιητικό, ανάλογα με τον αλγόριθμο απόδοσης που θα επιλέξετε. Η ύπαρξη μεγάλου αριθμού αλγορίθμων απόδοσης έχει οδηγήσει σε αύξηση του αριθμού των εξωτερικών plug-in renderers. Συχνά ο ίδιος δημιουργός μπορεί να ενσωματωθεί με διαφορετικά πακέτα γραφικών 3D. Όσον αφορά την ταχύτητα και την ποιότητα της απεικονιζόμενης εικόνας, οι εξωτερικοί αποδότες, κατά κανόνα, ξεπερνούν την τυπική συσκευή απόδοσης των τρισδιάστατων εκδοτών. Ωστόσο, είναι αδύνατο να απαντήσουμε κατηγορηματικά στο ερώτημα ποια από αυτές δίνει το καλύτερο αποτέλεσμα. Η έννοια του «ρεαλισμού» σε αυτή την περίπτωση είναι υποκειμενική, επειδή δεν υπάρχουν αντικειμενικά κριτήρια με τα οποία θα μπορούσε κανείς να αξιολογήσει τον βαθμό ρεαλισμού του οπτικοποιητή.

Ωστόσο, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι για να είναι πιο ρεαλιστική η τελική εικόνα, ο αλγόριθμος απόδοσης πρέπει να λάβει υπόψη όλα τα χαρακτηριστικά της διάδοσης ενός κύματος φωτός. Όπως είπαμε παραπάνω, χτυπώντας αντικείμενα, μια ακτίνα φωτός ανακλάται και διαθλάται πολλές φορές. Είναι αδύνατο να υπολογιστεί ο φωτισμός σε κάθε σημείο του διαστήματος, λαμβάνοντας υπόψη έναν άπειρο αριθμό αντανακλάσεων, επομένως, δύο απλοποιημένα μοντέλα χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της έντασης του φωτός: το raytracing και η γενική μέθοδος φωτισμού. Μέχρι πρόσφατα, ο πιο δημοφιλής αλγόριθμος απόδοσης ήταν η ανίχνευση ακτίνων φωτός. Αυτή η μέθοδος συνίστατο στο γεγονός ότι ο τρισδιάστατος επεξεργαστής παρακολουθούσε τη διαδρομή της δέσμης που εκπέμπεται από την πηγή φωτός με έναν δεδομένο αριθμό διαθλάσεων και ανακλάσεων. Η ανίχνευση δεν μπορεί να παράσχει μια φωτορεαλιστική εικόνα, επειδή αυτός ο αλγόριθμος δεν παρέχει τα αποτελέσματα των ανακλαστικών και διαθλαστικών καυστικών (λάμψη που προκύπτει από την ανάκλαση και τη διάθλαση του φωτός), καθώς και τις ιδιότητες της σκέδασης του φωτός. Σήμερα, η χρήση της γενικής μεθόδου φωτισμού είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη λήψη μιας ρεαλιστικής εικόνας. Εάν, κατά την ανίχνευση, υπολογίζονται μόνο εκείνα τα μέρη της σκηνής που πλήττονται από ακτίνες φωτός, η γενική μέθοδος φωτισμού υπολογίζει τη σκέδαση του φωτός σε μη φωτισμένες ή σκιασμένες περιοχές της σκηνής με βάση την ανάλυση κάθε εικονοστοιχείου στην εικόνα. Αυτό λαμβάνει υπόψη όλες τις αντανακλάσεις των ακτίνων φωτός στη σκηνή.

