Geometrijski modeli opisuju objekte i fenomene koji imaju geometrijska svojstva. Potreba za opisivanjem prostornih objekata javlja se prilikom rješavanja mnogih problema kompjuterska grafika.
U opštem slučaju, predmet iz stvarnog života, naravno, ne može tačno da odgovara svom opisu. To bi zahtijevalo beskonačan broj trostrukih koordinata ( x, y, z) – po jedan za svaku tačku na površini objekta.
Trenutno se pri modeliranju objekata koristi nekoliko osnovnih tipova geometrijskih modela.
Za opis okvir(žica)modeli koriste se geometrijski objekti prvog reda - linije ili rubovi. Žičani modeli se po pravilu koriste za specifikaciju objekata koji su poliedri, tj. zatvoreni poliedri proizvoljnog oblika, omeđeni ravnim plohama. U ovom slučaju, žičani model sadrži listu koordinata vrhova poliedra, ukazujući na veze između njih (tj. označavajući ivice ograničene odgovarajućim vrhovima).
Kada koristite žičani model za opisivanje objekata ograničenih površinama većeg od prvog reda, takve površine se interpoliraju ravnim plohama.
Žičani prikaz objekta se često koristi ne u modeliranju, već u prikazivanju modela kao metoda vizualizacije.
Prednosti žičanog modela su niski zahtjevi za računskim resursima, nedostatak je nemogućnost konstruiranja visoko realističnih slika, budući da skup segmenata nije adekvatan opis objekta - sami segmenti ne definiraju površine (slika 7.1) .
Rice. 7.1. Isti žičani model (a) može opisati i kocku (b) i otvorenu kutiju (c).
Razvoj žičanog modela je komadno analitički model lica, što je dato navođenjem svih pojedinačnih lica. Objekt je definiran skupom graničnih lica i normalom usmjerenom van objekta; svako lice je definisano ciklusom njegovih graničnih ivica; svaki rub - par tačaka (vrhova) koji ga ograničavaju; svaka tačka je trostruka koordinata u trodimenzionalnom prostoru. One. model lica predstavlja trodimenzionalni objekat u obliku zatvorene površine.
Skup lica predstavljenih ravnim poligonima i ograničenih ravnim rubovima formira se poligonalnogrid. Lica mogu biti bilo kojeg oblika, ali u velikoj većini slučajeva koriste se konveksni poligoni s minimalnim brojem vrhova (trokuta i četverokuta). njihov proračun je lakši.
Glavni nedostatak poligonalne mreže je približan prikaz oblika objekta pri opisivanju zakrivljenih površina. Da bi se poboljšala linearna aproksimacija takvih objekata, povećava se broj lica, što dovodi do dodatnih troškova memorije i povećanja količine proračuna.
U okviru modela lica, lica mogu biti i zakrivljene površine ograničene krivolinijskim rebrima. Najčešće se koristi kao ivice parametarskibikubni komadi, omeđen parametarskim kubičnim krivuljama.
Kada koristite bikubične komade za predstavljanje objekta sa datom tačnošću, potreban je znatno manji broj lica nego kada se aproksimira poligonalnom mrežom. Međutim, proračuni pri radu s bikubičnim površinama su mnogo složeniji nego kod rada s ravnim površinama.
Za razliku od modela lica, volumetrijski-parametarskimodel tretira predmet kao čvrsto tijelo. Objekt se opisuje kao skup nekih osnovnih volumetrijskih elemenata forme (volumetrijski primitivi). Svaki primitiv u modelu je specificiran sa dvije grupe parametara:
dimenzionalni parametri - definiraju geometrijske dimenzije primitiva;
parametri položaja - postavite poziciju i orijentaciju primitivca u odnosu na svjetski koordinatni sistem.
Kao primitivi koriste se jednostavna geometrijska tijela: cilindar, konus, skraćeni konus, paralelepiped, lopta, torus.
Koordinate središnje točke primitiva i koordinate jediničnog vektora usmjerene duž visine primitiva obično se koriste kao parametri položaja.
Pored ovih parametara, specificiraju se i operacije nad primitivima, koje su tri glavne operacije teorije skupova – unija, presjek i oduzimanje. Unija dva primitiva je objekat koji uključuje sve tačke originalnih primitiva. Presjek dva primitiva je objekt, čije sve točke pripadaju istovremeno i prvom i drugom primitivu. Rezultat oduzimanja dva primitiva je objekat koji se sastoji od onih tačaka prvog primitiva koje ne pripadaju drugom primitivu.
