Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Трехмерная компьютерная графика
Трехмерная компьютерная графика (3D computer graphics) — разновидность графического искусства, использующего для создания своих произведений компьютеры и соответствующее программное обеспечение (рис. 3.25). Термин может относиться как к процессу создания таких графических образов, так и к научным исследованиям в области компьютерных графических методов и соответствующих технологий. Трехмерная компьютерная графика отличается от двумерной тем, что трехмерное представление геометрических данных сохраняется в компьютере с целью их обработки для построения и выдачи двумерных изображений, которые могут либо просматриваться в реальном масштабе времени, либо запоминаться для последующего использования. Трехмерное моделирование — процесс подготовки геометрических данных для трехмерной компьютерной графики — сходно искусством скульптуры, тогда как искусство двумерной графики походит на рисование. Несмотря на эти различия трехмерная компьютерная графика использует многие из тех же самых алгоритмов, что и двумерная. В программном обеспечении машинной графики часто исчезает грань между двух- и трехмерным, поскольку двумерные приложения могут использовать трехмерные алгоритмы, чтобы, например, описать эффекты освещения, и наоборот. Как правило, процесс построения трехмерной компьютерной графики может быть представлен в виде последовательности трех элементарных фаз: • создание содержания (трехмерное моделирование, текстурирование, анимация); • конфигурирование сцены; • рендеринг (представление) Во многих случаях между этими фазами нет строгого различия, моделирование может оказаться частью процесса создания сцены (например, в таких программах, как Caligari trueSpace и Rcalsoft 3D) и т. д. Моделирование Стадия моделирования состоит в формировании индивидуальных объектов, которые затем размещаются на сцене. Известен ряд методов моделирования, в том числе: • стереометрия твердых тел; • использование В-сплайнов; • аппроксимация многоугольниками. Моделирование процессов может также включать редактирование поверхности объекта или его материальных свойств (например, цвет яркость, шероховатость или блеск, характер отражения света, прозрачность или непрозрачность, коэффициент преломления и пр.), добавляя текстуры поверхности, карты рельефа или другие особенности.
При моделировании могут также применяться операции, связанные с подготовкой трехмерной модели для анимации (хотя в моделировании сложных процессов это может быть отдельной стадией, известной как оснащение). Объекты могут быть оснащены основой, или «костяком» — центральной структурой объекта, которая определяет форму и допустимые движения этого объекта. Это помогает в процессе анимации, поскольку движение основы автоматически определяет состояние соответствующих частей модели. В стадии оснащения в модель могут быть встроены определенные алгоритмы управления, чтобы упростить анимацию, например, управление выражением лица персонажа или формой губ в соответствии с произносимыми фразами. Моделирование может быть выполнено как посредством специализированных программ (например, Lightwave Modeler, Moray, Cinema 4D, Rhinoceros 3D, см. рис. 3.20,) или прикладных компонент (Shaper, Loftеr in 3D Studio), так и с использованием некоторого языка описания сцен (типа POV-Ray). Формирование сцены Установка сцены. Формирование сцены предполагает размещение в пространстве виртуальных объектов, средств освещения, съемочных камер и других объектов, которые будут в последующем использоваться для создания неподвижных или анимированных изображений. Если речь идет об анимации, на фазе часто используется метод ключевых кадров (keyframing), который облегчает моделирование сложного движения в сцене. Ключевые кадры задают при анимации некоторые обязательные промежуточные положения объектов в сцене, перемещения/изменения между которыми (смещение, вращение, масштабирование) реализуются путем интерполяционных вычислений. Важным аспектом установки сцены является освещение (подсветка). Так же как и в реальных съемках сцен, освещение — существенный фактор эстетического и визуального качества результата. Это достаточно сложное искусство и эффекты освещения могут существенно повлиять на настроение и эмоциональную окраску сцены — факт, хорошо известный фотографам и театральным режиссерам. Конечно, важнейшую роль играет размещение точек наблюдения (виртуальных фото- и видеокамер) при «съемке» сцены (своего рода операторское искусство).
