Τα γεωμετρικά μοντέλα περιγράφουν αντικείμενα και φαινόμενα που έχουν γεωμετρικές ιδιότητες. Η ανάγκη περιγραφής χωρικών αντικειμένων προκύπτει όταν επιλύονται πολλά προβλήματα γραφικά υπολογιστή.
Στη γενική περίπτωση, ένα πραγματικό αντικείμενο δεν μπορεί, φυσικά, να ταιριάζει ακριβώς με την περιγραφή του. Αυτό θα απαιτούσε έναν άπειρο αριθμό τριπλών συντεταγμένων ( Χ, y, z) – ένα για κάθε σημείο στην επιφάνεια του αντικειμένου.
Επί του παρόντος, κατά τη μοντελοποίηση αντικειμένων, χρησιμοποιούνται αρκετοί βασικοί τύποι γεωμετρικών μοντέλων.
Για περιγραφή πλαίσιο(σύρμα)μοντέλαΧρησιμοποιούνται γεωμετρικά αντικείμενα πρώτης τάξης - γραμμές ή ακμές. Τα μοντέλα Wireframe χρησιμοποιούνται, κατά κανόνα, για τον καθορισμό αντικειμένων που είναι πολύεδρα, δηλ. κλειστά πολύεδρα αυθαίρετου σχήματος, που οριοθετούνται από επίπεδες όψεις. Σε αυτήν την περίπτωση, το μοντέλο wireframe περιέχει μια λίστα συντεταγμένων των πολυεδρικών κορυφών, υποδεικνύοντας τις μεταξύ τους συνδέσεις (δηλ. υποδεικνύοντας τις ακμές που οριοθετούνται από τις αντίστοιχες κορυφές).
Όταν χρησιμοποιείται ένα μοντέλο καλωδιακού πλαισίου για την περιγραφή αντικειμένων που οριοθετούνται από επιφάνειες μεγαλύτερης της πρώτης τάξης, τέτοιες επιφάνειες παρεμβάλλονται από επίπεδες όψεις.
Η αναπαράσταση καλωδιακού πλαισίου ενός αντικειμένου συχνά χρησιμοποιείται όχι στη μοντελοποίηση, αλλά στην εμφάνιση μοντέλων ως μέθοδος οπτικοποίησης.
Τα πλεονεκτήματα του μοντέλου wireframe είναι οι χαμηλές απαιτήσεις για υπολογιστικούς πόρους, το μειονέκτημα είναι η αδυναμία κατασκευής εξαιρετικά ρεαλιστικών εικόνων, καθώς το σύνολο των τμημάτων δεν αποτελεί επαρκή περιγραφή του αντικειμένου - τα ίδια τα τμήματα δεν ορίζουν επιφάνειες (Εικ. 7.1). .
Ρύζι. 7.1. Το ίδιο μοντέλο καλωδίου (α) μπορεί να περιγράψει τόσο έναν κύβο (b) όσο και ένα ανοιχτό πλαίσιο (c).
Η ανάπτυξη του μοντέλου wireframe είναι τμηματικά αναλυτικό μοντέλο προσώπου, το οποίο δίνεται παραθέτοντας όλα τα μεμονωμένα πρόσωπα. Ένα αντικείμενο ορίζεται από ένα σύνολο οριοθετημένων όψεων και ένα κανονικό που κατευθύνεται έξω από το αντικείμενο. Κάθε όψη ορίζεται από έναν κύκλο των οριοθετημένων άκρων της. κάθε άκρη - ένα ζευγάρι σημείων (κορυφών) που την περιορίζουν. κάθε σημείο είναι ένα τριπλό συντεταγμένων στον τρισδιάστατο χώρο. Εκείνοι. το μοντέλο προσώπου αντιπροσωπεύει ένα τρισδιάστατο αντικείμενο με τη μορφή μιας κλειστής επιφάνειας.
Το σύνολο των όψεων που αντιπροσωπεύονται από επίπεδα πολύγωνα και οριοθετούνται από ευθείες ακμές σχηματίζεται πολυγωνικόπλέγμα. Οι όψεις μπορούν να έχουν οποιοδήποτε σχήμα, αλλά στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων χρησιμοποιούνται κυρτά πολύγωνα με ελάχιστο αριθμό κορυφών (τρίγωνα και τετράπλευρα). ο υπολογισμός τους είναι ευκολότερος.
Το κύριο μειονέκτημα ενός πολυγωνικού πλέγματος είναι η κατά προσέγγιση αναπαράσταση του σχήματος ενός αντικειμένου όταν περιγράφονται καμπύλες επιφάνειες. Για τη βελτίωση της τμηματικής γραμμικής προσέγγισης τέτοιων αντικειμένων, αυξάνεται ο αριθμός των προσώπων, γεγονός που οδηγεί σε πρόσθετο κόστος μνήμης και αύξηση του όγκου των υπολογισμών.