Nedostatak volumensko-parametarskog modela je nepostojanje eksplicitnih granica odjeljaka lica u slučaju međusobnog prožimanja primitiva.
Kao dio kinematička U modelu, objekt se može definirati skupom trodimenzionalnih elemenata, od kojih je svaki volumen „isječen“ u prostoru pri kretanju duž određene putanje zatvorene ravne konture. Putanja kretanja konture može biti ravna ili zakrivljena.
Vrsta elementa određena je oblikom konture i putanjom njegovog kretanja. Na primjer, cilindar u okviru kinematičkog modela može se opisati kao kretanje kružnice duž segmenta koji predstavlja visinu cilindra.
Za modeliranje elemenata složenog oblika možete koristiti promjenu veličine konture ili njenog položaja u odnosu na putanju tijekom kretanja.
Prednost modela je praktično odsustvo ograničenja na složenost objekta koji se formira. Nedostaci uključuju složenost specificiranja elemenata.
3D grafika je optička vizuelna reprodukcija grafičkih 3D objekata, u vidu vizuelno-matematičkih formi, reprodukovanih na monitoru računara u cilju realističnog prikaza obrađenih komponenti i daljih manipulacija sa njima.
Konstrukcija trodimenzionalnih geometrijskih objekata zasniva se na pravougaonom koordinatnom sistemu zvanom " Dekartov koordinatni sistem» u čast francuskog naučnika Rene Descartes (1596 – 1650).
Skraćenica za 3D je simbol trodimenzionalna grafika, koja se sastoji od broja i slova, što u proširenom obliku znači " trodimenzionalni"- koji ima tri dimenzije.
Trodimenzionalni modeli su podijeljeni u tri tipa prema njihovoj funkcionalnoj namjeni:
Prvom i većini jednostavnog tipa, objektno orijentirani dizajn, odnosi se na modeliranje žičanog okvira niskog nivoa. Objekti rezultata ovog tipa vizualne reprodukcije nazivaju se žičani okvir ili žica, koji se sastoje od međusobno povezanih skupova oblikovnih linija, segmenata i lukova. Modeli ovog tipa ne sadrže podatke o površini, zapremini građevinskog objekta i uglavnom se koriste kao jedna od metoda vizualizacije. Jedna od prednosti žičanih 3D modela je minimalna jačina zvuka okupirano ram memorija kompjuter. Wireframe vizualizacija se često koristi za simulaciju putanje alata, u posebnim CAM sistemima za pripremu upravljačkih algoritama za mašine sa numeričkom kontrolom.
Površinsko modeliranje, za razliku od žičane konstrukcije, pored tačaka i linija koje su dio temeljnih elemenata objekta, uključuje i površine koje čine vizualnu konturu prikazane figure. Prilikom razvoja ovakvih oblika pretpostavlja se da su geometrijski objekti ograničeni vanjskim stranama objekta, koje ih odvajaju od okolnog prostora.
Čvrsto modeliranje je najpotpunija i najpouzdanija konstrukcija stvarnog objekta. Rezultat konstruisanja geometrijskog tijela ovom metodom je monolitni uzorak novog proizvoda, koji uključuje komponente kao što su linije, lica, i što je najvažnije, stvara se površina unutar geometrijskog oblika objekta sa takvim važnih parametara poput tjelesne težine i volumena.
Koristi se za rad sa 3D modelima specijalni programi pružanje kompjuterske podrške za dizajn.
Jedan od ovih alata je AutoCAD. U početku su verzije ovog softverskog proizvoda podržavale dvodimenzionalnu geometrijsku konstrukciju, ali su vremenom stručnjaci iz američke kompanije Autodesk integrisana mogućnost formiranja trodimenzionalnih objekata u okruženju AutoCAD osim glavnog toka programa.
Programi za parametarsko modeliranje kao npr solidni radovi, Autodesk Inventor, Pro/Inženjer, CATIA prvobitno su kreirani za projektovanje na osnovu trodimenzionalnog modela sa naknadnim dizajnom, regulatornom dokumentacijom.
Modeli dobijeni gornjim programima su u suštini isti. Čvrsti model ili mrežasti model ostaje takav bez obzira na softverski proizvod, ali, ipak, zbog razlike u formatima datoteka koji nose informacije o objektu, ne može se uvijek otvoriti u programu treće strane.
Za razmjenu vizualno-prostornih objekata između različitih softverske platforme, postoje posebni formati datoteka u koje se izvozi sadržaj glavnih formata, nakon čega se mogu otvoriti u drugim tumačima koji podržavaju 3D- grafika.
