Grafika komputerowa 3D

Aby zapoznać się z dyscypliną akademicką, zobacz Grafika komputerowa (informatyka) .
Aby uzyskać więcej informacji na ten temat, zobacz Grafika komputerowa .
Activemarker2.PNG

Trójwymiarowa (3D) grafika komputerowa
Podstawy
Podstawowe zastosowania
powiązane tematy

Grafika komputerowa 3D , czasami nazywana CGI , 3D-CGI lub trójwymiarowa grafika komputerowa to grafika wykorzystująca trójwymiarową reprezentację danych geometrycznych (często kartezjańskich ), które są przechowywane w komputerze w celu wykonywania obliczeń i renderowania obrazów cyfrowych , zwykle obrazy 2D , ale czasami obrazy 3D . Uzyskane obrazy mogą być przechowywane do późniejszego przeglądania (ewentualnie jako animacja ) lub wyświetlane w czasie rzeczywistym .

Grafika komputerowa 3D wbrew nazwie najczęściej wyświetlana jest na dwuwymiarowych wyświetlaczach. W przeciwieństwie do filmu 3D i podobnych technik, wynik jest dwuwymiarowy, bez wizualnej głębi . Coraz częściej grafika 3D jest wyświetlana na wyświetlaczach 3D , podobnie jak w systemach wirtualnej rzeczywistości .

Grafika 3D różni się od grafiki komputerowej 2D , która zazwyczaj wykorzystuje zupełnie inne metody i formaty do tworzenia i renderowania.

Grafika komputerowa 3D opiera się na wielu takich samych algorytmach , jak komputerowa grafika wektorowa 2D w modelu szkieletowym i komputerowa grafika rastrowa 2D w ostatecznym renderowanym wyświetlaczu. W oprogramowaniu do grafiki komputerowej aplikacje 2D mogą wykorzystywać techniki 3D w celu uzyskania efektów, takich jak oświetlenie , i podobnie 3D może wykorzystywać niektóre techniki renderowania 2D.

Obiekty w grafice komputerowej 3D są często określane jako modele 3D . W przeciwieństwie do renderowanego obrazu dane modelu są zawarte w graficznym pliku danych. Model 3D jest matematyczną reprezentacją dowolnego trójwymiarowego obiektu; model nie jest technicznie grafiką , dopóki nie zostanie wyświetlony. Model może być wyświetlany wizualnie jako dwuwymiarowy obraz w procesie zwanym renderowaniem 3D lub może być używany w niegraficznych symulacjach komputerowych i obliczeniach. Dzięki drukowaniu 3D modele są renderowane w rzeczywistą fizyczną reprezentację 3D samych siebie, z pewnymi ograniczeniami co do tego, jak dokładnie model fizyczny może pasować do modelu wirtualnego.

Historia

Osobny artykuł: Historia animacji komputerowej

Williamowi Fetterowi przypisuje się ukucie terminu grafika komputerowa w 1961 roku, aby opisać swoją pracę w Boeingu . Jednym z pierwszych pokazów animacji komputerowej był Futureworld (1976), który zawierał animację ludzkiej twarzy i dłoni, która pierwotnie pojawiła się w eksperymentalnym filmie krótkometrażowym A Computer Animated Hand z 1971 roku , stworzonym przez studentów University of Utah, Edwina Catmulla i Freda Parke'a .

Oprogramowanie do grafiki komputerowej 3D zaczęło pojawiać się na komputerach domowych pod koniec lat siedemdziesiątych. Najwcześniejszym znanym przykładem jest 3D Art Graphics , zestaw efektów grafiki komputerowej 3D, napisany przez Kazumasę Mitazawę i wydany w czerwcu 1978 roku dla Apple II .

