3D grafika je co to je?

3D grafika je grafika, která využívá 3D reprezentaci geometrických tvarů (často kartézských) uložených v počítači pro účely výpočtu a vykreslování 2D obrázků. Takové obrázky lze uložit pro pozdější prohlížení nebo zobrazit v reálném čase.

Co to je?

3D počítačová grafika se spoléhá na mnoho stejných algoritmů jako 2D počítačový vektor v modelu drátového modelu a 2D počítačový rastr v konečném zobrazeném obrázku. V aplikacích počítačové grafiky mohou 2D programy používat 3D techniky k získání podobných efektů (například osvětlení) a 3D mohou používat 2D techniky Vykreslování.

3D grafika se často nazývá 3D modely. Kromě vykresleného obrazu je model obsažen v grafickém datovém souboru. Existují však rozdíly: trojrozměrný model je matematickou reprezentací nějakého trojrozměrného objektu. Není to technicky grafika, dokud se nezobrazí. Může být zobrazen vizuálně jako dvourozměrný obraz prostřednictvím procesu zvaného 3D vykreslování nebo použit v negrafických počítačových simulacích a výpočtech.

Při 3D tisku jsou tyto modely podobně převedeny na 3D fyzickou reprezentaci s omezeními, jak přesné může být Vykreslování pro virtuální model.

Historie technologie

3D grafický systém má poměrně dlouhou historii. William Fetter je od roku 1961 připočítán s termínem "počítačová grafika", který popisuje jeho práci v Boeingu. Jedním z prvních děl ve stylu počítačové animace byl Futureworld (1976), který zahrnoval animaci lidské tváře a ruky. Tato technologie se původně objevila v experimentálním krátkém filmu a Computer Animated Hand z roku 1972, který vytvořili studenti University of Utah Edwin Catmull a Fred Park. Od té chvíle je 3D grafika průlomovou technologií, která se nyní velmi aktivně vyvíjí.

Software pro 3D grafiku se začal objevovat pro domácí počítače koncem roku 1970. Nejdříve známým příkladem je 3D Art Graphics, sada 3D počítačových grafických efektů napsaná Kazumasa Mitazawa a vydaná v červnu 1978 pro Apple II.

Jak se to dělá?

Vytváření 3D grafiky je rozděleno do tří hlavních fází:

• 3D modelování - je proces vytváření počítačového modelu zobrazujícího tvar objektu.
• Rozložení a animace-umístění a přesun objektů uvnitř scény.
• 3D vykreslování-počítačové výpočty, které na základě uspořádání světla, typů povrchu a dalších vlastností generují obraz.

Modelování

Simulace popisuje proces vytváření tvaru objektu. Dvěma nejběžnější zdroje trojrozměrných modelů jsou následující:

• ty, které umělec nebo inženýr vytváří na počítači pomocí jakéhokoli nástroje pro 3D modelování;
• modely naskenované do počítače ze skutečných objektů.

Mohou být také vyrobeny procedurálně nebo pomocí fyzického modelování. Trojrozměrný model je v podstatě vytvořen z bodů zvaných vrcholy, které definují tvar a tvoří polygony. K tomu se používá konstrukce trojrozměrných grafů.

Mnohoúhelník je oblast tvořená nejméně třemi vrcholy (trojúhelník). Polygon n-bodů je zase n-gon. Integrita modelu obecně a jeho vhodnost pro animaci závisí na jeho struktuře. Aby byl funkční, je nutné správně vykreslit trojrozměrný graf.

Proces modelování

Existují tři běžné metody reprezentace modelu. Liší se takto:

• Polygonální-body v trojrozměrném prostoru, nazývané vrcholy, jsou spojeny segmenty a vytvářejí polygonální mřížku. Většina moderních 3D modelů je konstruována jako texturované polygonální modely, protože jsou flexibilní a počítače je mohou zobrazovat velmi rychle. Polygony jsou však ploché a mohou se přiblížit pouze křivým povrchům pomocí mnoha polygonů.
• Modelování křivek-povrchy jsou definovány křivkami ovlivněnými váženými kontrolními body. Křivka následuje (ale nemusí nutně interpolovat) body. Přírůstek hmotnosti pro bod přitáhne křivku blíže k ní. Typy křivek zahrnují nehomogenní racionální B-spline( NURBS), záplaty, spline a geometrické primitivy.
• Digitální-dosud relativně nová metoda modelování. Za posledních několik let se stala velmi populární.

Dnes existují tři typy digitálního modelování:

• Offset, který je nejrozšířenější v aplikacích. V tomto okamžiku se použije hustý model (často generovaný povrchy divizí polygonální řídicí sítě), který zachovává nové umístění pro umístění vrcholů pomocí obrazové mapy, která ukládá upravená umístění.
• Objemný, volně založený na voxelu, který má podobné schopnosti posunu, ale netrpí roztažením hranic, když není dostatek bodů k dosažení deformace objektu.
• Dynamická teselace je podobná voxelům, ale odděluje povrch triangulací, aby udržel hladký povrch a získal jemnější detaily.

Simulace lze provádět pomocí speciálního programu (například Cinema 4D, 3ds Max, Maya, Blender, Modo, LightWave) nebo aplikační komponenty (Shaper, Lofter ve 3ds Max), nebo pomocí nějakého jazyka popisu scény (jako v POV-Ray). Mezi těmito fázemi někdy neexistuje přísný rozdíl. V těchto případech je modelování 3D grafiky pouze součástí procesu vytváření scény.