Izvoz Uvoz 3D-modeli se mogu raditi pomoću datoteka sa sljedećim ekstenzijama:
- ACIS *.sat
- STEP AP203/214 *.step,*.stp
- IGES *.igs,*.iges
Trodimenzionalna grafika ne uključuje nužno projekciju na ravan.....
Enciklopedijski YouTube
1 / 5
✪ Teorija 3D grafike, lekcija 01 - Uvod u 3D grafiku
✪ Kompjuterska grafika u bioskopu
✪ Predavanje 1 | Kompjuterska grafika | Vitaly Galinsky | Lectorium
✪ 12 - Kompjuterska grafika. Osnovni pojmovi kompjuterske grafike
✪ Predavanje 4 | Kompjuterska grafika | Vitaly Galinsky | Lectorium
Titlovi
Aplikacija
Trodimenzionalna grafika se aktivno koristi za kreiranje slika na ravni ekrana ili lista štampanih proizvoda u nauci i industriji, na primer, u sistemima automatizacije za rad na dizajnu (CAD; za kreiranje čvrstih elemenata: zgrada, delova mašina, mehanizama ), arhitektonska vizualizacija (ovo uključuje tzv. "virtuelnu arheologiju"), u savremeni sistemi medicinsko snimanje.
Najšira primjena je u mnogim modernim kompjuterskim igrama, kao i element kinematografije, televizije i štampanih proizvoda.
3D grafika se obično bavi virtuelnim, imaginarnim trodimenzionalnim prostorom koji je prikazan na ravnoj, dvodimenzionalnoj površini ekrana ili lista papira. Trenutno postoji nekoliko metoda za prikazivanje trodimenzionalnih informacija u trodimenzionalnom obliku, iako većina njih predstavlja trodimenzionalne karakteristike prilično uvjetno, budući da rade sa stereo slikom. Iz ove oblasti mogu se uočiti stereo naočare, virtuelni šlemovi, 3D displeji koji mogu da demonstriraju trodimenzionalnu sliku. Nekoliko proizvođača demonstriralo je 3D ekrane spremne za masovnu proizvodnju. Međutim, 3D ekrani i dalje vam ne dozvoljavaju da napravite potpunu fizičku, opipljivu kopiju. matematički model kreirana 3D grafikom. Tehnologije brze izrade prototipa, koje se razvijaju od 1990-ih, popunjavaju ovu prazninu. Treba napomenuti da tehnologije brze izrade prototipova koriste reprezentaciju matematičkog modela objekta u obliku čvrstog tijela (voxel model).
Kreacija
Da biste dobili trodimenzionalnu sliku na ravni, potrebni su sljedeći koraci:
- modeliranje- kreiranje trodimenzionalnog matematičkog modela scene i objekata u njoj;
- teksturiranje- dodeljivanje rasterskih ili proceduralnih tekstura površinama modela (podrazumeva i podešavanje svojstava materijala - prozirnost, refleksije, hrapavost, itd.);
- osvetljenje- instalacija i konfiguracija;
- animacija(u nekim slučajevima) - davanje kretanja objektima;
- dinamička simulacija(u nekim slučajevima) - automatski proračun interakcije čestica, tvrdih/mekih tijela, itd. sa simuliranim silama gravitacije, vjetra, uzgona, itd., kao i međusobno;
- rendering(vizualizacija) - izrada projekcije u skladu sa odabranim fizičkim modelom;
- sastavljanje(layout) - finalizacija slike;
- izlaz rezultujuće slike na izlazni uređaj - ekran ili poseban štampač.
Modeliranje
Najpopularniji paketi za čisto modeliranje su:
- Robert McNeel & Assoc. Rhinoceros 3D ;
Za kreiranje trodimenzionalnog modela osobe ili stvorenja, Skulptura se može koristiti kao prototip (u većini slučajeva).
Teksturiranje
skicirati
Vizualizacija trodimenzionalne grafike u igrama i aplikacijama
Postoji veliki broj softverskih biblioteka za prikazivanje 3D grafike u aplikativnim programima - DirectX, OpenGL i tako dalje.
Postoje brojni pristupi predstavljanju 3D grafike u igricama - puni 3D, pseudo-3D.
Takvi paketi čak ne dozvoljavaju uvijek korisniku da direktno upravlja 3D modelom, na primjer, postoji OpenSCAD paket u kojem se model formira izvršavanjem korisnički generisane skripte napisane na specijalizovanom jeziku.