Ένας από τους πιο συνηθισμένους τρόπους απόδοσης GI είναι η χαρτογράφηση φωτονίων. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει τον υπολογισμό του συνολικού φωτισμού, με βάση τη δημιουργία του λεγόμενου χάρτη φωτονίων - πληροφορίες σχετικά με τον φωτισμό της σκηνής, που συλλέγονται με την ανίχνευση. Το πλεονέκτημα της Photon Mapping είναι ότι μόλις αποθηκευτούν ως χάρτης φωτονίων, τα αποτελέσματα ανίχνευσης φωτονίων μπορούν αργότερα να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργήσουν ένα παγκόσμιο εφέ φωτισμού σε σκηνές τρισδιάστατης κινούμενης εικόνας. Η ποιότητα του Παγκόσμιου Φωτισμού, που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την ανίχνευση φωτονίων, εξαρτάται από τον αριθμό των φωτονίων, καθώς και από το βάθος της ανίχνευσης. Χρησιμοποιώντας το Photon Mapping, μπορείτε επίσης να αποδώσετε καυστικά. Εκτός από την καθολική φωτεινότητα, οι εξωτερικοί ερμηνευτές σάς επιτρέπουν να αποδίδετε υλικά έχοντας κατά νου το Sub-Surface Scattering. Αυτό το αποτέλεσμα είναι απαραίτητη προϋπόθεσηρεαλισμός υλικών όπως δέρμα, κερί, λεπτό ύφασμα κ.λπ. Οι ακτίνες φωτός που χτυπούν ένα τέτοιο υλικό, εκτός από διάθλαση και ανάκλαση, είναι διάσπαρτες στο ίδιο το υλικό, προκαλώντας έτσι μια μικρή λάμψη από το εσωτερικό.

Ένας άλλος λόγος για τον οποίο οι εικόνες που αποδίδονται χρησιμοποιώντας pluggable renderers είναι πιο ρεαλιστικές από τις εικόνες που παράγονται χρησιμοποιώντας τυπικούς αλγόριθμους απόδοσης είναι η δυνατότητα χρήσης εφέ κάμερας. Αυτά περιλαμβάνουν, πρώτα απ 'όλα, το βάθος πεδίου, το θάμπωμα κίνησης. Το εφέ βάθους πεδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν πρέπει να τραβήξετε την προσοχή του θεατή σε κάποιες λεπτομέρειες της σκηνής. Εάν η εικόνα περιέχει εφέ βάθους πεδίου, ο θεατής θα παρατηρήσει πρώτα τα έντονα στοιχεία της σκηνής. Το εφέ βάθους πεδίου μπορεί να είναι χρήσιμο όταν πρέπει να απεικονίσετε αυτό που βλέπει ο χαρακτήρας. Με τη βοήθεια του εφέ βάθους πεδίου, μπορείτε να εστιάσετε το βλέμμα του χαρακτήρα σε ένα ή άλλο αντικείμενο. Το εφέ βάθους πεδίου είναι επίσης ένα ουσιαστικό συστατικό μιας ρεαλιστικής εικόνας όταν η προσοχή στη σκηνή προσελκύεται σε ένα μικρό αντικείμενο-για παράδειγμα, μια κάμπια στο βαρέλι. Εάν όλα τα αντικείμενα που εστιάζουν, συμπεριλαμβανομένων των κλαδιών, των φύλλων, του κορμού και της κάμπιας, είναι εξίσου σαφώς σχεδιασμένα στην εικόνα, τότε μια τέτοια εικόνα δεν θα φαίνεται ρεαλιστική. Εάν μια τέτοια σκηνή υπήρχε στην πραγματικότητα και η λήψη δεν γινόταν από μια εικονική, αλλά από μια πραγματική κάμερα, μόνο το κύριο αντικείμενο - μια κάμπια - θα ήταν στο επίκεντρο. Οτιδήποτε σε απόσταση από αυτήν θα φαινόταν θολό. Επομένως, η επίδραση του βάθους πεδίου πρέπει να υπάρχει σε μια τρισδιάστατη εικόνα.

