Obrazy generowane komputerowo
 |
Trójwymiarowa (3D) grafika komputerowa |
|---|
| Podstawy |
| Podstawowe zastosowania |
| powiązane tematy |
Obrazowanie generowane komputerowo ( CGI ) to specyficzna technologia lub zastosowanie grafiki komputerowej do tworzenia lub ulepszania obrazów w sztuce , mediach drukowanych , symulatorach , filmach i grach wideo . Te obrazy są albo statyczne (tzn. nieruchome obrazy ) albo dynamiczne (tj. ruchome obrazy ). CGI odnosi się zarówno do grafiki komputerowej 2D , jak i (częściej) grafiki komputerowej 3D w celu projektowania postaci, wirtualnych światów lub scen i efektów specjalnych (w filmach , programach telewizyjnych , reklamach itp.). Zastosowanie CGI do tworzenia/ulepszania animacji nazywa się animacją komputerową lub animacją CGI .
Historia
Pierwszym filmem fabularnym, w którym wykorzystano CGI, był film Westworld z 1973 roku . Inne wczesne filmy, które wykorzystywały CGI, to Star Wars (1977), Tron (1982), Golgo 13: The Professional (1983), The Last Starfighter (1984), Young Sherlock Holmes (1985) i Flight of the Navigator (1986). Pierwszym teledyskiem , w którym wykorzystano CGI, był wielokrotnie nagradzany utwór Dire Straits „ Money for Nothing ” (1985), którego sukces odegrał kluczową rolę w nadaniu temu procesowi głównego nurtu.
Ewolucja CGI doprowadziła do powstania w latach 90. wirtualnej kinematografii , w której wizja symulowanej kamery nie jest ograniczona prawami fizyki. Dostępność oprogramowania CGI i zwiększona prędkość komputerów pozwoliły indywidualnym artystom i małym firmom na produkcję profesjonalnych filmów, gier i dzieł sztuki z ich domowych komputerów.
Statyczne obrazy i krajobrazy
Obrazy animowane nie tylko stanowią część obrazów generowanych komputerowo; Naturalnie wyglądające krajobrazy (takie jak krajobrazy fraktalne ) są również generowane za pomocą algorytmów komputerowych . Prostym sposobem generowania powierzchni fraktalnych jest wykorzystanie rozszerzenia metody siatki trójkątów , polegającej na konstrukcji jakiegoś szczególnego przypadku krzywej de Rhama , np. przesunięcia punktu środkowego . Na przykład algorytm może zaczynać się od dużego trójkąta, a następnie rekurencyjnie powiększać, dzieląc go na cztery mniejsze trójkąty Sierpińskiego , a następnie interpolować wysokość każdego punktu od najbliższych sąsiadów. Stworzenie powierzchni Browna można osiągnąć nie tylko poprzez dodanie szumu w miarę tworzenia nowych węzłów, ale także poprzez dodanie dodatkowego szumu na wielu poziomach siatki. W ten sposób można utworzyć mapę topograficzną o różnych poziomach wysokości przy użyciu stosunkowo prostych algorytmów fraktalnych. Niektóre typowe, łatwe do zaprogramowania fraktale używane w CGI to fraktal plazmowy i bardziej dramatyczny fraktal uskoku .
Zbadano i opracowano wiele konkretnych technik w celu uzyskania wysoce ukierunkowanych efektów generowanych komputerowo - np. wykorzystanie określonych modeli do reprezentowania chemicznego wietrzenia kamieni w celu modelowania erozji i uzyskania „wyglądu postarzenia” dla danej powierzchni opartej na kamieniu.
Sceny architektoniczne
Współcześni architekci korzystają z usług firm zajmujących się grafiką komputerową do tworzenia trójwymiarowych modeli zarówno dla klientów, jak i budowniczych. Te generowane komputerowo modele mogą być dokładniejsze niż tradycyjne rysunki. Animacja architektoniczna (która zapewnia animowane filmy przedstawiające budynki zamiast interaktywnych obrazów) może być również wykorzystana do zobaczenia możliwego związku budynku z otoczeniem i otaczającymi go budynkami. Przetwarzanie przestrzeni architektonicznych bez użycia narzędzi z papieru i ołówka jest obecnie powszechnie akceptowaną praktyką w wielu wspomaganych komputerowo systemach projektowania architektonicznego.