3D displeji
Trodimenzionalni ili stereoskopski displeji, (3D displeji, 3D ekrani) - prikazuje, kroz stereoskopski ili bilo koji drugi efekat, stvarajući iluziju stvarnog volumena na prikazanim slikama.
Trenutno se velika većina 3D slika prikazuje pomoću stereoskopskog efekta, koji je najlakši za implementaciju, iako se samo stereoskopija ne može nazvati dovoljnom za trodimenzionalnu percepciju. Ljudsko oko, kako u paru tako i samo, podjednako dobro razlikuje trodimenzionalne objekte od ravnih slika [ ] .
3D grafika
Metode 3D modeliranja.
· Spline modeliranje je modeliranje matematički glatkim linijama - splajnovima.
· Poligonalno modeliranje je raspored uglova, vrhova poligona u trodimenzionalnom prostoru.
Trodimenzionalna slika na ravnini razlikuje se od dvodimenzionalne po tome što uključuje konstrukciju geometrijske projekcije trodimenzionalnog modela scene na ravan (na primjer, ekran kompjutera) pomoću specijaliziranih programa. U ovom slučaju model može odgovarati objektima iz stvarnog svijeta (automobili, zgrade, uragan, asteroid) ili biti potpuno apstraktan (projekcija četverodimenzionalnog fraktala).
Da biste dobili trodimenzionalnu sliku na ravni, potrebni su sljedeći koraci:
· modeliranje - kreiranje trodimenzionalnog matematičkog modela scene i objekata u njoj.
· Rendering (vizualizacija) - izrada projekcije u skladu sa odabranim fizičkim modelom. (Sistemi renderiranja: V-Ray, FinalRender, Brazil R/S, BusyRay).
Prednosti i mane 3D grafike.
Nedostaci:
Velika količina fajlova
Ovisnost o softveru
Visoka cijena raznih 3-D uređivača
Prednosti:
Realizam
· Mogućnost korištenja 3D objekata za kreiranje aplikacija (igre, itd.)
· Sloboda transformacije objekata
Gdje se koristi
Koristi se za kreiranje igrica, filmova itd.
Softver
3D Studio Max, MAYA, Blender, Solid Age, Kompas.
3D grafika- dio kompjuterske grafike, skup tehnika i alata (softverskih i hardverskih) dizajniranih za prikazivanje trodimenzionalnih objekata.
Trodimenzionalna slika na ravni razlikuje se od dvodimenzionalne po tome što uključuje konstrukciju geometrijske projekcije trodimenzionalnog modela scene na ravan (na primjer, ekran kompjutera) koristeći specijalizirane programe (međutim, uz kreiranje i implementaciju 3D displeja i 3D printera, trodimenzionalna grafika ne uključuje nužno projekciju na ravan). U ovom slučaju, model može ili odgovarati objektima iz stvarnog svijeta (automobili, zgrade, uragan, asteroid) ili biti potpuno apstraktan (projekcija četverodimenzionalnog fraktala)
Metode 3D modeliranja.
3D modeli se kreiraju u CAD sistemima (ili u CAD/CAM sistemima) korišćenjem alata za geometrijsko modeliranje koji su dostupni u njima. Model je pohranjen u sistemu kao neki matematički opis i prikazan na ekranu kao prostorni objekat.
Izgradnja prostornog geometrijskog modela proizvoda je centralni zadatak kompjuterskog dizajna. Upravo se ovim modelom dalje rješavaju problemi izrade crtežne i projektne dokumentacije, projektovanja tehnološke opreme, izrade upravljačkih programa za CNC mašine. Pored toga, ovaj model se prenosi u sisteme inženjerske analize (SAE sistemi) i tamo se koristi za inženjerske proračune. Prema kompjuterskom modelu, korištenjem metoda i sredstava brze izrade prototipa, može se dobiti fizički uzorak proizvoda. 3D model se može ne samo izgraditi pomoću ovog CAD sistema, već se, u određenom slučaju, može primiti iz drugog CAD sistema preko jednog od dogovorenih interfejsa, ili formirati na osnovu rezultata merenja fizičkog prototipa proizvoda na koordinatu. merna mašina.
Načini predstavljanja modela.
Postoje površinsko (okvir-površina) i solidno modeliranje. U površinskom modeliranju prvo se gradi okvir - prostorna struktura koja se sastoji od linijskih segmenata, kružnih lukova i spline-a. Okvir ima pomoćnu ulogu i služi kao osnova za naknadnu konstrukciju površina koje se „navlače“ na elemente okvira.
