3D počítačová grafika -3D computer graphics

3D počítačová grafika , někdy nazývaná CGI , 3D-CGI nebo trojrozměrná počítačová grafika (na rozdíl od 2D počítačové grafiky ), je grafika, která využívá trojrozměrnou reprezentaci geometrických dat (často kartézských ), která jsou uložena v počítači pro účely provádění výpočtů a vykreslování 2D obrázků . Výsledné obrázky mohou být uloženy pro pozdější prohlížení (případně jako animace ) nebo zobrazeny v reálném čase . Na rozdíl od 3D filmu a podobných technik je výsledek dvourozměrný, bez iluze celistvosti.

3D počítačová grafika se spoléhá na mnoho stejných algoritmů jako 2D počítačová vektorová grafika v drátovém modelu a 2D počítačová rastrová grafika v konečném vykresleném zobrazení. V počítačovém grafickém softwaru mohou 2D aplikace používat 3D techniky k dosažení efektů, jako je osvětlení , a podobně může 3D používat některé techniky 2D vykreslování.

Objekty ve 3D počítačové grafice jsou často označovány jako 3D modely . Na rozdíl od vykresleného obrázku jsou data modelu obsažena v souboru grafických dat. 3D model je matematická reprezentace jakéhokoli trojrozměrného objektu; model není technicky grafika , dokud není zobrazen. Model lze zobrazit vizuálně jako dvourozměrný obrázek pomocí procesu zvaného 3D rendering nebo jej lze použít v negrafických počítačových simulacích a výpočtech. Pomocí 3D tisku jsou modely vykreslovány do skutečné 3D fyzické reprezentace sebe sama, s určitými omezeními, pokud jde o to, jak přesně se fyzický model může shodovat s virtuálním modelem.

Dějiny

William Fetter byl připočítán s vytvořením termínu počítačová grafika v roce 1961 popisovat jeho práci u Boeing . Jednou z prvních ukázek počítačové animace byl Futureworld (1976), který zahrnoval animaci lidské tváře a ruky, která se původně objevila v experimentálním krátkém filmu A Computer Animated Hand z roku 1971 , který vytvořili studenti University of Utah Edwin Catmull a Fred Parke . .

Software pro 3D počítačovou grafiku se pro domácí počítače začal objevovat koncem 70. let. Nejstarším známým příkladem je 3D Art Graphics , soubor 3D efektů počítačové grafiky, napsaný Kazumasou Mitazawou a vydaný v červnu 1978 pro Apple II .

Přehled

Pracovní postup výroby 3D počítačové grafiky spadá do tří základních fází:

  1. 3D modelování – proces vytváření počítačového modelu tvaru objektu
  2. Layout a CGI animace – umístění a pohyb objektů (modelů, světel atd.) v rámci scény
  3. 3D rendering – počítačové výpočty, které na základě umístění světla, typu povrchu a dalších kvalit generují (rastrují scénu do) obrazu

Modelování

Model popisuje proces formování tvaru předmětu. Dva nejběžnější zdroje 3D modelů jsou ty, které umělec nebo inženýr vytvoří na počítači pomocí nějakého nástroje pro 3D modelování , a modely naskenované do počítače z objektů reálného světa (některé populární jsou polygonální modelování, modelování záplat a modelování NURBS). nástroje používané při 3D modelování). Modely lze také vytvářet procedurálně nebo pomocí fyzikální simulace . 3D model je v podstatě tvořen z bodů zvaných vrcholy, které definují tvar a tvoří polygony . Mnohoúhelník je oblast tvořená alespoň třemi vrcholy (trojúhelníkem). Mnohoúhelník o n bodech je n-úhelník. Celková integrita modelu a jeho vhodnost pro použití v animaci závisí na struktuře polygonů.

Layout a animace

Před vykreslením do obrázku musí být objekty rozmístěny ve scéně . To definuje prostorové vztahy mezi objekty, včetně umístění a velikosti . Animace odkazuje na časový popis objektu (tj. jak se pohybuje a deformuje v průběhu času. Mezi oblíbené metody patří klíčové snímky , inverzní kinematika a zachycení pohybu ). Tyto techniky se často používají v kombinaci. Stejně jako u animace, fyzická simulace také specifikuje pohyb.

Materiály a textury

Materiály a textury jsou vlastnosti, které vykreslovací modul používá k vykreslení modelu. Dá se dát modelovým materiálům, aby řekli renderovacímu enginu, jak zacházet se světlem, když dopadne na povrch. Textury se používají k tomu, aby dodaly materiálu barvu pomocí barevné nebo albedo mapy, nebo daly povrchu vlastnosti pomocí nárazové mapy nebo normální mapy . Lze jej také použít k deformaci samotného modelu pomocí mapy přemístění .