Narzędzia do modelowania architektonicznego pozwalają architektowi wizualizować przestrzeń i przeprowadzać „przejścia” w sposób interaktywny, zapewniając w ten sposób „interaktywne środowiska” zarówno na poziomie urbanistycznym, jak i budowlanym. Specyficzne zastosowania w architekturze obejmują nie tylko specyfikację konstrukcji budowlanych (takich jak ściany i okna) oraz przejścia, ale także wpływ światła i wpływ światła słonecznego na określony projekt w różnych porach dnia.
Narzędzia do modelowania architektonicznego w coraz większym stopniu opierają się na Internecie. Jednak jakość systemów internetowych wciąż nie nadąża za zaawansowanymi systemami modelowania wewnętrznego.
W niektórych aplikacjach obrazy generowane komputerowo są używane do „inżynierii wstecznej” budynków historycznych. Na przykład wygenerowana komputerowo rekonstrukcja klasztoru w Georgenthal w Niemczech pochodzi z ruin klasztoru, ale zapewnia widzowi „wygląd i styl”, jak budynek wyglądałby w tamtych czasach.
Modele anatomiczne
Wygenerowane komputerowo modele używane w animacji szkieletu nie zawsze są anatomicznie poprawne. Jednak organizacje takie jak Scientific Computing and Imaging Institute opracowały anatomicznie poprawne modele komputerowe. Wygenerowane komputerowo modele anatomiczne mogą być wykorzystywane zarówno do celów instruktażowych, jak i operacyjnych. Do tej pory duża liczba obrazów medycznych wykonanych przez artystów jest nadal używana przez studentów medycyny, na przykład obrazy autorstwa Franka H. Nettera , np. Obrazy serca . Jednak dostępnych jest wiele modeli anatomicznych online.
Zdjęcie rentgenowskie pojedynczego pacjenta nie jest obrazem generowanym komputerowo, nawet jeśli jest zdigitalizowane. Jednak w zastosowaniach, które obejmują tomografię komputerową , trójwymiarowy model jest automatycznie tworzony z wielu jednowarstwowych zdjęć rentgenowskich, tworząc „obraz generowany komputerowo”. Aplikacje wykorzystujące obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego łączą również szereg „migawek” (w tym przypadku za pomocą impulsów magnetycznych) w celu wytworzenia złożonego, wewnętrznego obrazu.
W nowoczesnych zastosowaniach medycznych modele specyficzne dla pacjenta są konstruowane w „chirurgii wspomaganej komputerowo”. Na przykład w przypadku całkowitej alloplastyki stawu kolanowego do dokładnego zaplanowania operacji można wykorzystać konstrukcję szczegółowego modelu specyficznego dla pacjenta. Te trójwymiarowe modele są zwykle wyodrębniane z wielu tomografii komputerowej odpowiednich części własnej anatomii pacjenta. Takie modele mogą być również wykorzystywane do planowania zastawki aortalnej , jednej z powszechnych procedur leczenia chorób serca . Biorąc pod uwagę, że kształt, średnica i położenie wieńcowych mogą się znacznie różnić w zależności od pacjenta, ekstrakcja (z tomografii komputerowej ) modelu, który bardzo przypomina anatomię zastawki pacjenta, może być bardzo korzystna w planowaniu zabiegu.
Zdjęcia tkanin i skóry
Modele tkanin ogólnie dzielą się na trzy grupy:
- Struktura geometryczno-mechaniczna na skrzyżowaniu przędzy
- Mechanika ciągłych arkuszy sprężystych
- Geometryczne cechy makroskopowe tkaniny.