Ovisno o načinu izrade, razlikuju se sljedeće vrste površina: reljefne; rotacija; kinematička; konjugacija fileta; prolaz kroz uzdužne i poprečne presjeke; površine za "zatezanje prozora" između tri ili više susjednih površina; NURBS površine definisane specificiranjem kontrolnih tačaka uzdužnih i poprečnih presjeka; ravnim površinama.
Iako površine definiraju granice tijela, sam koncept “tijela” ne postoji u načinu modeliranja površine, čak i ako površine ograničavaju zatvoreni volumen. Ovo je najvažnija razlika između površinskog modeliranja i solidnog modeliranja.
Još jedna karakteristika je da elementi modela žičane površine nisu ni na koji način povezani jedni s drugima. Promjena jednog od elemenata ne mijenja automatski ostale. To daje više slobode u modeliranju, ali u isto vrijeme znatno otežava rad s modelom.
Prednosti i nedostaci trodimenzionalne grafike
3D grafika će vam pomoći u slučajevima kada želite da ugradite imaginarnu scenu u sliku stvarnog svijeta. Ova situacija je tipična za probleme arhitektonskog dizajna. U ovom slučaju, 3D-grafika eliminira potrebu za kreiranjem rasporeda i pruža fleksibilne opcije za sintetizaciju slike scene za sve vremenske uvjete i iz bilo kojeg kuta gledanja.
Može se zamisliti i druga situacija: nije imaginarni predmet ugrađen u stvarnu pozadinu, već je, naprotiv, slika stvarnog objekta ugrađena u trodimenzionalnu scenu kao njen sastavni dio. Ovaj način korištenja 3D grafike koristi se, na primjer, za kreiranje virtualnih izložbenih dvorana ili galerija, na čijim zidovima su okačene slike stvarnih slika.
Kompjuterske igre - jedno od najopsežnijih i najprovjerenijih područja primjene 3D grafike. Kako se poboljšavate softverski alati simulacija trodimenzionalne grafike, rast produktivnosti i povećanje memorijskih resursa računara virtuelni trodimenzionalni svetovi postaju sve složeniji i sličniji stvarnosti.
Trodimenzionalna grafika pomaže i tamo gdje je prava fotografija nemoguća, teška ili zahtijeva značajne materijalne troškove, a također vam omogućava da sintetizirate slike događaja koji se ne događaju u svakodnevnom životu. Program 3D Studio MAX 3.0 ima alate koji vam omogućavaju da simulirate djelovanje fizičkih sila kao što su gravitacija, trenje ili inercija na trodimenzionalne objekte, kao i reprodukciju rezultata sudara objekata.
Glavni argumenti u korist 3D grafike pojavljuju se kada je u pitanju stvaranje kompjuterske animacije. 3D Studio MAX 3.0 vam omogućava da značajno pojednostavite rad na animiranim video klipovima korištenjem metoda za animaciju 3D scena. Iznad smo ispitali karakteristike trodimenzionalne grafike, što se može pripisati njenim prednostima u odnosu na konvencionalnu dvodimenzionalnu grafiku. Ali, kao što znate, nema prednosti bez nedostataka. . Nedostaci trodimenzionalne grafike, koje treba uzeti u obzir pri odabiru alata za razvoj vaših budućih grafičkih projekata, mogu se uvjetno razmotriti:
Povećani zahtjevi za računarskim hardverom, posebno za količinu RAM-a, dostupnost slobodan prostor na tvrdom disku i brzini procesora;
Potreba za dosta pripremnih radova ali izrada modela svih objekata u sceni koji mogu upasti u vidno polje kamere, i dodeljivanje materijala za njih. Međutim, ovaj rad se obično isplati rezultatom;
Manje nego kada se koristi dvodimenzionalna grafika, sloboda u formiranju slike. To znači da kada crtate sliku olovkom na papiru ili koristite dvodimenzionalnu grafiku na ekranu računara, imate priliku da potpuno slobodno izobličite bilo koje proporcije objekata, prekršite pravila perspektive itd., ako je potrebno za realizaciju umetničke namere. U 3D Studio MAX 3.0 to je također moguće, ali zahtijeva dodatni napor;
Potreba za kontrolom relativnog položaja objekata u sceni, posebno pri izvođenju animacije. Zbog činjenice da su objekti trodimenzionalne grafike "betjelesni", lako je priznati pogrešan prodor jednog objekta u drugi ili pogrešan nedostatak potrebnog kontakta između objekata.