Στο πλαίσιο του μοντέλου προσώπου, οι όψεις μπορούν επίσης να είναι καμπύλες επιφάνειες που οριοθετούνται από καμπυλόγραμμες νευρώσεις. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται ως άκρα παραμετρικήδικυβικά κομμάτια, που οριοθετείται από παραμετρικές κυβικές καμπύλες.
Όταν χρησιμοποιείτε δικυβικά κομμάτια για την αναπαράσταση ενός αντικειμένου με δεδομένη ακρίβεια, απαιτείται σημαντικά μικρότερος αριθμός όψεων από ό,τι όταν γίνεται προσέγγιση με πολυγωνικό πλέγμα. Ωστόσο, οι υπολογισμοί κατά την εργασία με δικυβικές επιφάνειες είναι πολύ πιο περίπλοκοι από ό,τι όταν εργάζεστε με επίπεδες επιφάνειες.
Σε αντίθεση με το μοντέλο προσώπου, ογκομετρικοό-παραμετρικήμοντέλοαντιμετωπίζει το αντικείμενο ως στερεό σώμα. Ένα αντικείμενο περιγράφεται ως ένα σύνολο από ορισμένα βασικά στοιχεία ογκομετρικής μορφής (ογκομετρικά πρωτόγονα). Κάθε πρωτόγονο στο μοντέλο καθορίζεται από δύο ομάδες παραμέτρων:
παράμετροι διαστάσεων - ορίστε τις γεωμετρικές διαστάσεις του πρωτόγονου.
παράμετροι θέσης - ορίστε τη θέση και τον προσανατολισμό του πρωτόγονου σε σχέση με το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων.
Ως πρωτόγονα, χρησιμοποιούνται απλά γεωμετρικά σώματα: ένας κύλινδρος, ένας κώνος, ένας κόλουρος κώνος, ένας παραλληλεπίπεδος, μια σφαίρα, ένας τόρος.
Οι συντεταγμένες του κεντρικού σημείου του αρχέγονου και οι συντεταγμένες ενός μοναδιαίου διανύσματος που κατευθύνεται κατά το ύψος του αρχέγονου χρησιμοποιούνται συνήθως ως παράμετροι θέσης.
Εκτός από αυτές τις παραμέτρους, καθορίζονται πράξεις σε πρωτεύουσες, οι οποίες είναι οι τρεις κύριες πράξεις της θεωρίας συνόλων - ένωση, τομή και αφαίρεση. Η ένωση δύο πρωτόγονων είναι ένα αντικείμενο που περιλαμβάνει όλα τα σημεία των αρχικών πρωτόγονων. Η τομή δύο πρωτόγονων είναι ένα αντικείμενο, του οποίου όλα τα σημεία ανήκουν ταυτόχρονα και στον πρώτο και στον δεύτερο πρωτόγονο. Το αποτέλεσμα της αφαίρεσης δύο πρωτόγονων είναι ένα αντικείμενο που αποτελείται από εκείνα τα σημεία του πρώτου αρχέγονου που δεν ανήκουν στον δεύτερο πρωτόγονο.
Το μειονέκτημα του όγκου-παραμετρικού μοντέλου είναι η απουσία σαφών ορίων των διαμερισμάτων των όψεων στην περίπτωση αλληλοδιείσδυσης των πρωτόγονων.
Ως μέρος του κινηματικόςμοντέλο, ένα αντικείμενο μπορεί να οριστεί από ένα σύνολο τρισδιάστατων στοιχείων, καθένα από τα οποία είναι ένας όγκος που «κόβεται» στο διάστημα όταν κινείται κατά μήκος μιας συγκεκριμένης τροχιάς ενός κλειστού επίπεδου περιγράμματος. Η τροχιά της κίνησης του περιγράμματος μπορεί να είναι είτε ευθεία είτε καμπύλη.
Ο τύπος του στοιχείου καθορίζεται από το σχήμα του περιγράμματος και την τροχιά της κίνησής του. Για παράδειγμα, ένας κύλινδρος στο πλαίσιο ενός κινηματικού μοντέλου μπορεί να περιγραφεί ως η κίνηση ενός κύκλου κατά μήκος ενός τμήματος που αντιπροσωπεύει το ύψος του κυλίνδρου.
Για να μοντελοποιήσετε στοιχεία σύνθετου σχήματος, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την αλλαγή στο μέγεθος του περιγράμματος ή τη θέση του σε σχέση με την τροχιά κατά τη διάρκεια της κίνησης.
Το πλεονέκτημα του μοντέλου είναι η πρακτική απουσία περιορισμών στην πολυπλοκότητα του αντικειμένου που διαμορφώνεται. Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν την πολυπλοκότητα του καθορισμού στοιχείων.
3D γραφικάείναι μια οπτική οπτική αναπαραγωγή γραφικών τρισδιάστατων αντικειμένων, με τη μορφή οπτικομαθηματικών μορφών, που αναπαράγονται σε οθόνη υπολογιστή προκειμένου να παρέχεται ρεαλιστική απεικόνιση των επεξεργασμένων στοιχείων και περαιτέρω χειρισμών με αυτά.