Do tej pory sprawienie, by ubrania o cyfrowej postaci automatycznie składały się w naturalny sposób, pozostaje wyzwaniem dla wielu animatorów.
Oprócz wykorzystania w filmach, reklamach i innych sposobach publicznego wyświetlania, generowane komputerowo obrazy odzieży są obecnie rutynowo wykorzystywane przez czołowe firmy projektowe.
Wyzwanie związane z renderowaniem obrazów ludzkiej skóry obejmuje trzy poziomy realizmu:
- Fotorealizm w przypominaniu prawdziwej skóry na poziomie statycznym
- Fizyczny realizm przypominający jego ruchy
- Funkcjonalny realizm przypominający jego reakcję na działania.
Najdrobniejsze widoczne cechy, takie jak drobne zmarszczki i pory skóry , mają wielkość około 100 µm lub 0,1 milimetra . Skórę można modelować jako 7- wymiarową dwukierunkową funkcję tekstury (BTF) lub zbiór dwukierunkowej funkcji rozkładu rozproszenia (BSDF) na powierzchniach celu.
Interaktywna symulacja i wizualizacja
Wizualizacja interaktywna to renderowanie danych, które mogą zmieniać się dynamicznie i umożliwia użytkownikowi przeglądanie danych z wielu perspektyw. Obszary zastosowań mogą się znacznie różnić, od wizualizacji wzorców przepływu w dynamice płynów po określone aplikacje do projektowania wspomaganego komputerowo . Renderowane dane mogą odpowiadać określonym scenom wizualnym, które zmieniają się w miarę interakcji użytkownika z systemem — np. symulatory, takie jak symulatory lotu , szeroko wykorzystują techniki CGI do przedstawiania świata.
Na poziomie abstrakcyjnym interaktywny proces wizualizacji obejmuje „potok danych”, w którym surowe dane są zarządzane i filtrowane do postaci nadającej się do renderowania. Nazywa się to często „danymi wizualizacji” . Dane wizualizacji są następnie odwzorowywane na „reprezentację wizualizacji”, którą można wprowadzić do systemu renderującego. Nazywa się to zwykle „reprezentacją możliwą do renderowania” . Ta reprezentacja jest następnie renderowana jako możliwy do wyświetlenia obraz. Gdy użytkownik wchodzi w interakcję z systemem (np. używając joysticka do zmiany swojej pozycji w wirtualnym świecie), surowe dane są przesyłane przez potok w celu utworzenia nowego renderowanego obrazu, co często sprawia, że wydajność obliczeniowa w czasie rzeczywistym jest kluczowym czynnikiem w takich aplikacjach .
Animacja komputerowa
Podczas gdy generowane komputerowo obrazy krajobrazów mogą być statyczne, animacja komputerowa ma zastosowanie tylko do obrazów dynamicznych, które przypominają film. Jednak ogólnie termin animacja komputerowa odnosi się do dynamicznych obrazów, które nie pozwalają na interakcję użytkownika, a termin świat wirtualny jest używany do interaktywnych animowanych środowisk.
Animacja komputerowa jest zasadniczo cyfrowym następcą sztuki animacji poklatkowej modeli 3D i animacji klatka po klatce ilustracji 2D. Animacje generowane komputerowo są bardziej kontrolowane niż inne procesy bardziej fizyczne, takie jak konstruowanie miniatur do ujęć z efektami lub zatrudnianie statystów do scen z tłumem, a także dlatego, że umożliwiają tworzenie obrazów, które nie byłyby wykonalne przy użyciu żadnej innej technologii. Może również pozwolić pojedynczemu grafikowi na wyprodukowanie takiej treści bez użycia aktorów, drogich scenografii lub rekwizytów.
Aby stworzyć iluzję ruchu, obraz jest wyświetlany na ekranie komputera i wielokrotnie zastępowany nowym obrazem, który jest podobny do poprzedniego, ale nieznacznie przyspieszony w dziedzinie czasu (zwykle z szybkością 24 lub 30 klatek na sekundę). . Technika ta jest identyczna z techniką uzyskiwania iluzji ruchu za pomocą telewizji i filmów .