συμπέρασμα

Οι δυνατότητες υλικού των σταθμών εργασίας αυξάνονται κάθε μέρα, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση των εργαλείων για εργασία με τρισδιάστατα γραφικά ακόμη πιο αποτελεσματικά. Ταυτόχρονα, το οπλοστάσιο εργαλείων για επεξεργαστές γραφικών 3D βελτιώνεται. Ταυτόχρονα, οι βασικές προσεγγίσεις για τη δημιουργία φωτορεαλιστικών εικόνων παραμένουν αμετάβλητες. Η ικανοποίηση αυτών των απαιτήσεων δεν εγγυάται ότι η εικόνα που προκύπτει θα μοιάζει με φωτογραφία. Ωστόσο, η αγνόησή τους πιθανότατα θα προκαλέσει αποτυχία. Η δημιουργία μιας φωτορεαλιστικής εικόνας ενώ εργάζεστε μόνο σε ένα τρισδιάστατο έργο είναι ένα απίστευτα δύσκολο έργο. Κατά κανόνα, όσοι αφοσιώνονται στα τρισδιάστατα γραφικά και εργάζονται επαγγελματικά με αυτό, εμφανίζονται μόνο σε ένα από τα στάδια της δημιουργίας μιας τρισδιάστατης σκηνής. Κάποιοι γνωρίζουν όλες τις λεπτότητες του μόντελινγκ, άλλοι ξέρουν πώς να δημιουργούν αριστοτεχνικά υλικά, άλλοι «βλέπουν» τον σωστό φωτισμό σκηνών κ.λπ. Επομένως, όταν αρχίζετε να εργάζεστε σε 3D, προσπαθήστε να βρείτε την περιοχή στην οποία αισθάνεστε πιο σίγουροι και αναπτύξτε τα ταλέντα σας.

Σεργκέι και Μαρίνα Μπονταρένκο, http://www.3domen.com

Δημιουργία τρισδιάστατης εικόνας

Με την αύξηση της υπολογιστικής ισχύος και τη διαθεσιμότητα στοιχείων μνήμης, με την εμφάνιση τερματικών γραφικών υψηλής ποιότητας και συσκευών εξόδου, έχει αναπτυχθεί μια μεγάλη ομάδα αλγορίθμων και λύσεων λογισμικού που σας επιτρέπουν να σχηματίσετε μια εικόνα στην οθόνη που αντιπροσωπεύει ένα ορισμένη ογκομετρική σκηνή. Οι πρώτες τέτοιες λύσεις σχεδιάστηκαν για προβλήματα σχεδιασμού αρχιτεκτονικής και μηχανολογίας.

Όταν σχηματίζεται μια τρισδιάστατη εικόνα (στατική ή δυναμική), η κατασκευή της λαμβάνεται υπόψη σε έναν συγκεκριμένο χώρο συντεταγμένων, ο οποίος ονομάζεται στάδιο... Η σκηνή συνεπάγεται την εργασία σε έναν τρισδιάστατο κόσμο-γι 'αυτό η σκηνοθεσία ονομάστηκε τρισδιάστατη (3-διαστασιακή, τρισδιάστατη) γραφική παράσταση.

Στη σκηνή τοποθετούνται ξεχωριστά αντικείμενα, που αποτελούνται από γεωμετρικά ογκομετρικά σώματα και τμήματα πολύπλοκων επιφανειών (συχνότερα τα λεγόμενα B-splines). Για να σχηματίσουν μια εικόνα και να εκτελέσουν περαιτέρω λειτουργίες, οι επιφάνειες χωρίζονται σε τρίγωνα - ελάχιστες επίπεδες φιγούρες - και επεξεργάζονται περαιτέρω ακριβώς ως σύνολο τριγώνων.

Στο επόμενο στάδιο " κόσμος"Οι συντεταγμένες των κόμβων πλέγματος επανυπολογίζονται χρησιμοποιώντας μετατροπές μήτρας σε συντεταγμένες είδος, δηλ. ανάλογα με την άποψη της σκηνής. Θέση οπτικής γωνίαςσυνήθως λέγεται θέση κάμερας.

Χώρος εργασίας του συστήματος προετοιμασίας
3D γραφικά Blender (παράδειγμα από τον ιστότοπο
http://www.blender.org)

Μετά τον σχηματισμό πλαίσιο("Συρματόπλεγμα") βάψιμο- δίνοντας ορισμένες ιδιότητες στις επιφάνειες των αντικειμένων. Οι ιδιότητες της επιφάνειας καθορίζονται κυρίως από τα χαρακτηριστικά του φωτός: φωτεινότητα, ανακλαστικότητα, απορρόφηση και δύναμη σκέδασης. Αυτό το σύνολο χαρακτηριστικών σάς επιτρέπει να ορίσετε το υλικό, η επιφάνεια του οποίου είναι μοντελοποιημένη (μέταλλο, πλαστικό, γυαλί κ.λπ.). Τα διαφανή και ημιδιαφανή υλικά έχουν μια σειρά άλλων χαρακτηριστικών.