Trodimenzionalna grafika je našla široku primenu u oblastima kao što su naučni proračuni, inženjerski dizajn, kompjutersko modeliranje fizičkih objekata.
Slika ravne figure na crtežu nije jako teška, jer je dvodimenzionalni geometrijski model sličnost figure koja se prikazuje, a koja je također dvodimenzionalna.
Trodimenzionalni geometrijski objekti prikazani su na crtežu kao skup projekcija na različite ravni, što daje samo približnu uvjetnu predstavu o ovim objektima kao prostornim figurama. Ukoliko je potrebno na crtežu odraziti bilo kakve detalje, detalje objekta, dodatne preseke, rezove itd. S obzirom da se dizajn najčešće bavi prostornim objektima, njihov prikaz na crtežu nije uvek jednostavan zadatak.
Prilikom konstruisanja objekta korišćenjem računara, nedavno je razvijen pristup zasnovan na kreiranju trodimenzionalnih geometrijskih prikaza – modela.
Geometrijsko modeliranje se podrazumijeva kao kreiranje modela geometrijskih objekata koji sadrže informacije o geometriji objekta. Model geometrijskog objekta shvata se kao skup informacija koji na jedinstven način određuju njegov oblik. Na primjer, tačka može biti predstavljena sa dvije (2D model) ili tri (3D model) koordinate; krug - sa koordinatama centra i radijusa, itd. Trodimenzionalni geometrijski model pohranjen u memoriji računara daje prilično sveobuhvatnu (ako je potrebno) ideju o objektu koji se modelira. Takav model se naziva virtuelni ili digitalni.
U trodimenzionalnom modeliranju crtež ima pomoćnu ulogu, a metode za njegovu izradu zasnovane su na metodama kompjuterske grafike, metodama za prikaz prostornog modela. Uz ovaj pristup, geometrijski model objekta može se koristiti ne samo za kreiranje grafička slika, ali i za izračunavanje nekih njegovih karakteristika, npr. mase, zapremine, momenta inercije itd., kao i za proračune čvrstoće, toplote i druge proračune.
Tehnologija 3D modeliranja je sljedeća:
dizajn i izrada virtuelnog okvira („skeleta“) objekta koji najpotpunije odgovara njegovom stvarnom obliku;
dizajn i kreiranje virtuelnih materijala sličnih stvarnim po fizičkim svojstvima vizualizacije;
dodjeljivanje materijala različitim dijelovima površine objekta (projektiranje teksture na objekt);
postavljanje fizički parametri prostor u kojem će objekt funkcionisati - postaviti osvjetljenje, gravitaciju, svojstva atmosfere, svojstva interakcijskih objekata i površina, postavljanje putanje kretanja objekata;
izračunavanje rezultirajućeg niza okvira;
· Površinski efekti preklapanja na finalnom isječku animacije.
Model. Za prikaz trodimenzionalnih objekata na ekranu monitora, potreban je niz procesa (koji se obično nazivaju cevovod), nakon čega slijedi prevođenje rezultata u dvodimenzionalni prikaz. U početku je objekat predstavljen kao skup tačaka ili koordinata u trodimenzionalnom prostoru. 3D koordinatni sistem je definisan sa tri ose: horizontalne, vertikalne i dubine, koje se obično nazivaju osa X, Y i Z, od kojih se objekat sastoji, u prostoru. Povezivanjem vrhova objekta linijama dobijamo žičani model, tzv. jer su vidljive samo ivice površina trodimenzionalnog tijela. Žičani okvir definira područja koja čine površinu objekta koja se mogu ispuniti bojom, teksturama i osvijetliti svjetlosnim zracima.
Vrste 3D grafike. Postoje sljedeće vrste 3D grafike: poligonalna, analitička, fraktalna, spline.
Poligonska grafika je najčešća. To je prvenstveno zbog velike brzine njegove obrade. Svaki poligonalni grafički objekat je definiran skupom poligona. Poligon je ravan poligon. Najjednostavnija opcija su trokutasti poligoni, jer, kao što znate, ravnina se može povući kroz bilo koje tri tačke u prostoru. Svaki poligon je definiran skupom tačaka. Tačka je određena sa tri koordinate - X, Y, Z. Dakle, možete specificirati 3-dimenzionalni objekt kao niz ili strukturu.
