29.6. Тривимірна графіка

Тривимірна графіка призначена для імітації фотографування або відеозйомки тривимірних образів об'єктів, які можуть бути попередньо підготовлені у пам'яті комп'ютера.

При використанні засобів тривимірної графіки синтез зображень виконується за алгоритмом, що містить:

• попередню підготовку;

• створення геометричної моделі сцени;

• налаштування освітлення та знімальних камер;

• підготовка та призначення матеріалів;

• візуалізація сцени.

Перші чотири пункти є підготовчими, а останній власне формує зображення.

Попередня підготовка. На цьому етапі складається вміст сцени. Треба передбачити всі об'єкти та їх деталі, тому бажано мати намальований ескіз.

Створення геометричної моделі сцени. Будуються тривимірні геометричні моделі об'єктів, що мають ширину, довжину та висоту. Об'єкти розташовуються у тривимірному просторі, причому їх можна вкладати у середину інших об'єктів. Набір інструментів по створенню геометричних моделей називається геометричним конструктором сцен. Після створення геометричної моделі, сцену можна розглядати з будь-якого ракурсу.

Робота над композицією: світло та камери. Відбувається налаштування моделей джерел освітлення та розставляння знімальних камер. Правильний підбір джерел освітлення дозволяє виконати імітацію фотографування сцени в будь-яких умовах освітлення. Освітлення всіх об'єктів, їхні тіні та відблиски світла розраховуються програмою автоматично. Моделі знімальних камер надають можливості розглядати тривимірну сцену та виконувати її зйомку під будь-яким кутом зору.

Підготовка та призначення матеріалів. Виконується робота, що забезпечує візуальну правдивість сцени та наближує якість зображення до реальної фотографії. В наш час є великі можливості по створенню нових матеріалів або вибору готових матеріалів із бібліотек, що розповсюджуються на CD- дисках або Інтернеті.

Працюючи з матеріалами, можна налаштовувати їх властивості, зокрема, силу відблискування, прозорість, самовипромінювання, дзеркальність, рельєфність. У склад матеріалів можна вміщувати фотографії реальних об'єктів навколишнього світу. Окрім того, фотографії можна використовувати у якості фону сцени.

Візуалізація сцени, тобто формування сцени, що займає досить довгий час, який залежить від складності сцени та швидкодії комп'ютера.

На етапі візуалізації програма розраховує та наносить на зображення всі тіні, відблиски, взаємне відбивання об'єктів. Для підвищення достовірності зображення можна створити імітацію природних явищ (дим, туман, полум'я).

Вигаданий світ, створений таким чином, називається віртуальним, тобто потенційно можливим. На питання, чи не простіше сфотографувати реальну сцену, можна відповісти, що є випадки, коли використання тривимірної графіки є єдиним можливим засобом вирішення проблеми.

Області застосування тривимірної графіки

• Комп'ютерне проектування:

• швидке вирішення задач проектування інтер'єрів;

• вбудовування вигаданої сцени у зображення реального світу. Тривимірна графіка звільнює від необхідності створення макета і забезпечує гнучкі можливості синтезу зображення сцени;

• вбудовування зображення реального об'єкта у тривимірну сцену як складової (віртуальна галерея);

• Автоматизоване проектування:

• синтез зовнішнього вигляду складних деталей, що виготовляються методами штампування токарних та фрезерних операцій, візуальний вигляд автомобілів, літаків, пароплавів.

• створення тривимірних образів деталей та конструкцій, хоча й є складною задачею, але простішою, ніж створення масштабних або повнорозмірних макетів.

• Комп'ютерні ігри:

• найпопулярніша ділянка використання тривимірної графіки. В міру удосконалення програмних засобів моделювання, зростання продуктивності та збільшення ресурсів пам'яті комп'ютерів віртуальні світи стають більш складними й подібними до реальності.

• Комбіновані зйомки:

• тривимірну графіку застосовують там, де зробити реальні фотографії просто неможливо, або потребує великих витрат (внутрішність працюючого двигуна, науково-фантастичні сюжети, нереальні світи, відеомонтаж, реклама тощо). Практично застосовується у книжковій та журнальній графіці і є популяризацією науки, реклами, художньої творчості.

• Комп'ютерна мультиплікація:

• спрощує роботу розробників у сотні та тисячі разів.

Недоліки тривимірної графіки

• підвищені вимоги до апаратної частини комп'ютера (об'єм оперативної пам'яті, наявність вільного місця на твердому диску, швидкодія комп'ютера);

• велика підготовча робота по створенню моделей всіх об'єктів сцени та призначенню їм матеріалів;

• обмежена свобода у формуванні зображення (потрібно враховувати об'єм об'єктів);

• жорсткий контроль за взаємним розташуванням відносно базису (об'єкт може втілюватись у інший об'єкт); необхідність додаткових зусиль для надання синтезованому зображенню реалістичності.

• часто результати візуалізації виглядають дуже правильно, чітко, що позбавляє сцену життєвості. У складі програм тривимірної графіки міститься набір фільтрів, що дозволяють імітувати глибину різкості зображень, зернистість віртуальної фотоплівки, змазування контуру при русі у момент зйомки.

Найвідомішими редакторами 3D графіки є:

• 3D Studio Max (виробник Discreet). Мабуть найвідоміший та потужніший з усіх 3D-редакторів. Дозволяє робити як статичні зображення так і тривимірну анімацію. Окрім власних засобів моделювання, має інтерфейс для підключення додаткових модулів від сторонніх фірм. Ці модулі постійно з’являються на ринку. Отже, можливості програми легко розширюються. 3DS max є лідером на ринку 3-вимірної графіки для PC, та має відповідну ціну;

• LightWave 3D (виробник NewTek). Потужний пакет тривимірного моделювання та анімації. Має величезний вибір інструментів.

• Maya. Продукт нового покоління систем комп’ютерної графіки для створення візуальних ефектів та реалістичної 3D-анімації цифрових персонажів. Має потужні інструменти для створення ефектів для кіно- та відеопродукції, рекламних роликів, комп’ютерних та відеоігор тощо.