Vykreslování

Rendering převede model na obrázek buď simulací přenosu světla , aby se získaly fotorealistické obrázky, nebo použitím uměleckého stylu jako u nefotorealistického vykreslování . Dvě základní operace v realistickém vykreslování jsou transport (kolik světla se dostane z jednoho místa na druhé) a rozptyl (jak povrchy interagují se světlem). Tento krok se obvykle provádí pomocí softwaru pro 3D počítačovou grafiku nebo 3D grafického rozhraní API . Úprava scény do vhodné formy pro rendering zahrnuje také 3D projekci , která zobrazuje trojrozměrný obraz ve dvou rozměrech. Přestože software pro 3D modelování a CAD může také provádět 3D vykreslování (např. Autodesk 3ds Max nebo Blender ), existuje také exkluzivní software pro vykreslování 3D (např. Octane Rendering Engine společnosti OTOY , Redshift společnosti Maxon)

Software

Software pro 3D počítačovou grafiku vytváří počítačem generované snímky (CGI) prostřednictvím 3D modelování a 3D vykreslování nebo vytváří 3D modely pro analytické, vědecké a průmyslové účely.

Formáty souborů

Existuje mnoho druhů souborů podporujících 3D grafiku, například soubory .obj Wavefront a soubory .x DirectX. Každý typ souboru má obecně tendenci mít svou vlastní jedinečnou datovou strukturu.

Ke každému formátu souboru lze přistupovat prostřednictvím příslušných aplikací, jako jsou soubory DirectX a Quake . Alternativně lze k souborům přistupovat prostřednictvím samostatných programů třetích stran nebo pomocí ruční dekompilace.

Modelování

Software pro 3D modelování je třída softwaru pro 3D počítačovou grafiku používaného k výrobě 3D modelů. Jednotlivé programy této třídy se nazývají modelovací aplikace nebo modeláři.

3D modeláři umožňují uživatelům vytvářet a upravovat modely prostřednictvím jejich 3D sítě . Uživatelé mohou síť přidávat, odečítat, natahovat a jinak měnit podle svého přání. Modely lze prohlížet z různých úhlů, obvykle současně. Modely lze otáčet a pohled lze přibližovat a oddalovat.

3D modeláři mohou exportovat své modely do souborů , které pak mohou být importovány do jiných aplikací, pokud jsou metadata kompatibilní. Mnoho modelářů umožňuje připojení importérů a exportérů , takže mohou číst a zapisovat data v nativních formátech jiných aplikací.

Většina 3D modelářů obsahuje řadu souvisejících funkcí, jako jsou ray tracery a další alternativy vykreslování a zařízení pro mapování textur . Některé také obsahují funkce, které podporují nebo umožňují animaci modelů. Někteří mohou být schopni generovat plně pohyblivé video ze série vykreslených scén (tj . animace ).

Počítačem podporované navrhování (CAD)

Počítačově podporovaný návrhářský software může využívat stejné základní techniky 3D modelování, jaké používá software pro 3D modelování, ale jejich cíl se liší. Používají se v počítačově podporovaném inženýrství , počítačově podporované výrobě , analýze konečných prvků , řízení životního cyklu produktu , 3D tisku a počítačově podporovaném architektonickém navrhování .

Doplňkové nástroje

Po vytvoření videa pak studia upravují nebo skládají video pomocí programů, jako je Adobe Premiere Pro nebo Final Cut Pro na střední úrovni nebo Autodesk Combustion , Digital Fusion , Shake na vyšší úrovni. Software Match moveing ​​se běžně používá ke spárování živého videa s videem generovaným počítačem, přičemž tyto dva soubory jsou synchronizovány, když se kamera pohybuje.

Použití motorů počítačové grafiky v reálném čase k vytvoření filmové produkce se nazývá machinima .

Rozdíly oproti jiným typům počítačové grafiky

Rozdíl od fotorealistické 2D grafiky

Ne všechna počítačová grafika, která se jeví jako 3D, je založena na drátovém modelu . 2D počítačová grafika s 3D fotorealistickými efekty se často dosahuje bez drátěného modelování a někdy je ve finální podobě nerozeznatelná. Některé grafické programy obsahují filtry, které lze použít na 2D vektorovou grafiku nebo 2D rastrovou grafiku na průhledných vrstvách. Výtvarní umělci mohou také kopírovat nebo vizualizovat 3D efekty a ručně vykreslovat fotorealistické efekty bez použití filtrů.

Pseudo 3D a skutečné 3D

Některé videohry používají omezené projekce trojrozměrných prostředí, jako je izometrická grafika nebo virtuální kamery s pevnými úhly , buď jako způsob, jak zlepšit výkon herního enginu nebo pro stylistické a herní záležitosti. Takové hry prý používají pseudo 3D grafiku. Naproti tomu hry využívající 3D počítačovou grafiku bez takových omezení údajně využívají skutečné 3D .

Viz také

Reference

externí odkazy