Каркасное моделирование и создание сеток. Процесс преобразования математических описаний объектов (например, сфера может быть задана ее центром и радиусом) в представлении поверхности сферы как многогранника, называется каркасным моделированием (tessellation, «составление мозаики», «мощение»). Этот шаг используется при представлении на основе многоугольников, когда объекты преобразуются из представлений абстрактными «примитивами» (сферы, конусы и т. д.) в так называемые «сетки» (meshes), являющиеся сетями связанных треугольников. Сетки треугольников (вместо, например, квадратов) более популярны, поскольку они оказываются гораздо удобнее при преобразовании изображения в растровую форму. Рендеринг Rendering — окончательная компиляция изображения. На этапе рендеринга, выполняемого 3D-акселератором, осуществляется построение растрового изображения (пикселей). Узкое место — доступ к памяти (необходимо быстро считывать пиксели и передавать в буфер кадра/экрана). Изображение каждого кадра (сцены) составляют тысячи многоугольников и они должны быть обновлены и переданы через память, по крайней мере 30 раз в секунду, чтобы создать иллюзию движения. Из буфера кадры передаются в RAMDAC (ЦАП) и преобразуются в аналоговый сигнал для монитора. Процесс рендеринга предполагает использование различных 3D-методов: • текстурирование, отображение текстур (texture mapping) – технология детализации 3D-изображения, которая лучше всего может быть представлена как обтягивание некоего трехмерного каркаса окрашенной бумагой (конечно, двумерной). Это трудоемкий процесс, который должен быть выполнен не только для каждого пикселя изображения, но и для каждого элемента текстуры (текселя, texel). Могут использоваться разные текстуры (мультитекстурирование, multitexturing); • сжатое текстурирование (mip mapping, mip-отображение) — форма сокращения объема данных, при которой создается большее количество текселей, без выполнения эквивалентного необходимого числа вычислений. Если сжатие составляет 1: 4, то считывание одного текселя эквивалентно передаче четырех текселей первоначальной структуры. Если использованы надлежащие фильтры, качество изображения может даже повыситься, поскольку при этом сглаживаются зубчатые грани; • билинейная фильтрация (bi-linear filtering) — считывание четверок текселей, усреднение их характеристик и использование представленного результата как единственного текселя. В результате выравнивается фактура близлежащих участков, изображение сглаживается и уменьшается пикселизация (blocky, pixelated appearance). Билинейная фильтрация является в настоящее время стандартом для большинства графических карт; • Z-буферизация (Z-buffering) — метод вычисления пикселей, которые следует загрузить в буфер экрана (память, хранящая данные, которые должны быть немедленно выведены). Обычные 3D-акселераторы берут один пиксель, рассчитывают его и переходят к следующему. Проблема состоит в том, что акселератор не имеет возможностей «узнать», Должен ли рассчитываемый пиксель быть показан немедленно или же позже. Z-буферизация вычисляет и приписывает каждому пикселю некоторый вес «Z». Чем меньше значение Z, тем раньше данный пиксель должен быть выведен на экран;
• сглаживание (anti-aliasing) — технология снижения «шумов», присутствующих в изображении. Например, если объект находится в движении, необходим большой информационный поток, отражающий изменение положения, Цвета, размера и т. д. Иногда процессор не успевает обработать всю информацию и тогда некоторые места заполня-ются бессмысленным шумом. Сглаживание наряду mip-отображением удаляет этот шум; • закраска/штриховка Гуро (Gouraud shading) применяет тени к поверхности объектов, заставляет их выглядеть более объемно. Алгоритм определяет цвета смежных многоугольников и вычисляет гладкий переход между ними, что гарантирует отсутствие резких цветовых переходов в окраске объекта; • отображение выпуклостей/неровностей (bump mapping) создает иллюзию объемных углублений на плоской поверхности (шершавые стены, бурное море и пр.). Моделирование эффектов в рендеринге. Рендеринг является одной из важнейших дисциплин трехмерной компьютерной графики. В графическом конвейере — последний важный шаг, дающий окончательное представление модели или анимации. Используется в компьютерных и видеоиграх, тренажерах, спецэффектах кино и телевидения, системах автоматизации проектирования (САПР), в каждом случае — на основе специфических технологий и методик. Доступен широкий спектр программных продуктов-рендеров (renderers) — либо встроенных в большие программы моделирования/анимации, либо отдельные проекты. По своей внутренней структуре, рендерер — тщательно проработанная программа, основанная на широком спектре научных дисциплин, которые связаны с физикой, оптикой, теорией визуального восприятия, математикой и программированием. Построенное изображение может иметь множество видимых особенностей и эффектов. Исследования и разработки в области рендеринга в основном мотивировались необходимостью их моделирования — некоторых отдельными алгоритмами и методами, а других — в комплексе. В табл. 3.9 приведены основные эффекты и особенности, моделируемые в процессе рендеринга. Были исследованы многие алгоритмы рендеринга, и разработанное программное обеспечение может использовать множество различных методов, чтобы получить заключительное изображение. Прослеживание каждого луча света в сцене — непрактично и слишком трудоемко. Даже рассмотрение части, достаточно большой, чтобы производить изображение, потребует чрезмерного времени, если выборка разумно не ограничена. В итоге были выделены четыре группы методов эффективного моделирования процессов прохождения света (табл. 3.10). Большинство средств расширенного программного обеспечения комбинирует два или больше методов, чтобы получить достаточно хорошие результаты при разумных затратах.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; просмотров: 82; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.221.15.15 (0.007 с.) |