Tehnologii pentru crearea de imagini tridimensionale

Cum de a face să pară real?

Nu contează cât de mare și bogat este o lume virtuală 3D. Calculatorul poate afișa într-un singur fel: prin plasarea pixelilor pe ecran 2D. În acest articol vă va învăța cum imaginea de pe ecran devine realist, și modul în care scenele sunt similare cu cele pe care le vedeți în lumea reală. În primul rând, ne uităm la modul realist, având în vedere același obiect. Apoi vom trece deja la întreaga scenă. Și, în sfârșit, ne uităm la modul în care computerul realizează mișcarea: obiecte realiste în mișcare la viteze realiste.

Înainte de imaginea va deveni obiecte realiste trec prin mai multe etape de prelucrare. Cel mai important pas este de a crea o formă (formă), prelucrarea prin textura, iluminat, creând perspectivă, adâncimea de focalizare (profunzimea câmpului) și netezirea (anti-aliasing).

crearea de formulare

Dacă ne uităm pe fereastră, putem vedea că toate obiectele sunt în formă, acestea sunt realizate din linii drepte și curbe de diferite dimensiuni și poziții. În mod similar, atunci când se uită la imaginea grafică tridimensională pe un ecran de computer, vom vedea o imagine creată dintr-o varietate de forme, cu toate că cele mai multe dintre ele au făcut deja din linii drepte. Vedem pătrate, dreptunghiuri, paralelograme, cercuri și diamante. Dar, mai presus de toate vom vedea triunghiuri. Pentru a face o imagine credibilă cu linii curbe din lume, trebuie să se adune sub forma de mai multe matrițe mici. De exemplu, corpul uman poate necesita mii de aceste mucegaiuri. Împreună, ele vor forma o structură numită cadru. Cadrul este foarte similar cu schița obiectului, puteți identifica cu ușurință obiectul de pe cadru. Următorul pas după crearea de forme sunt, de asemenea, nu mai puțin importante: cadrul trebuie să obțină suprafața.

Ilustrația arată mâinile schelet, a făcut dintr-un număr mic de poligoane - doar 862

Aici, linia de închidere a obiectului arate mai mult
naturale și rotunjite. Dar acest lucru necesită mai mult
numărul de poligoane: 3444 deja.

textura suprafeței (texturi de suprafață)

Când întâlnim o anumită suprafață în lumea reală, putem obține informații cu privire la aceasta în două moduri. Ne putem uita la suprafață din unghiuri diferite, și putem atinge, și de a determina este moale sau tare. Într-un grafic tridimensional, ne putem uita doar la suprafață pentru a obține toate informațiile disponibile. Și această informație este format din trei componente:

• Culoare: suprafata Ce culoare? Uniform dacă acesta este vopsit?
• Textura: suprafață netedă sau dacă are urme de lovituri, lovituri, îndreptare sau ceva de genul asta?
• Reflectivitatea dacă suprafața luminii este reflectată? Fa acestea reflectă o clară sau neclară?

O modalitate de a face obiectul „reale“ și constă în selectarea o combinație a acestor trei componente în diferite părți ale imaginii. Uită-te în jurul tău: tastatura computerului are o culoare / textura / reflexiei diferite de masa ta, care este la rândul său o culoare diferită / textura / reflectorizant de mana. Pentru a imaginii de culoare a fost similară în prezent, este important ca computerul poate alege culoarea pixelului dintr-o paletă de milioane de culori diferite. O varietate de texturi depinde de modelul matematic al suprafeței (din piele de broască, înainte de materialul gelatinizare) și pe hărțile de texturi (hărți de textură), care sunt suprapuse pe suprafață. De asemenea, este necesar să se pună în instalații sunt calități care nu pot fi văzute: moliciune și duritate, căldură și frig, folosind diferite combinatii de culori, textura și reflexiei. Dacă ați făcut o greșeală în cel puțin unul dintre acești parametri, simțul realității disipat instantaneu.

Adăugarea la suprafața ramei începe să se schimbe
o imagine a ceva matematic la imagine,
în care putem găsi cu ușurință mâna.

Când intri într-o cameră întunecată, porniți lumina. V-ați întrebat vreodată cum lumina care vine dintr-un bec este distribuit în întreaga cameră. Dar, cu dezvoltarea graficii 3D pe care trebuie să-l ia în considerare întotdeauna, pentru că toate suprafețele din jurul cadrului trebuie să fie acoperite de undeva. O metodă numită o grindă de călătorie (raze-urmărire), trasează o cale care este o trecere fascicul imaginar după ce a părăsit lămpile, reflectate de suprafețele oglindă și care, în cele din urmă se termină în subiect. Fasciculul va ilumina cu intensități diferite la diferite unghiuri. Metoda pare a fi destul de dificil, chiar și în construcția de grinzi de la o lampă, dar în majoritatea camerelor există o multitudine de surse de lumină: câteva becuri, ferestre, lumânări, etc.

Iluminatul joacă un rol-cheie în cele două efecte, oferind un sentiment de greutate și integritatea obiectelor: umbrire (umbrire) și umbra (umbra). Primul efect de umbrire este de a schimba intensitatea iluminării obiectului dintr-o parte în alta. Din cauza umbrire mingii arata rotund, pomeți înalți lipi pe fata si patura apare voluminos și moale. Aceste diferențe de intensitate a luminii, împreună cu forma spori iluzia că, în plus, înălțimea și lățimea obiectului este încă și adâncimea. Iluzia de greutate, pentru a crea un al doilea efect: umbre.

Evidențierea imaginea nu numai adauga adancime
prin umbrire obiect, dar, de asemenea, „Aderă“
obiectul la sol prin umbre.