Przegląd

Proces produkcji grafiki komputerowej 3D dzieli się na trzy podstawowe fazy:

  1. Modelowanie 3D – proces tworzenia komputerowego modelu kształtu obiektu
  2. Układ i animacja CGI – rozmieszczenie i ruch obiektów (modeli, świateł itp.) w obrębie sceny
  3. Renderowanie 3D – obliczenia komputerowe, które na podstawie rozmieszczenia światła, typów powierzchni i innych cech generują (rasteryzują scenę) obraz

Modelowanie

Główny artykuł: modelowanie 3D

Model opisuje proces formowania kształtu obiektu. Dwa najpowszechniejsze źródła modeli 3D to te, które artysta lub inżynier tworzy na komputerze za pomocą pewnego rodzaju narzędzia do modelowania 3D , oraz modele zeskanowane do komputera z rzeczywistych obiektów (modelowanie wielokątne, modelowanie łat i modelowanie NURBS to niektóre popularne narzędzia używane w modelowaniu 3D). Modele można również wytwarzać proceduralnie lub za pomocą symulacji fizycznej . Zasadniczo model 3D jest tworzony z punktów zwanych wierzchołkami, które definiują kształt i tworzą wielokąty . Wielokąt to obszar utworzony z co najmniej trzech wierzchołków (trójkąt). Wielokąt złożony z n punktów to n-kąt. Ogólna integralność modelu i jego przydatność do wykorzystania w animacji zależą od struktury wielokątów.

Układ i animacja

Główny artykuł: animacja komputerowa

Przed renderowaniem w obraz obiekty muszą być ułożone w scenie . Definiuje relacje przestrzenne między obiektami, w tym lokalizację i rozmiar . Animacja odnosi się do czasowego opisu obiektu (tj. sposobu, w jaki obiekt się porusza i odkształca w czasie. Popularne metody obejmują klatki kluczowe , kinematykę odwrotną i przechwytywanie ruchu ). Techniki te są często stosowane w połączeniu. Podobnie jak w przypadku animacji, symulacja fizyczna określa również ruch.

Materiały i tekstury

Materiały i tekstury to właściwości używane przez silnik renderujący do renderowania modelu. Można dać modelowi materiały, aby powiedziały silnikowi renderującemu, jak traktować światło, gdy uderza ono w powierzchnię. Tekstury służą do nadania koloru materiałowi za pomocą mapy kolorów lub mapy albedo albo do nadania cech powierzchni za pomocą mapy wypukłości lub mapy normalności . Można go również wykorzystać do deformacji samego modelu za pomocą mapy przemieszczeń .

Wykonanie

Główny artykuł: renderowanie 3D

Renderowanie przekształca model w obraz albo poprzez symulację transportu światła w celu uzyskania fotorealistycznych obrazów, albo poprzez zastosowanie stylu artystycznego, jak w przypadku renderowania niefotorealistycznego . Dwie podstawowe operacje realistycznego renderowania to transport (ile światła dociera z jednego miejsca do drugiego) i rozpraszanie (jak powierzchnie oddziałują ze światłem). Ten krok jest zwykle wykonywany przy użyciu oprogramowania do grafiki komputerowej 3D lub interfejsu API grafiki 3D . Zmiana sceny w odpowiednią formę do renderowania obejmuje również projekcję 3D , która wyświetla trójwymiarowy obraz w dwóch wymiarach. Chociaż oprogramowanie do modelowania 3D i CAD może również wykonywać renderowanie 3D (np. Autodesk 3ds Max lub Blender ), istnieje również ekskluzywne oprogramowanie do renderowania 3D (np. Octane Rendering Engine firmy OTOY , Redshift firmy Maxon)

Oprogramowanie

Oprogramowanie do grafiki komputerowej 3D tworzy obrazy generowane komputerowo (CGI) poprzez modelowanie 3D i renderowanie 3D lub tworzy modele 3D do celów analitycznych, naukowych i przemysłowych.

Formaty plików

Główny artykuł: Lista formatów plików § Grafika 3D

Istnieje wiele odmian plików obsługujących grafikę 3D, na przykład pliki Wavefront .obj i pliki .x DirectX. Każdy typ pliku zazwyczaj ma swoją własną unikalną strukturę danych.

Dostęp do każdego formatu plików można uzyskać za pośrednictwem odpowiednich aplikacji, takich jak pliki DirectX i Quake . Alternatywnie, dostęp do plików można uzyskać za pomocą niezależnych programów innych firm lub poprzez ręczną dekompilację.