Wirtualne światy
Świat wirtualny jest opartym na agentach i symulowanym środowiskiem umożliwiającym użytkownikom interakcję ze sztucznie animowanymi postaciami (np. agentem programowym ) lub z innymi użytkownikami fizycznymi za pomocą awatarów . Wirtualne światy są przeznaczone dla użytkowników do zamieszkania i interakcji, a termin ten stał się dziś w dużej mierze synonimem interaktywnych wirtualnych środowisk 3D, w których użytkownicy przyjmują postać awatarów widocznych dla innych graficznie. Te awatary są zwykle przedstawiane jako tekstowe, dwuwymiarowe lub trójwymiarowe reprezentacje graficzne, chociaż możliwe są inne formy (na przykład wrażenia słuchowe i dotykowe). Niektóre, ale nie wszystkie, wirtualne światy pozwalają na wielu użytkowników.
Na salach sądowych
Obrazy generowane komputerowo są wykorzystywane na salach sądowych głównie od początku XXI wieku. Jednak niektórzy eksperci twierdzą, że jest to szkodliwe. Służą one pomocy sędziom lub ławie przysięgłych w lepszej wizualizacji sekwencji zdarzeń, dowodów lub hipotez. Jednak badanie z 1997 roku wykazało, że ludzie są słabymi intuicyjnymi fizykami i łatwo ulegają wpływom obrazów generowanych komputerowo. Dlatego tak ważne jest uświadomienie jurorom i innym decydentom prawnym, że takie eksponaty są jedynie przedstawieniem jednej potencjalnej sekwencji zdarzeń.
Transmisje i wydarzenia na żywo
Wizualizacje pogodowe były pierwszym zastosowaniem CGI w telewizji. Obecnie w przypadku prognozowania pogody powszechne stało się wyświetlanie pełnoekranowych obrazów wideo zarejestrowanych w czasie rzeczywistym z wielu kamer i innych urządzeń do przetwarzania obrazu. W połączeniu z trójwymiarowymi symbolami graficznymi i odwzorowanymi na wspólny wirtualny model geoprzestrzenny, te animowane wizualizacje stanowią pierwsze prawdziwe zastosowanie CGI w telewizji.
CGI stało się powszechne w transmisjach sportowych. Obiekty sportowe i rozrywkowe są wyposażone w przezroczyste i nakładane treści za pośrednictwem śledzonych transmisji z kamery w celu lepszego oglądania przez publiczność. Przykłady obejmują żółtą linię „ pierwszej próby ” widzianą w transmisjach telewizyjnych z meczów futbolu amerykańskiego , pokazującą linię, którą drużyna ofensywna musi przekroczyć, aby otrzymać pierwszą próbę. CGI jest również używany w związku z piłką nożną i innymi wydarzeniami sportowymi do wyświetlania reklam komercyjnych nałożonych na widok pola gry. Sekcje rugby i krykieta również wyświetlają sponsorowane obrazy. Transmisje telewizyjne dotyczące pływania często dodają linię w poprzek torów, aby wskazać pozycję obecnego rekordzisty w trakcie wyścigu, aby umożliwić widzom porównanie bieżącego wyścigu z najlepszymi wynikami. Inne przykłady obejmują śledzenie krążków hokejowych i adnotacje dotyczące osiągów samochodów wyścigowych i trajektorii piłek do snookera. Czasami CGI w telewizji z prawidłowym dopasowaniem do świata rzeczywistego jest określane jako rozszerzona rzeczywistość .
