Основные методы 3D моделирования

Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

Моделирование поверхности на компьютере может вестись двумя основными методами. Это сплайновое моделирование и моделирование полигональное.

Различие этих техник вполне можно сравнить с различием между векторной и растровой картинками. Первую Вы можете увеличивать/уменьшать в очень больших пределах, при этом качество линий не изменяется, - ведь все линии - это математические формулы. Их можно масштабировать без боязни получить зазубренные (пиксельные) края, как при увеличении обычной компьютерной картинки.

Поэтому сплайновое моделирование - это моделирование математически гладкими линиями - сплайнами. Полигональное моделирование - это расстановка углов, вершин многоугольников в трёхмерном пространстве.

 

 

Полигональная сетка, их виды

Полигональная сетка — это совокупность вершин, рёбер и граней, которые определяют форму многогранного объекта в трехмерной компьютерной графике и объёмном моделировании. Гранями обычно являются треугольники, четырехугольники или другие простые выпуклые многоугольники(полигоны), так как это упрощает рендеринг, но сетки могут также состоять и из наиболее общих вогнутых многоугольников, или многоугольников с дырками.

Мы разделяли полигоны по тому, из чего они состоят.

Файловые форматы полигональных сеток

Полигональные сетки могут храниться в множестве файловых форматов:

·.blend (Blender) · FBX · 3DS · MS3D · Collada · DXF · OBJ

· STL · VRML · X3D · C4D · MSH (формат файлов) · iED 3D/VR · PLY

Основные методы и ПО рендеринга

Рендеринг — термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.

следствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

· Растеризация совместно с методом сканирования строк. Визуализация производится проецированием объектов сцены на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя.

· Ray casting (рейкастинг). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. При этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо её фона. Возможно использование каких-либо очень простых способов добавления оптических эффектов. Эффект перспективы получается естественным образом в случае, когда бросаемые лучи запускаются под углом, зависящим от положения пикселя на экране и максимального угла обзора камеры.

· Трассировка лучей (англ. ray tracing) похожа на метод бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три луча-компонента, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пиксела на двумерном экране: отражённый, теневой и преломлённый. Количество таких компонентов определяет глубину трассировки и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, однако из-за большой ресурсоёмкости процесс визуализации занимает значительное время.

· Трассировка пути (англ. path tracing) использует похожий принцип трассировки распространения лучей, однако этот метод является наиболее приближённым к физическим законам распространения света. Также является самым ресурсоёмким.

ПО:

· 3Delight · AIR · Arnold Renderer · ART · AQSIS · Angel · BMRT (Blue Moon Rendering Tools) (распространение прекращено)

· Hypershot · Indigo Renderer · Kerkythea · Keyshot · mental ray · LuxRender · Mantra renderer · Maxwell Render

Уравнение рендеринга

 

где:

· — длина волны света.

· — время.

· — количество излучения заданной длины волны исходящего вдоль направления во время , из заданой точки

· — излучённый свет.

· — интеграл по полусфере входящих направлений.

· — двунаправленная функция распределения отражения, количество излучения отражённого от к в точке , во время , на длине волны

· — длина волны по входящему направление к точке из направления во время .

· — поглощение входящего излучения по заданному углу.