Η κατασκευή τρισδιάστατων γεωμετρικών αντικειμένων βασίζεται σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων που ονομάζεται " Καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων» προς τιμήν του Γάλλου επιστήμονα Ρενέ Ντεκάρτ (1596 – 1650).
Η συντομογραφία του 3D είναι σύμβολοτρισδιάστατα γραφικά, που αποτελούνται από έναν αριθμό και ένα γράμμα, που σε διευρυμένη μορφή σημαίνει " τρισδιάστατη"- έχοντας τρεις διαστάσεις.
Τα τρισδιάστατα μοντέλα χωρίζονται σε τρεις τύπους ανάλογα με τον λειτουργικό τους σκοπό:
Στους πρώτους και περισσότερους απλός τύπος, αντικειμενοστραφής σχεδίαση, αναφέρεται στη μοντελοποίηση πλαισίων χαμηλού επιπέδου. Αποτελέσματα Αντικείμενα αυτού του τύπουΗ οπτική αναπαραγωγή ονομάζεται συρμάτινο πλαίσιο ή σύρμα, το οποίο με τη σειρά του αποτελείται από διασυνδεδεμένα σύνολα γραμμών, τμημάτων και τόξων. Τα μοντέλα αυτού του τύπου δεν περιέχουν πληροφορίες για την επιφάνεια, τον όγκο ενός δομικού αντικειμένου και χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον ως μία από τις μεθόδους οπτικοποίησης. Ένα από τα πλεονεκτήματα των τρισδιάστατων μοντέλων wireframe είναι ελάχιστος όγκοςκατειλημμένος μνήμη τυχαίας προσπέλασηςυπολογιστή. Η οπτικοποίηση Wireframe χρησιμοποιείται συχνά για την προσομοίωση της διαδρομής του εργαλείου, σε ειδικά συστήματα CAM για την προετοιμασία αλγορίθμων ελέγχου για μηχανές με αριθμητικό έλεγχο.
Η μοντελοποίηση επιφανειών, σε αντίθεση με την κατασκευή wireframe, εκτός από τα σημεία και τις γραμμές που αποτελούν μέρος των θεμελιωδών στοιχείων του αντικειμένου, περιλαμβάνει επιφάνειες που σχηματίζουν το οπτικό περίγραμμα του εμφανιζόμενου σχήματος. Κατά την ανάπτυξη τέτοιων μορφών, θεωρείται ότι τα γεωμετρικά αντικείμενα περιορίζονται από τις εξωτερικές πλευρές του αντικειμένου, που τα χωρίζουν από τον περιβάλλοντα χώρο.
Η στερεά μοντελοποίηση είναι η πληρέστερη και πιο αξιόπιστη κατασκευή ενός πραγματικού αντικειμένου. Το αποτέλεσμα της κατασκευής ενός γεωμετρικού σώματος με αυτή τη μέθοδο είναι ένα μονολιθικό δείγμα ενός νέου προϊόντος, το οποίο περιλαμβάνει στοιχεία όπως γραμμές, όψεις και το πιο σημαντικό, δημιουργείται μια επιφάνεια εντός του γεωμετρικού σχήματος του αντικειμένου με τέτοια σημαντικές παραμέτρουςόπως το σωματικό βάρος και ο όγκος.
Χρησιμοποιείται για εργασία με τρισδιάστατα μοντέλα ειδικά προγράμματαπαροχή υποστήριξης υπολογιστή για σχεδιασμό.
Ένα από αυτά τα εργαλεία είναι AutoCAD. Αρχικά, οι εκδόσεις αυτού του προϊόντος λογισμικού υποστήριζαν μια δισδιάστατη γεωμετρική κατασκευή, αλλά με την πάροδο του χρόνου, ειδικοί από μια αμερικανική εταιρεία Autodeskενσωμάτωσε τη δυνατότητα σχηματισμού τρισδιάστατων αντικειμένων στο περιβάλλον AutoCADεκτός από το mainstream του προγράμματος.
Προγράμματα παραμετρικής μοντελοποίησης όπως π.χ solidworks, Autodesk Inventor, Επαγγελματίας/Μηχανικός, ΚΑΤΙΑδημιουργήθηκαν αρχικά για σχεδιασμό με βάση ένα τρισδιάστατο μοντέλο με επακόλουθο σχεδιασμό, κανονιστική τεκμηρίωση.
Τα μοντέλα που αποκτήθηκαν από τα παραπάνω προγράμματα είναι ουσιαστικά τα ίδια. Ένα συμπαγές μοντέλο ή ένα μοντέλο πλέγματος παραμένει έτσι ανεξάρτητα από το προϊόν λογισμικού, αλλά, ωστόσο, λόγω της διαφοράς στις μορφές αρχείων που μεταφέρουν πληροφορίες για ένα αντικείμενο, δεν μπορεί πάντα να ανοιχτεί σε ένα πρόγραμμα τρίτου κατασκευαστή.