Analitička grafika je u tome što se analitički specificiraju objekti, odnosno formule. Na primjer: lopta poluprečnika r sa središtem u tački (x 0 , y 0 , z 0) opisana je formulom (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2 . Kombinovanje razne formule jedni s drugima, možete dobiti objekte složenog oblika. Ali cijela poteškoća leži u pronalaženju formule traženog objekta.
Drugi način za kreiranje analitičkih objekata je stvaranje krutih tijela revolucije. Dakle, rotirajući krug oko neke ose, možete dobiti torus, a istovremeno rotirajući snažno izduženu elipsu oko svoje i vanjske ose, možete dobiti prilično lijep valoviti torus.
Fraktalna grafika je zasnovana na konceptu fraktala – samosličnosti. Objekt se naziva sebi sličnim kada uvećani dijelovi objekta nalikuju samom objektu i jedni drugima. Teren spada u klasu "samosličnih". Tako nazubljena ivica slomljenog kamena izgleda kao planinski lanac na horizontu. Fraktalna grafika, kao i vektorska, zasnovana je na matematičkim proračunima. Osnovni element fraktalna grafika je matematička formula, tako da se nikakvi objekti ne pohranjuju u memoriju kompjutera i slika se gradi isključivo jednadžbama.
Na taj način se grade kako najjednostavnije pravilne strukture, tako i složene ilustracije koje imitiraju prirodne pejzaže i trodimenzionalne objekte. Fraktalni algoritmi mogu stvoriti nevjerovatne 3D slike.
Spline grafika je zasnovana na konceptu splajna. Izraz "spline" od engleskog spline. Ovo je naziv fleksibilne čelične trake, uz pomoć koje crtači crtaju glatke krivulje kroz date tačke. U starim danima, slična metoda glatkih kontura različitih tijela (trupa broda, tijela automobila) bila je široko rasprostranjena u praksi mašinstva. Kao rezultat, oblik karoserije je postavljen pomoću seta vrlo precizno izrađenih sekcija-plaza. Pojava kompjutera omogućila je prelazak sa ovog plaza-template metoda na više efikasan način postavljanje površine aerodinamičnog tijela. Ovaj pristup opisu površina temelji se na korištenju relativno jednostavnih formula koje omogućavaju reprodukciju izgleda proizvoda sa potrebnom točnošću.
Kod modeliranja sa splajnovima najčešće se koristi metoda bikubnih racionalnih B-spline-a na neuniformnoj mreži (NURBS). Izgled površine određen je mrežom referentnih tačaka koje se nalaze u prostoru. Svakoj tački je dodeljen koeficijent čija vrednost određuje stepen njenog uticaja na deo površine koji prolazi blizu tačke. Oblik i „glatkost“ površine zavise od međusobnog rasporeda tačaka i veličine koeficijenata.
Deformacija objekta je obezbeđena pomeranjem kontrolnih tačaka. Druga metoda se zove warp mreža. Oko objekta ili njegovog dijela postavlja se trodimenzionalna mreža, čije pomicanje bilo koje točke uzrokuje elastičnu deformaciju kako same mreže tako i okolnog objekta.
Nakon formiranja "kostura" objekta, potrebno je njegovu površinu pokriti materijalima. Sva raznolikost nekretnina u kompjuterska simulacija svodi se na vizualizaciju površine, odnosno na izračunavanje koeficijenta prozirnosti površine i ugla prelamanja svjetlosnih zraka na granici materijala i okolnog prostora. Za konstrukciju površina materijala koristi se pet osnovnih fizičkih modela:
Bouknight - površina s difuznom refleksijom bez odsjaja (na primjer, mat plastika);
· Phong - površina sa strukturiranim mikropovršinama (na primjer, metal);
· Blinn – površina sa posebnom raspodjelom mikrohrapavosti, uzimajući u obzir međusobna preklapanja (na primjer, sjaj);
· Whitted - model koji omogućava dodatno uzimanje u obzir polarizacije svjetlosti;
Hall - model koji vam omogućava da prilagodite smjer refleksije i parametre loma svjetlosti.
Sjenčanje površina vrši se Gouraud (gouraud) ili Phong (Phong) metodama. U prvom slučaju, boja primitiva se izračunava na njegovim vrhovima, a zatim se linearno interpolira po površini. U drugom slučaju, konstruiše se normala na objekat u celini, njegov vektor se interpolira preko površine sastavnih primitiva i za svaku tačku se računa osvetljenje.