Κατά κανόνα, κατά την εκτέλεση αυτής της διαδικασίας και αποκοπή αόρατων επιφανειών... Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για να γίνει αυτό, αλλά η πιο δημοφιλής είναι
Ρυθμιστικό διάλυμα Ζόταν δημιουργείται ένας πίνακας αριθμών που αντιπροσωπεύει "βάθος" - την απόσταση από ένα σημείο στην οθόνη έως το πρώτο αδιαφανές σημείο. Τα επόμενα σημεία στην επιφάνεια θα υποστούν κατεργασία μόνο όταν το βάθος τους είναι μικρότερο και στη συνέχεια η συντεταγμένη Ζ θα μειωθεί. Η ισχύς αυτής της μεθόδου εξαρτάται άμεσα από τη μέγιστη δυνατή τιμή της απόστασης του σημείου σκηνής από την οθόνη, δηλ. στον αριθμό των bits ανά σημείο στο buffer.

Υπολογισμός ρεαλιστικής εικόνας. Η εκτέλεση αυτών των λειτουργιών σας επιτρέπει να δημιουργήσετε το λεγόμενο συμπαγή μοντέλααντικείμενα, αλλά αυτή η εικόνα δεν θα είναι ρεαλιστική. Για να σχηματιστεί μια ρεαλιστική εικόνα στη σκηνή τοποθετούνται πηγές φωτόςκαι πραγματοποιήθηκε υπολογισμός φωτισμούκάθε σημείο των ορατών επιφανειών.

Για να φαίνονται ρεαλιστικά τα αντικείμενα, η επιφάνεια των αντικειμένων είναι "καλυμμένη" υφή - εικόνα(ή η διαδικασία που το σχηματίζει), καθορίζοντας τις αποχρώσεις εμφάνιση ... Η διαδικασία ονομάζεται "χαρτογράφηση υφής". Κατά τη χαρτογράφηση υφής εφαρμόζονται τεχνικές τεντώματος και αντι -αλλοίωσης - διήθηση... Για παράδειγμα, το ανισότροπο φιλτράρισμα, που αναφέρεται στην περιγραφή των καρτών βίντεο, δεν εξαρτάται από την κατεύθυνση του μετασχηματισμού υφής.

Αφού προσδιορίσετε όλες τις παραμέτρους, είναι απαραίτητο να εκτελέσετε τη διαδικασία σχηματισμού εικόνας, δηλ. υπολογισμός του χρώματος των σημείων στην οθόνη. Η διαδικασία υπολογισμού ονομάζεται απόδοσηΚατά την εκτέλεση ενός τέτοιου υπολογισμού, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το φως που πέφτει σε κάθε σημείο του μοντέλου, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι μπορεί να αντανακλάται, ότι η επιφάνεια μπορεί να καλύψει άλλες περιοχές από αυτήν την πηγή κ.λπ.

Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι για τον υπολογισμό του φωτισμού. Το πρώτο είναι η μέθοδος αντίστροφη ανίχνευση ακτίνων... Με αυτή τη μέθοδο υπολογίζεται η τροχιά αυτών των ακτίνων, οι οποίες τελικά πέφτουν στα εικονοστοιχεία της οθόνης- προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ο υπολογισμός πραγματοποιείται ξεχωριστά για καθένα από τα κανάλια χρώματος, καθώς το φως διαφορετικού φάσματος συμπεριφέρεται διαφορετικά σε διαφορετικές επιφάνειες.

Η δεύτερη μέθοδος είναι - μέθοδος εκπομπής -προβλέπει τον υπολογισμό της ολοκληρωμένης φωτεινότητας όλων των περιοχών που εμπίπτουν στο πλαίσιο και την ανταλλαγή φωτός μεταξύ τους.

Η εικόνα που προκύπτει λαμβάνει υπόψη τα καθορισμένα χαρακτηριστικά της κάμερας, δηλ. θεατές.