Να ανταλλάσσουν οπτικο-χωρικά αντικείμενα μεταξύ διαφορετικών πλατφόρμες λογισμικού, υπάρχουν ειδικές μορφές αρχείων στις οποίες εξάγονται τα περιεχόμενα των κύριων μορφών και μετά μπορούν να ανοιχτούν σε άλλους διερμηνείς που υποστηρίζουν 3D- γραφικά.
Εξαγωγή εισαγωγή 3D-Τα μοντέλα μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας αρχεία με τις ακόλουθες επεκτάσεις:
- ACIS *.κάθ
- STEP AP203/214 *.step,*.stp
- IGES *.igs,*.iges
Τα τρισδιάστατα γραφικά δεν περιλαμβάνουν απαραιτήτως προβολή σε επίπεδο.....
Εγκυκλοπαιδικό YouTube
1 / 5
✪ Theory of 3D Graphics, μάθημα 01 - Εισαγωγή στα 3D γραφικά
✪ Γραφικά υπολογιστή στον κινηματογράφο
✪ Διάλεξη 1 | Γραφικά υπολογιστών | Vitaly Galinsky | Lectorium
✪ 12 - Γραφικά υπολογιστή. Βασικές έννοιες γραφικών υπολογιστών
✪ Διάλεξη 4 | Γραφικά υπολογιστών | Vitaly Galinsky | Lectorium
Υπότιτλοι
Εφαρμογή
Τα τρισδιάστατα γραφικά χρησιμοποιούνται ενεργά για τη δημιουργία εικόνων στο επίπεδο μιας οθόνης ή ενός φύλλου τυπωμένων προϊόντων στην επιστήμη και τη βιομηχανία, για παράδειγμα, σε συστήματα αυτοματισμού για εργασίες σχεδιασμού (CAD, για τη δημιουργία στερεών στοιχείων: κτίρια, εξαρτήματα μηχανών, μηχανισμοί ), αρχιτεκτονική οπτικοποίηση (αυτό περιλαμβάνει τη λεγόμενη «εικονική αρχαιολογία»), σε σύγχρονα συστήματαιατρική απεικόνιση.
Η ευρύτερη εφαρμογή είναι σε πολλά σύγχρονα παιχνίδια υπολογιστή, καθώς και ένα στοιχείο κινηματογράφου, τηλεόρασης και έντυπων προϊόντων.
Τα τρισδιάστατα γραφικά συνήθως ασχολούνται με έναν εικονικό, φανταστικό τρισδιάστατο χώρο που εμφανίζεται σε μια επίπεδη, δισδιάστατη επιφάνεια μιας οθόνης ή ενός φύλλου χαρτιού. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την εμφάνιση τρισδιάστατων πληροφοριών σε τρισδιάστατη μορφή, αν και οι περισσότερες από αυτές αντιπροσωπεύουν τρισδιάστατα χαρακτηριστικά μάλλον υπό όρους, καθώς λειτουργούν με στερεοφωνική εικόνα. Από αυτήν την περιοχή, μπορούν να σημειωθούν στερεοφωνικά γυαλιά, εικονικά κράνη, τρισδιάστατες οθόνες ικανές να επιδείξουν τρισδιάστατη εικόνα. Αρκετοί κατασκευαστές παρουσίασαν τρισδιάστατες οθόνες έτοιμες για μαζική παραγωγή. Ωστόσο, οι οθόνες 3D εξακολουθούν να μην σας επιτρέπουν να δημιουργήσετε ένα πλήρες φυσικό, απτό αντίγραφο. μαθηματικό μοντέλοδημιουργήθηκε από τρισδιάστατα γραφικά. Οι τεχνολογίες ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων, οι οποίες αναπτύσσονται από τη δεκαετία του 1990, καλύπτουν αυτό το κενό. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι τεχνολογίες ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων χρησιμοποιούν την αναπαράσταση ενός μαθηματικού μοντέλου ενός αντικειμένου με τη μορφή ενός συμπαγούς σώματος (μοντέλο voxel).
Δημιουργία
Για να αποκτήσετε μια τρισδιάστατη εικόνα σε ένα επίπεδο, απαιτούνται τα ακόλουθα βήματα:
- πρίπλασμα- δημιουργία ενός τρισδιάστατου μαθηματικού μοντέλου της σκηνής και των αντικειμένων σε αυτήν.
- υφή- αντιστοίχιση ράστερ ή διαδικαστικών υφών στις επιφάνειες των μοντέλων (συνεπάγεται επίσης ρύθμιση των ιδιοτήτων των υλικών - διαφάνεια, αντανακλάσεις, τραχύτητα κ.λπ.)
- φωτισμός- εγκατάσταση και διαμόρφωση.