Modelowanie

Główny artykuł: oprogramowanie do modelowania 3D

Oprogramowanie do modelowania 3D to klasa oprogramowania do grafiki komputerowej 3D używanego do tworzenia modeli 3D. Poszczególne programy tej klasy nazywane są aplikacjami modelującymi lub modelerami.

Modelowanie 3D rozpoczyna się od opisania 3 modeli wyświetlania: punktów rysowania, rysowania linii i rysowania trójkątów oraz innych łat wielokątnych.

Narzędzia do modelowania 3D umożliwiają użytkownikom tworzenie i modyfikowanie modeli za pomocą siatki 3D . Użytkownicy mogą dodawać, odejmować, rozciągać i w inny sposób zmieniać siatkę według własnego uznania. Modele można oglądać pod różnymi kątami, zwykle jednocześnie. Modele można obracać, a widok można przybliżać i oddalać.

Modelarze 3D mogą eksportować swoje modele do plików , które następnie można importować do innych aplikacji, o ile metadane są kompatybilne. Wielu modelarzy umożliwia podłączenie importerów i eksporterów , aby mogli odczytywać i zapisywać dane w natywnych formatach innych aplikacji .

Większość programów do modelowania 3D zawiera szereg powiązanych funkcji, takich jak śledzenie promieni i inne alternatywy renderowania oraz narzędzia do mapowania tekstur . Niektóre zawierają również funkcje obsługujące lub umożliwiające animację modeli. Niektóre mogą być w stanie wygenerować pełnoekranowe wideo z serii renderowanych scen (np. animacja ).

Projektowanie wspomagane komputerowo (CAD)

Główny artykuł: Projektowanie wspomagane komputerowo

Oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo może wykorzystywać te same podstawowe techniki modelowania 3D, z których korzysta oprogramowanie do modelowania 3D, ale ich cel jest inny. Są one wykorzystywane w inżynierii wspomaganej komputerowo , produkcji wspomaganej komputerowo , analizie elementów skończonych , zarządzaniu cyklem życia produktu , druku 3D i projektowaniu architektonicznym wspomaganym komputerowo .

Narzędzia uzupełniające

Po wyprodukowaniu wideo studia następnie edytują lub komponują wideo za pomocą programów takich jak Adobe Premiere Pro lub Final Cut Pro na średnim poziomie lub Autodesk Combustion , Digital Fusion , Shake na wysokim poziomie. Oprogramowanie do przenoszenia jest powszechnie używane do dopasowywania wideo na żywo z wideo generowanym komputerowo, zapewniając synchronizację tych dwóch elementów podczas ruchu kamery.

Wykorzystanie komputerowych silników graficznych czasu rzeczywistego do stworzenia produkcji kinowej nazywa się machinima .

Różnice z innymi rodzajami grafiki komputerowej

Wyróżnienie od fotorealistycznej grafiki 2D

Zobacz także: Martwa natura § XXI wiek

Nie wszystkie grafiki komputerowe, które wydają się trójwymiarowe, są oparte na modelu szkieletowym . Grafika komputerowa 2D z fotorealistycznymi efektami 3D jest często uzyskiwana bez modelowania szkieletowego i czasami jest nie do odróżnienia w ostatecznej formie. Niektóre programy graficzne zawierają filtry, które można zastosować do grafiki wektorowej 2D lub grafiki rastrowej 2D na przezroczystych warstwach. Artyści wizualni mogą również kopiować lub wizualizować efekty 3D i ręcznie renderować fotorealistyczne efekty bez użycia filtrów.

Pseudo 3D i prawdziwy 3D

Główny artykuł: 2,5D

Niektóre gry wideo wykorzystują ograniczone projekcje środowisk trójwymiarowych, takie jak grafika izometryczna lub kamery wirtualne ze stałymi kątami , albo w celu poprawy wydajności silnika gry , albo ze względów stylistycznych i związanych z rozgrywką. Mówi się, że takie gry używają grafiki pseudo 3D . Z drugiej strony mówi się, że gry wykorzystujące grafikę komputerową 3D bez takich ograniczeń używają prawdziwego 3D .

Zobacz też

Grafika i oprogramowanie

Obszary zastosowania

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=3D_computer_graphics&oldid=1135197603 ”