Έτσι, ως αποτέλεσμα πολλών υπολογισμών, καθίσταται δυνατή η δημιουργία εικόνων που είναι δύσκολο να διακριθούν από τις φωτογραφίες. Για να μειώσουν τον αριθμό των υπολογισμών, προσπαθούν να μειώσουν τον αριθμό των αντικειμένων και, όπου είναι δυνατόν, να αντικαταστήσουν τον υπολογισμό με μια φωτογραφία. για παράδειγμα, όταν σχηματίζεται το φόντο μιας εικόνας.

Στερεό μοντέλο και το τελικό αποτέλεσμα του υπολογισμού του μοντέλου
(παράδειγμα από τον ιστότοπο http://www.blender.org)

Κινούμενα σχέδια και εικονική πραγματικότητα

Το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη τεχνολογιών για τρισδιάστατα ρεαλιστικά γραφικά ήταν η δυνατότητα της κινούμενης εικόνας-κίνησης και αλλαγών καρέ-καρέ στη σκηνή. Αρχικά, μόνο οι υπερυπολογιστές μπορούσαν να αντιμετωπίσουν αυτόν τον όγκο υπολογισμών και χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των πρώτων τρισδιάστατων βίντεο κινουμένων σχεδίων.

Αργότερα, αναπτύχθηκε υλικό ειδικά σχεδιασμένο για υπολογισμούς και σχηματισμό εικόνων - Τρισδιάστατοι επιταχυντές... Αυτό κατέστησε δυνατή σε απλοποιημένη μορφή την εκτέλεση ενός τέτοιου σχηματισμού σε πραγματικό χρόνο, ο οποίος χρησιμοποιείται σε σύγχρονα παιχνίδια στον υπολογιστή. Στην πραγματικότητα, τώρα ακόμη και οι συνηθισμένες κάρτες βίντεο περιλαμβάνουν τέτοια εργαλεία και είναι ένα είδος μίνι υπολογιστών περιορισμένης χρήσης.

Κατά τη δημιουργία παιχνιδιών, τη μαγνητοσκόπηση ταινιών, την ανάπτυξη προσομοιωτών, στις εργασίες μοντελοποίησης και σχεδίασης διαφόρων αντικειμένων, το έργο της διαμόρφωσης μιας ρεαλιστικής εικόνας έχει μια άλλη σημαντική πτυχή - μοντελοποίηση όχι μόνο της κίνησης και των αλλαγών αντικειμένων, αλλά και μοντελοποίηση της συμπεριφοράς τους που αντιστοιχεί στο φυσικές αρχές του περιβάλλοντος κόσμου.

Αυτή η κατεύθυνση, λαμβάνοντας υπόψη τη χρήση όλων των ειδών υλικού για τη μετάδοση των επιρροών του εξωτερικού κόσμου και την αύξηση της επίδρασης της παρουσίας, έλαβε το όνομα Εικονική πραγματικότητα.

Για την ενσωμάτωση ενός τέτοιου ρεαλισμού, δημιουργούνται ειδικές μέθοδοι για τον υπολογισμό των παραμέτρων και τον μετασχηματισμό αντικειμένων - αλλαγή διαφάνειας του νερού από την κίνησή του, υπολογισμό της συμπεριφοράς και της εμφάνισης της φωτιάς, εκρήξεων, συγκρούσεων αντικειμένων κ.λπ. Τέτοιοι υπολογισμοί είναι αρκετά πολύπλοκοι και έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι για την εφαρμογή τους σε σύγχρονα προγράμματα.

Ένα από αυτά είναι η επεξεργασία και η χρήση shader - διαδικασίες που αλλάζουν φως(ή ακριβής θέση)σε βασικά σημεία σύμφωνα με κάποιο αλγόριθμο... Μια τέτοια επεξεργασία σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε τα αποτελέσματα του "λαμπερού νέφους", της "έκρηξης", να αυξήσετε τον ρεαλισμό σύνθετων αντικειμένων κ.λπ.

Εμφανίστηκαν και τυποποιούνται διεπαφές για εργασία με το "φυσικό" συστατικό του σχηματισμού εικόνας, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση της ταχύτητας και της ακρίβειας τέτοιων υπολογισμών, και ως εκ τούτου τον ρεαλισμό του μοντέλου του δημιουργημένου κόσμου.