- κινουμένων σχεδίων(σε ορισμένες περιπτώσεις) - δίνοντας κίνηση σε αντικείμενα.
- δυναμική προσομοίωση(σε ορισμένες περιπτώσεις) - αυτόματος υπολογισμός της αλληλεπίδρασης σωματιδίων, σκληρών / μαλακών σωμάτων κ.λπ. με τις προσομοιωμένες δυνάμεις βαρύτητας, ανέμου, άνωσης κ.λπ., καθώς και μεταξύ τους.
- απόδοση(οπτικοποίηση) - δημιουργία προβολής σύμφωνα με το επιλεγμένο φυσικό μοντέλο.
- σύνθεση(διάταξη) - οριστικοποίηση της εικόνας.
- εξαγωγή της εικόνας που προκύπτει σε μια συσκευή εξόδου - μια οθόνη ή έναν ειδικό εκτυπωτή.
Πρίπλασμα
Τα πιο δημοφιλή πακέτα αμιγώς μοντελοποίησης είναι:
- Robert McNeel & Αναπλ. Ρινόκερος 3D ;
Για να δημιουργήσετε ένα τρισδιάστατο μοντέλο ενός ατόμου ή ενός πλάσματος, το Sculpture μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρωτότυπο (στις περισσότερες περιπτώσεις).
Υφή
σκίτσο
Οπτικοποίηση τρισδιάστατων γραφικών σε παιχνίδια και εφαρμογές
Υπάρχει μια σειρά από βιβλιοθήκες λογισμικού για την απόδοση τρισδιάστατων γραφικών σε προγράμματα εφαρμογών - DirectX, OpenGL και ούτω καθεξής.
Υπάρχει ένας αριθμός προσεγγίσεων για την παρουσίαση τρισδιάστατων γραφικών σε παιχνίδια - πλήρες 3D, ψευδο-3D.
Τέτοια πακέτα δεν επιτρέπουν καν στον χρήστη να χειρίζεται απευθείας ένα τρισδιάστατο μοντέλο, για παράδειγμα, υπάρχει ένα πακέτο OpenSCAD στο οποίο το μοντέλο σχηματίζεται εκτελώντας ένα σενάριο που δημιουργείται από τον χρήστη γραμμένο σε μια εξειδικευμένη γλώσσα.
3D οθόνες
Τρισδιάστατες ή στερεοσκοπικές οθόνες, (3D οθόνες, οθόνες 3D) - εμφανίζει, μέσω στερεοσκοπικού ή οποιουδήποτε άλλου εφέ, δημιουργώντας την ψευδαίσθηση του πραγματικού όγκου στις εμφανιζόμενες εικόνες.
Επί του παρόντος, η συντριπτική πλειονότητα των τρισδιάστατων εικόνων εμφανίζεται χρησιμοποιώντας το στερεοσκοπικό εφέ, το οποίο είναι το πιο εύκολο στην εφαρμογή, αν και η χρήση της στερεοσκοπίας από μόνη της δεν μπορεί να ονομαστεί επαρκής για τρισδιάστατη αντίληψη. Το ανθρώπινο μάτι, τόσο σε ζευγάρια όσο και μόνο του, διακρίνει εξίσου καλά τα τρισδιάστατα αντικείμενα από τις επίπεδες εικόνες [ ] .
3D γραφικά
Τρισδιάστατες μέθοδοι μοντελοποίησης.
· Το Spline modeling είναι η μοντελοποίηση με μαθηματικά ομαλές γραμμές - splines.
· Πολυγωνική μοντελοποίηση είναι η διάταξη γωνιών, κορυφών πολυγώνων σε τρισδιάστατο χώρο.
Μια τρισδιάστατη εικόνα σε ένα επίπεδο διαφέρει από μια δισδιάστατη στο ότι περιλαμβάνει την κατασκευή μιας γεωμετρικής προβολής ενός τρισδιάστατου μοντέλου σκηνής σε ένα επίπεδο (για παράδειγμα, μια οθόνη υπολογιστή) χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα προγράμματα. Σε αυτή την περίπτωση, το μοντέλο μπορεί είτε να αντιστοιχεί σε αντικείμενα από τον πραγματικό κόσμο (αυτοκίνητα, κτίρια, τυφώνας, αστεροειδής), είτε να είναι εντελώς αφηρημένο (προβολή τετραδιάστατου φράκταλ).
Για να αποκτήσετε μια τρισδιάστατη εικόνα σε ένα επίπεδο, απαιτούνται τα ακόλουθα βήματα:
· μοντελοποίηση - δημιουργία τρισδιάστατου μαθηματικού μοντέλου της σκηνής και των αντικειμένων σε αυτήν.
· Απόδοση (οπτικοποίηση) - κατασκευή προβολής σύμφωνα με το επιλεγμένο φυσικό μοντέλο. (Συστήματα απόδοσης: V-Ray, FinalRender, Brazil R/S, BusyRay).