Przechwytywanie ruchu
Obrazy generowane komputerowo są często używane w połączeniu z przechwytywaniem ruchu, aby lepiej pokryć błędy związane z CGI i animacją. Obrazy generowane komputerowo są ograniczone w praktycznym zastosowaniu ze względu na to, jak realistycznie mogą wyglądać. Nierealistyczne lub źle zarządzane obrazy generowane komputerowo mogą skutkować Doliny Niesamowitości . Efekt ten odnosi się do ludzkiej zdolności rozpoznawania rzeczy, które wyglądają niesamowicie jak ludzie, ale są nieco inne. Taka zdolność jest wadą normalnych obrazów generowanych komputerowo, które ze względu na złożoną anatomię ludzkiego ciała często nie są w stanie odtworzyć ich doskonale. Tutaj do gry wchodzi motion-capture. Artyści mogą użyć sprzętu do przechwytywania ruchu, aby uzyskać materiał filmowy przedstawiający człowieka wykonującego czynność, a następnie odtworzyć go doskonale za pomocą obrazów generowanych komputerowo, aby wyglądał normalnie.
Brak anatomicznie poprawnych modeli cyfrowych przyczynia się do konieczności przechwytywania ruchu, ponieważ jest ono używane z obrazami generowanymi komputerowo. Ponieważ obraz generowany komputerowo odzwierciedla tylko zewnętrzną stronę lub skórę renderowanego obiektu, nie udaje mu się uchwycić nieskończenie małych interakcji między zazębiającymi się grupami mięśni wykorzystywanymi do precyzyjnej kontroli motorycznej, takiej jak mówienie. Ciągły ruch twarzy podczas wydawania dźwięków za pomocą ukształtowanych ust i ruchu języka, a także mimika twarzy towarzysząca mówieniu są trudne do odtworzenia ręcznie. Przechwytywanie ruchu może uchwycić podstawowy ruch mięśni twarzy i lepiej odtworzyć obraz towarzyszący dźwiękowi, jak Thanos Josha Brolina.
Zobacz też
- modelowanie 3d
- Korporacja Badawcza Kina
- Cieniowanie Cel
- Studio anime
- Baza animacji
- Lista filmów animowanych komputerowo
- Obraz cyfrowy
- Renderowanie równoległe
- Photoshop to standardowe w branży narzędzie do komercyjnej edycji zdjęć cyfrowych.
- GIMP , aplikacja do edycji zdjęć cyfrowych firmy FOSS .
- Poser DIY CGI zoptymalizowany pod kątem miękkich modeli
- Śledzenie promieni (grafika)
- Grafika komputerowa w czasie rzeczywistym
- Shader
- Wirtualny człowiek
- Wirtualne studio
- Wirtualny fizjologiczny człowiek
Cytaty
Źródła
- Begault, Durand R. (1994). Dźwięk 3D dla rzeczywistości wirtualnej i multimediów . Profesjonalista AP. ISBN 978-0-1208-4735-8 .
- Biocca, Frank; Opłata, Mark R. (1995). Komunikacja w dobie wirtualnej rzeczywistości . Wspólnicy Lawrence'a Erlbauma. ISBN 978-0-8058-1549-8 .
- Peitgen, Heinz-Otto; Jürgens, Hartmut; Saupe, Dietmar (2004). Chaos i fraktale: nowe granice nauki . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-20229-7 .
- Sondermann, Horst (2008). Light Shadow Space: Renderowanie architektoniczne w Cinema 4D . Wiedeń: Springer. ISBN 978-3-211-48761-7 .
Linki zewnętrzne
|
Zasoby biblioteczne dotyczące obrazów generowanych komputerowo |
- A Critical History of Computer Graphics and Animation – strona kursu na Uniwersytecie Stanowym Ohio , która zawiera wszystkie materiały kursowe oraz obszerne materiały dodatkowe (filmy, artykuły, linki).
- CG101: Odniesienie do branży grafiki komputerowej ISBN 073570046X Wyjątkowe i osobiste historie wczesnej produkcji grafiki komputerowej oraz obszerne podstawy branży dla wszystkich poziomów czytania.
- Bogowie F/X , Anne Thompson, Wired, luty 2005.
- „Historia przechodzi metamorfozę grafiki komputerowej” Tayfun King, Click , BBC World News (19.11.2004)
- Galeria widzialnych ludzi NIH