Τρισδιάστατα γραφικά- ένας από τους πιο εντυπωσιακούς και εμπορικά επιτυχημένους τομείς ανάπτυξης τεχνολογίας πληροφοριών, συχνά αποκαλείται ένας από τους κύριους παράγοντες ανάπτυξης υλικού. Τα μέσα τρισδιάστατων γραφικών χρησιμοποιούνται ενεργά στην αρχιτεκτονική, τη μηχανολογία, σε επιστημονικά έργα, κατά τη λήψη ταινιών, σε παιχνίδια στον υπολογιστή, στη διδασκαλία.

Παραδείγματα προϊόντων λογισμικού

Maya, 3DStudio, Blender

Το θέμα είναι πολύ ελκυστικό για μαθητές όλων των ηλικιών και προκύπτει σε όλα τα στάδια της μελέτης μαθημάτων πληροφορικής. Η ελκυστικότητα για τους μαθητές εξηγείται από μια μεγάλη δημιουργική συνιστώσα στην πρακτική εργασία, ένα οπτικό αποτέλεσμα, καθώς και μια ευρεία εφαρμοσμένη εστίαση του θέματος. Γνώσεις και δεξιότητες σε αυτόν τον τομέα απαιτούνται σχεδόν σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Στο βασικό σχολείο, εξετάζονται δύο τύποι γραφικών: το ράστερ και το διάνυσμα. Συζητούνται, ως συνέπεια, τα θέματα διαφοράς του ενός είδους από τα άλλα - τις θετικές πτυχές και μειονεκτήματα. Οι τομείς εφαρμογής αυτών των τύπων γραφικών θα σας επιτρέψουν να εισαγάγετε τα ονόματα συγκεκριμένων προϊόντων λογισμικού που σας επιτρέπουν να επεξεργαστείτε αυτόν ή αυτόν τον τύπο γραφικών. Επομένως, υλικά για τα θέματα: γραφικά ράστερ, μοντέλα χρώματος, Διανυσματικά γραφικά- θα είναι σε ζήτηση σε μεγαλύτερο βαθμό στο βασικό σχολείο. Στο λύκειο, αυτό το θέμα συμπληρώνεται από μια εξέταση των χαρακτηριστικών των επιστημονικών γραφικών και των δυνατοτήτων των τρισδιάστατων γραφικών. Επομένως, τα θέματα θα είναι σχετικά: φωτορεαλιστικές εικόνες, μοντελοποίηση του φυσικού κόσμου, συμπίεση και αποθήκευση δεδομένων γραφικών και ροών.

Το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου αφιερώνεται στην πρακτική προετοιμασία και επεξεργασία. γραφικές εικόνεςχρησιμοποιώντας ράστερ και διάνυσμα γραφικοί συντάκτες... Στο γυμνάσιο, αυτό είναι συνήθως το Adobe Photoshop, το CorelDraw και / ή το MacromediaFlach. Η διαφορά μεταξύ της μελέτης ορισμένων πακέτων λογισμικού στο βασικό και στο λύκειο εκδηλώνεται σε μεγαλύτερο βαθμό όχι στο περιεχόμενο, αλλά στις μορφές εργασίας. Στο βασικό σχολείο, αυτό είναι πρακτικό (εργαστηριακό) έργο, με αποτέλεσμα οι μαθητές να κατακτούν το προϊόν λογισμικού. Στο λύκειο, η κύρια μορφή εργασίας γίνεται μεμονωμένο εργαστήριο ή έργο, όπου το κύριο συστατικό είναι το περιεχόμενο της εργασίας και τα προϊόντα λογισμικού που χρησιμοποιούνται για την επίλυσή της παραμένουν μόνο ένα εργαλείο.

Τα εισιτήρια για το βασικό και το γυμνάσιο περιέχουν ερωτήσεις που σχετίζονται τόσο με τα θεωρητικά θεμέλια των γραφικών υπολογιστών όσο και με τις πρακτικές δεξιότητες επεξεργασίας γραφικών εικόνων. Τέτοια μέρη του θέματος όπως ο υπολογισμός του όγκου πληροφοριών των γραφικών εικόνων και τα χαρακτηριστικά της κωδικοποίησης γραφικών υπάρχουν στα υλικά μέτρησης ελέγχου της εξέτασης ενοποιημένης κατάστασης.