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τρισδιάστατων γραφικών.
Ελαττώματα:
Μεγάλος όγκος αρχείων
Εθισμός λογισμικού
Υψηλό κόστος διαφόρων τρισδιάστατων επεξεργαστών
Πλεονεκτήματα:
Ρεαλισμός
· Δυνατότητα χρήσης τρισδιάστατων αντικειμένων για τη δημιουργία εφαρμογών (παιχνίδια κ.λπ.)
· Ελευθερία μετασχηματισμών αντικειμένων
Πού χρησιμοποιείται
Χρησιμοποιείται κατά τη δημιουργία παιχνιδιών, ταινιών κ.λπ.
Λογισμικό
3D Studio Max, MAYA, Blender, Solid Age, Compass.
3D γραφικά- ένα τμήμα γραφικών υπολογιστή, ένα σύνολο τεχνικών και εργαλείων (τόσο λογισμικού όσο και υλικού) σχεδιασμένα να απεικονίζουν τρισδιάστατα αντικείμενα.
Μια τρισδιάστατη εικόνα σε ένα επίπεδο διαφέρει από μια δισδιάστατη στο ότι περιλαμβάνει την κατασκευή μιας γεωμετρικής προβολής ενός τρισδιάστατου μοντέλου σκηνέςσε ένα επίπεδο (για παράδειγμα, μια οθόνη υπολογιστή) χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα προγράμματα (ωστόσο, με τη δημιουργία και την υλοποίηση τρισδιάστατων οθονών και τρισδιάστατων εκτυπωτών, τα τρισδιάστατα γραφικά δεν περιλαμβάνουν απαραίτητα την προβολή σε ένα επίπεδο). Σε αυτή την περίπτωση, το μοντέλο μπορεί είτε να αντιστοιχεί σε αντικείμενα από τον πραγματικό κόσμο (αυτοκίνητα, κτίρια, τυφώνας, αστεροειδής) είτε να είναι εντελώς αφηρημένο (προβολή τετραδιάστατου φράκταλ)
Τρισδιάστατες μέθοδοι μοντελοποίησης.
Τα τρισδιάστατα μοντέλα δημιουργούνται σε συστήματα CAD (ή σε συστήματα CAD / CAM) χρησιμοποιώντας τα εργαλεία γεωμετρικής μοντελοποίησης που είναι διαθέσιμα σε αυτά. Το μοντέλο αποθηκεύεται στο σύστημα ως κάποια μαθηματική περιγραφή και εμφανίζεται στην οθόνη ως χωροαντικείμενο.
Η κατασκευή ενός χωρικού γεωμετρικού μοντέλου ενός προϊόντος είναι ένα κεντρικό έργο του σχεδιασμού του υπολογιστή. Είναι αυτό το μοντέλο που χρησιμοποιείται για την περαιτέρω επίλυση των προβλημάτων της δημιουργίας τεκμηρίωσης σχεδίασης και σχεδίασης, του σχεδιασμού τεχνολογικού εξοπλισμού, της ανάπτυξης προγραμμάτων ελέγχου για μηχανές CNC. Επιπλέον, αυτό το μοντέλο μεταφέρεται σε συστήματα μηχανικής ανάλυσης (SAE systems) και χρησιμοποιείται εκεί για μηχανικούς υπολογισμούς. Σύμφωνα με ένα μοντέλο υπολογιστή, χρησιμοποιώντας μεθόδους και μέσα ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων, μπορεί να ληφθεί ένα φυσικό δείγμα του προϊόντος. Ένα τρισδιάστατο μοντέλο μπορεί όχι μόνο να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα CAD, αλλά, σε μια συγκεκριμένη περίπτωση, μπορεί να ληφθεί από άλλο σύστημα CAD μέσω μιας από τις συμφωνημένες διεπαφές ή να διαμορφωθεί με βάση τα αποτελέσματα της μέτρησης ενός φυσικού πρωτότυπου προϊόντος σε μια συντεταγμένη μετρητική μηχανή.
Τρόποι παρουσίασης μοντέλων.
Υπάρχουν μοντελοποίηση επιφάνειας (πλαίσιο-επιφάνεια) και στερεά. Στη μοντελοποίηση επιφανειών, κατασκευάζεται πρώτα ένα πλαίσιο - μια χωρική δομή που αποτελείται από τμήματα γραμμής, κυκλικά τόξα και σφήνες. Το πλαίσιο παίζει βοηθητικό ρόλο και χρησιμεύει ως βάση για την επακόλουθη κατασκευή επιφανειών που «τεντώνονται» πάνω στα στοιχεία του πλαισίου.
Ανάλογα με τη μέθοδο κατασκευής, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι επιφανειών: κυβερνώμενη; περιστροφή; κινηματικός; σύζευξη φιλέτου? διέλευση από διαμήκη και εγκάρσια τμήματα. επιφάνειες για «σφίξιμο παραθύρων» μεταξύ τριών ή περισσότερων γειτονικών επιφανειών. Επιφάνειες NURBS που ορίζονται με τον καθορισμό σημείων ελέγχου διαμήκων και εγκάρσιων τομών. επίπεδες επιφάνειες.