Svjetlost koja izlazi s površine u određenoj tački prema promatraču je zbir komponenti pomnožen faktorom povezanim s materijalom i bojom površine u toj tački. Ove komponente uključuju:
Svjetlo koje je dolazilo poleđina površine, odnosno lomljena svjetlost (Refracted);
· Svetlost ravnomerno raspršena po površini (Difuzno);
Reflected light (Reflected);
Odsjaj, tj. reflektirani izvori svjetlosti (Specular);
· Vlastiti površinski sjaj (Samoosvjetljenje).
Svojstva površine su opisana u generisanim nizovima tekstura (dvodimenzionalnih ili trodimenzionalnih). Dakle, niz sadrži podatke o stepenu transparentnosti materijala; indeks prelamanja; koeficijenti pomaka komponenti (gore navedeni); boja na svakoj tački, isticanje boje, širine i oštrine; boja difuznog (pozadinskog) osvetljenja; lokalna odstupanja vektora od normale (tj. uzima se u obzir hrapavost površine).
Sljedeći korak je primjena („projekt“) tekstura na određene dijelove okvira objekta. U ovom slučaju potrebno je uzeti u obzir njihov međusobni utjecaj na granice primitiva. Dizajniranje materijala za objekt teško je formalizirati zadatak, sličan je umjetničkom procesu i zahtijeva barem minimalne kreativne sposobnosti izvođača.
Od svih parametara prostora u kojem kreirani objekat djeluje, sa stanovišta vizualizacije, najvažnija je definicija izvora svjetlosti. U 3D grafici je uobičajeno koristiti virtuelne ekvivalente fizičkih izvora:
· Rastopljena svjetlost (Ambitnt Light), koja je analog jednolične svijetle pozadine. Nema geometrijske parametre i karakteriše ga samo boja i intenzitet.
· Udaljeni netačkasti izvor naziva se udaljeno svjetlo (Distant Light). Dodeljuju mu se specifični parametri (koordinate). Analog u prirodi je Sunce.
· Tačkasti izvor svjetlosti emituje svjetlost ujednačeno u svim smjerovima i također ima koordinate. Analog u tehnologiji je električna sijalica.
· Direktni izvor svetlosti (Direct Light Source) pored lokacije karakteriše pravac svetlosnog toka, uglovi otvaranja punog svetlosnog stošca i njegova najsvetlija tačka. Analog u tehnologiji je reflektor.
Proces izračunavanja realističnih slika naziva se rendering (vizualizacija). Većina modernih programa za renderiranje zasnovana je na metodi praćenja stražnjih zraka. Njegova suština je sljedeća:
· Iz tačke posmatranja scene, virtuelni snop se šalje u prostor duž putanje po kojoj slika mora stići do tačke posmatranja.
· Da bi se odredili parametri dolaznog snopa, svi objekti u sceni se provjeravaju da li se ukrštaju sa stazom posmatranja. Ako ne dođe do potiskivanja, onda se smatra da je zrak udario u pozadinu scene i dolazne informacije su određene parametrima pozadine. Ako se putanja siječe s objektom, tada se na mjestu kontakta svjetlost koja ide do točke promatranja izračunava u skladu s parametrima materijala.
Nakon što je konstrukcija i vizualizacija objekta završena, počinju ga „animirati“, odnosno postavljati parametre kretanja. Kompjuterska animacija se zasniva na ključnim kadrovima. U prvom kadru, objekt je postavljen na početni položaj. Nakon određenog intervala (npr. u osmom kadru) postavlja se nova pozicija objekta i tako do konačne pozicije. Međupozicije se računaju programom prema posebnom algoritmu. U ovom slučaju ne dolazi samo do linearne aproksimacije, već do glatke promjene položaja referentnih tačaka objekta u skladu sa navedenim uvjetima. Ovi uslovi su određeni hijerarhijom objekata (tj. zakonitosti njihove međusobne interakcije), dozvoljenim ravnima kretanja, graničnim uglovima rotacije i veličinama ubrzanja i brzina.
Ovaj pristup se naziva metodom inverzne kinematike kretanja. Dobro radi za modeliranje mehaničkih uređaja. U slučaju imitacije živih objekata koriste se tzv. skeletni modeli. Odnosno, stvara se određeni okvir, pomičan u tačkama karakterističnim za modelirani objekt. Pokreti tačaka se računaju prethodnom metodom.
Metoda trodimenzionalnog geometrijskog modeliranja implementirana je u mnogima softverskih proizvoda, uključujući popularne kao što su AutoCAD i ArchiCAD.
Učitavanje...