Corp optic dens în timp ce acoperă umbre. Puteti vedea umbra pe cadran solar sau uita-te la umbra unui copac pe trotuar. În lumea reală, obiecte și oameni arunca umbre. Dacă lumea tridimensională va participa la umbra, va avea chiar mai mult să cred că sunteți în căutarea printr-o fereastră pe lumea reală, nu ecranul cu modele matematice.

perspectivă

Cuvântul pare a fi perspectiva unui termen tehnic, dar, de fapt, ea descrie efectul de simplu pe care le vedem. Dacă stați pe marginea drumului un drum lung și drept și privi în depărtare, se va părea că dreapta și drumurile converg banda din stânga până la un punct la orizont. În cazul în care copaci plantați pe marginea drumului, copacii sunt mai departe de privitorul, cu atât mai mult acestea sunt mai mici. Vei observa că arborii converg către același punct la orizont, ca drumul. În cazul în care toate obiectele de pe ecran va converge la un moment dat, atunci acesta va fi numit în perspectivă. Desigur, există și alte opțiuni, dar mai ales în graficele tridimensionale utilizate de perspectiva unui singur punct, așa cum este descris mai sus.

În mâna ilustrația de mai sus se uite separat, dar în cele mai multe scene există unele obiecte în față și blochează parțial vizualizarea celorlalte obiecte. Pentru astfel de scene software-ul nu trebuie să calculeze numai dimensiunea relativă a obiectelor, dar, de asemenea, să ia în considerare informațiile care obiectele altele apropiate și cât de mult. Cel mai frecvent utilizate pentru Z-tampon (Z-tampon). Numele lui a primit de la axa Z nume tampon, sau linia imaginară care ruleaza pe ecran pe scena la orizont. (Celelalte două axe - este axa X, măsurarea lățimii etapei și axa Y, măsurarea înălțimii etapei).

Z-buffer atribuie fiecărui număr poligon în funcție de cât de aproape de marginea frontală a scenei este un obiect care conține poligon. De obicei, numere mai mici sunt atribuite cel mai aproape de poligoanele de ecran și camere mari - poligoanele adiacente la orizont. De exemplu, 16-biți Z-tampon va atribui cel mai apropiat obiect la numărul de ecran -32768 și cele mai îndepărtate - 32.767.

În lumea reală, ochii noștri nu pot vedea obiectele acoperite de alții, așa că nu avem probleme în determinarea obiectelor vizibile. Dar aceste probleme sunt apar în mod constant fața computerului, iar el este forțat să se ocupe direct cu ei. La crearea fiecărui obiect, sau Z-valoare este comparată cu o valoare de alte obiecte care ocupă aceeași zonă pe coordonatele X și Y. Obiectul cu cel mai mic Z-valoare va fi tras complet, în timp ce alte obiecte cu valori mari vor fi trase doar parțial. Astfel, nu vedem nici obiecte de fundal care ies în afară prin caracterele. Deoarece Z-buffer este activat înainte de desen plin de obiecte ascunse în spatele caracterul scenei nu va fi tras deloc. Acest lucru accelerează performanța grafică.

adâncimea câmpului

Al doilea motiv pentru folosirea acestui efect este de a atrage atenția asupra subiecților sau actorii necesare. De exemplu, pentru a obține atenția eroul filmului, regizorul folosește efectul de profunzime de câmp mică (adâncime superficială a câmpului), atunci când numai un singur actor va fi în centrul atenției. Pe de altă parte, scenele pe care ar trebui să zguduie majestate naturii, efectul folosirii o adâncime mare de câmp (adâncime profundă a câmpului) pentru a da cât mai mult posibil subiecte în centrul atenției.

Netezirea (anti-aliasing)

Sglazhivaenie - este o altă tehnologie, conceput pentru a înșela ochiul. Sistemele grafice digitale sunt foarte bune pentru crearea unei linii verticale sau orizontale. Dar atunci când există linii diagonale și curbe (așa cum apar ele foarte des în lumea reală), computerul desenează o linie cu o „scara“ caracteristică mai degrabă decât marginile netede. Pentru a convinge ochii tăi că ei văd o linie netedă sau curba, computerul adaugă pixeli în jurul valorii de linie cu diferite nuanțe ale liniei de culoare. Acesti pixeli „gri“ a crea iluzia unei lipse de „pași“. Un astfel de procedeu pentru adăugarea de pixeli iluzie optica este numit anti-aliasing, și este una dintre tehnologiile care diferențiază grafica 3D de la grafica „manual“. Sarcina de a păstra linii și adăugând dreptul de suma de „netezire“ de culori este un alt dificil pentru un computer pentru a crea animații 3D pe ecran.

Caracteristica „scara“ apar atunci când desen
pixel imagini cu linii drepte.
Vedem imediat că obiectul este creat de un computer.

Desenul pixelilor „gri“ în jurul liniilor
un cuplu de ei estompează. Efectul ajută la eliminarea
„Scara“ și face obiectul mai realist.

Exemplu de prezent

Când toate aceste trucuri, așa cum este descris mai sus, lucrând împreună, vă permit să creați o scenă cu un realism uimitor. În jocuri și filme moderne și obiecte de calculator sunt combinate cu fotografii mediul înconjurător, care întărește doar iluzia. Vei fi șocat de rezultat, dacă deveniți pentru a compara fotografii și scena de calculator.

Aceasta este o fotografie a trotuarului în apropierea biroului nostru. Pe una dintre următoarele cadru, am pus o minge pe trotuar și a făcut poze cu ea. Pe de alta rama, artistul a creat aceeași minge cu ajutorul graficii pe calculator.

Pot să specificați rama cu această minge? Răspunsul este la finalul articolului.

Consimțământul la prelucrarea datelor cu caracter personal