Αν και οι επιφάνειες ορίζουν τα όρια του σώματος, η ίδια η έννοια του «σώματος» δεν υπάρχει στη λειτουργία μοντελοποίησης επιφανειών, ακόμα κι αν οι επιφάνειες περιορίζουν έναν κλειστό όγκο. Αυτή είναι η πιο σημαντική διαφορά μεταξύ της μοντελοποίησης επιφανειών και της μοντελοποίησης στερεών.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι ότι τα στοιχεία του μοντέλου wireframe-surface δεν σχετίζονται μεταξύ τους με κανέναν τρόπο. Η αλλαγή ενός από τα στοιχεία δεν αλλάζει αυτόματα τα άλλα. Αυτό δίνει μεγαλύτερη ελευθερία στη μοντελοποίηση, αλλά ταυτόχρονα κάνει πολύ πιο δύσκολη την εργασία με το μοντέλο.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τρισδιάστατων γραφικών
Τα τρισδιάστατα γραφικά θα σας βοηθήσουν σε περιπτώσεις όπου θέλετε να ενσωματώσετε μια φανταστική σκηνή σε μια εικόνα του πραγματικού κόσμου. Αυτή η κατάσταση είναι χαρακτηριστική για προβλήματα αρχιτεκτονικού σχεδιασμού. Σε αυτήν την περίπτωση, τα 3D-graphics εξαλείφουν την ανάγκη δημιουργίας διάταξης και παρέχουν ευέλικτες επιλογές για τη σύνθεση της εικόνας της σκηνής για οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες και από οποιαδήποτε οπτική γωνία.
Μια άλλη κατάσταση μπορεί επίσης να φανταστεί κανείς: όχι ένα φανταστικό αντικείμενο είναι ενσωματωμένο σε πραγματικό φόντο, αλλά, αντίθετα, μια εικόνα ενός πραγματικού αντικειμένου είναι ενσωματωμένη σε μια τρισδιάστατη σκηνή ως αναπόσπαστο μέρος της. Αυτός ο τρόπος χρήσης τρισδιάστατων γραφικών χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, για τη δημιουργία εικονικών εκθεσιακών αιθουσών ή γκαλερί, στους τοίχους των οποίων είναι αναρτημένες εικόνες πραγματικών πινάκων.
Παιχνίδια στον υπολογιστή - ένας από τους πιο εκτεταμένους και αποδεδειγμένους τομείς εφαρμογής των τρισδιάστατων γραφικών. Καθώς βελτιώνεσαι εργαλεία λογισμικούπροσομοίωση τρισδιάστατων γραφικών, αύξηση παραγωγικότητας και αύξηση των πόρων μνήμης των υπολογιστών οι εικονικοί τρισδιάστατοι κόσμοι γίνονται όλο και πιο περίπλοκοι και παρόμοιοι με την πραγματικότητα.
Τα τρισδιάστατα γραφικά βοηθούν επίσης εκεί όπου η πραγματική φωτογραφία είναι αδύνατη, δύσκολη ή απαιτεί σημαντικό κόστος υλικού, και σας επιτρέπει επίσης να συνθέσετε εικόνες γεγονότων που δεν συμβαίνουν στην καθημερινή ζωή. Το πρόγραμμα 3D Studio MAX 3.0 διαθέτει εργαλεία που σας επιτρέπουν να προσομοιώνετε τη δράση φυσικών δυνάμεων όπως η βαρύτητα, η τριβή ή η αδράνεια σε τρισδιάστατα αντικείμενα, καθώς και να αναπαράγετε τα αποτελέσματα των συγκρούσεων αντικειμένων.
Τα κύρια επιχειρήματα υπέρ των τρισδιάστατων γραφικών εμφανίζονται όταν πρόκειται για τη δημιουργία κινούμενων εικόνων στον υπολογιστή. Το 3D Studio MAX 3.0 σάς επιτρέπει να απλοποιήσετε σημαντικά την εργασία σε κινούμενα βίντεο κλιπ μέσω της χρήσης μεθόδων για την κίνηση σκηνών 3D. Παραπάνω, εξετάσαμε τα χαρακτηριστικά των τρισδιάστατων γραφικών, τα οποία μπορούν να αποδοθούν στα πλεονεκτήματά του σε σύγκριση με τα συμβατικά δισδιάστατα γραφικά. Αλλά, όπως γνωρίζετε, δεν υπάρχουν πλεονεκτήματα χωρίς μειονεκτήματα. . Τα μειονεκτήματα των τρισδιάστατων γραφικών, τα οποία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή εργαλείων για την ανάπτυξη των μελλοντικών γραφικών σας έργων, μπορούν να ληφθούν υπό όρους:
Αυξημένες απαιτήσεις για υλικό υπολογιστή, ιδίως για την ποσότητα μνήμης RAM, διαθεσιμότητα ελεύθερος χώροςστον σκληρό δίσκο και την ταχύτητα του επεξεργαστή?