Složité materiály, jako je pohybující se písek, mraky a stříkající kapaliny, jsou modelovány pomocí částicových systémů a jsou hmotou trojrozměrných souřadnic, kterým jsou přiřazeny body, polygony, textury nebo spirály.

Materiály a textury

Materiály a textury jsou vlastnosti, které vykreslovací modul používá k vytvoření modelu. V nezaujatém vykreslovacím modulu, jako jsou cykly mixéru, je možné nasměrovat motor na materiály modelu. Takto lze například nastavit, jak zpracovat světlo, když dopadne na povrch.

Textury se používají k tomu, aby materiál získal barvu pomocí mapy barev nebo albeda, nebo k přidání povrchových prvků pomocí mapy nepravidelností nebo normálů. Může být také použit k úpravě samotného modelu podle tvaru pomocí mapy posunutí. Přestože jsou tyto procesy vytvářeny vytvářením trojrozměrných grafů, mají silný vliv.

Rozložení a animace

Před vykreslením do obrázku musí být objekty umístěny do kompozice. To určuje prostorové vztahy mezi různými objekty, včetně jejich velikosti a umístění. Animace je dočasný popis objektu (to znamená, jak se pohybuje a deformuje v čase). Mezi běžné techniky patří rámování, inverzní kinematika a zachycení pohybu. Tyto metody jsou často používány v kombinaci, a mají přímý vliv na 3D grafický výkon. Stejně jako u animací určuje fyzikální modelování také pohyb.

Co je Vykreslování?

Vykreslení změní model na obraz napodobením přenosu světla a vytvoří fotorealistické obrazy buď použitím umělecký styl, jako při nefotorealistickém Vykreslování.

V realistickém Vykreslování jsou dvěma hlavními operacemi přenos (kolik světla dopadá z jednoho místa na druhé) a rozptyl (interakce povrchů se světlem).

Tento krok se zpravidla provádí pomocí programové vybavení pro počítačovou 3D grafiku nebo API pro ni. Změna scény na tvar vhodný pro vykreslení také zahrnuje 3D projekci zobrazující 3D obraz ve dvou rozměrech. Zatímco 3D modelování a CAD mohou také provádět 3D vykreslování (například Autodesk 3ds Max nebo Blender), existuje také exkluzivní 3D vykreslovací software.

Programové vybavení

3D grafické programy vytvářejí počítačové obrazy (CGI) pomocí 3D modelování a Vykreslování. Nebo vytvářejí modely pro analytické, vědecké a průmyslové účely.

Aplikace pro 3D modelování jsou třídou softwaru pro 3D počítačovou grafiku používanou k vytváření 3D modelů. Jednotlivé programy této třídy se nazývají modelovací služby nebo vývojáři modelů.

Tyto služby umožňují uživatelům implementovat a upravovat modely pomocí 3D mřížky. Takže umělci mohou odečíst, přidat, natáhnout a změnit mřížku tak, jak chtějí. Modely lze prohlížet z různých úhlů, obvykle současně. Mohou být otočeny a pohled může být zvětšen a snížen.

Většina 3D programů obsahuje řadu souvisejících možností, jako jsou sledovače paprsků a další alternativy Vykreslování a nástroje pro překrytí textury. Některé také nabízejí funkce, které podporují nebo umožňují animaci modelů. Řada z nich může být schopna generovat video s plným pohybem ze série vykreslených scén (tj.

Počítačem podporované návrhové systémy

3D grafika je výsledkem interakce různých služeb. Programové vybavení pro automatizované návrh může používat stejné základní metody jako software pro samotné modelování, ale jejich účel je jiný. Používají se v počítačovém inženýrství, automatizované výrobě, analýze konečných prvků, řízení životního cyklu produktu, 3D tisku a automatizovaném architektonickém designu.

Další nástroje

Jakmile je video vyrobeno, studia jej poté upraví nebo zkombinují pomocí programů, jako je Adobe Premiere Pro nebo Final Cut Pro na střední úrovni, nebo Autodesk Combustion, Digital Fusion nebo Shake na vysoké úrovni. Software pro porovnávání pohyblivých obrázků se obvykle používá pro živou montáž s počítačem generovaným videem a synchronizuje je, jak se kamera pohybuje.

Komunita

Existuje mnoho webů zaměřených na vývojáře softwaru, ale existují i samostatné Amatérské zdroje. Tyto komunity umožňují členům hledat radu, zveřejňovat návody, poskytovat recenze produktů nebo zveřejňovat příklady své vlastní práce.

Rozdíly od jiných typů počítačové grafiky

Ne všechny počítačové grafiky, které se objevují ve 3D, jsou založeny na modelu drátového modelu. Jeho dvourozměrná variace s trojrozměrnými fotorealistickými efekty je často dosažena bez rámcového modelování a někdy je v konečné podobě nerozeznatelná. Některé grafické programy zahrnují filtry, které lze použít na 2D vektorovou nebo 2D rastrovou grafiku na průhledných vrstvách. Vizuální umělci mohou také kopírovat nebo vizualizovat 3D obrázky a ručně vytvářet fotorealistické efekty bez použití filtrů.

Skutečný režim 3D grafiky ve videu a animaci však pro lepší prohlížení nejčastěji vyžaduje speciální vybavení (brýle.

Pseudo-3D a skutečné 3D

Některé videohry používají omezené projekce 3D prostředí, jako je izometrická grafika nebo virtuální kamery s pevným úhlem vytvořené pro zvýšení výkonu herního enginu nebo pro stylistické a herní úkoly. Předpokládá se, že takové hry používají pseudo-3D grafiku.

Výkon 3D grafiky a her vytvořených simulací se výrazně liší.