Η ανάγκη για πολλές προπαρασκευαστικές εργασίες αλλά η δημιουργία μοντέλων όλων των αντικειμένων της σκηνής που μπορούν να πέσουν στο οπτικό πεδίο της κάμερας και η ανάθεση υλικών σε αυτά. Ωστόσο, αυτή η δουλειά συνήθως αποδίδει με το αποτέλεσμα.
Λιγότερο από όταν χρησιμοποιείτε δισδιάστατα γραφικά, ελευθερία στο σχηματισμό εικόνας. Αυτό σημαίνει ότι όταν σχεδιάζετε μια εικόνα με μολύβι σε χαρτί ή χρησιμοποιείτε δισδιάστατα γραφικά σε μια οθόνη υπολογιστή, έχετε την ευκαιρία να παραμορφώσετε εντελώς ελεύθερα τυχόν αναλογίες αντικειμένων, να παραβιάσετε τους κανόνες προοπτικής κ.λπ., εάν είναι απαραίτητο για την πραγματοποίηση καλλιτεχνικής πρόθεσης. Στο 3D Studio MAX 3.0 αυτό είναι επίσης δυνατό, αλλά απαιτεί πρόσθετη προσπάθεια.
Η ανάγκη ελέγχου της σχετικής θέσης των αντικειμένων στη σκηνή, ειδικά κατά την εκτέλεση κινούμενων εικόνων. Λόγω του γεγονότος ότι τα αντικείμενα των τρισδιάστατων γραφικών είναι "ασώματα", είναι εύκολο να παραδεχτούμε την εσφαλμένη διείσδυση ενός αντικειμένου σε ένα άλλο ή την εσφαλμένη έλλειψη της απαραίτητης επαφής μεταξύ των αντικειμένων.
Τα τρισδιάστατα γραφικά έχουν βρει ευρεία εφαρμογή σε τομείς όπως οι επιστημονικοί υπολογισμοί, ο μηχανικός σχεδιασμός, η μοντελοποίηση φυσικών αντικειμένων σε υπολογιστή.
Η εικόνα μιας επίπεδης φιγούρας στο σχέδιο δεν είναι πολύ δύσκολη, καθώς ένα δισδιάστατο γεωμετρικό μοντέλο είναι μια ομοιότητα με το σχήμα που απεικονίζεται, το οποίο είναι επίσης δισδιάστατο.
Τα τρισδιάστατα γεωμετρικά αντικείμενα απεικονίζονται στο σχέδιο ως ένα σύνολο προβολών σε διάφορα επίπεδα, το οποίο δίνει μόνο μια κατά προσέγγιση υπό όρους ιδέα αυτών των αντικειμένων ως χωρικών φιγούρων. Εάν είναι απαραίτητο να αναλογιστούν στο σχέδιο τυχόν λεπτομέρειες, λεπτομέρειες του αντικειμένου, πρόσθετες τομές, τομές κ.λπ. Δεδομένου ότι το σχέδιο συνήθως ασχολείται με χωροαντικείμενα, η αναπαράστασή τους στο σχέδιο δεν είναι πάντα απλή υπόθεση.
Κατά την κατασκευή ενός αντικειμένου με χρήση υπολογιστή, πρόσφατα αναπτύχθηκε μια προσέγγιση που βασίζεται στη δημιουργία τρισδιάστατων γεωμετρικών αναπαραστάσεων - μοντέλων.
Ως γεωμετρική μοντελοποίηση νοείται η δημιουργία μοντέλων γεωμετρικών αντικειμένων που περιέχουν πληροφορίες για τη γεωμετρία του αντικειμένου. Ένα μοντέλο ενός γεωμετρικού αντικειμένου νοείται ως ένα σύνολο πληροφοριών που καθορίζει μοναδικά το σχήμα του. Για παράδειγμα, ένα σημείο μπορεί να αναπαρασταθεί με δύο (μοντέλο 2D) ή τρεις (μοντέλο 3D) συντεταγμένες. ένας κύκλος - με τις συντεταγμένες του κέντρου και της ακτίνας κ.λπ. Ένα τρισδιάστατο γεωμετρικό μοντέλο που είναι αποθηκευμένο στη μνήμη του υπολογιστή δίνει μια αρκετά ολοκληρωμένη (αν χρειάζεται) ιδέα για το αντικείμενο που μοντελοποιείται. Ένα τέτοιο μοντέλο ονομάζεται εικονικό ή ψηφιακό.
Στην τρισδιάστατη μοντελοποίηση, το σχέδιο παίζει βοηθητικό ρόλο και οι μέθοδοι για τη δημιουργία του βασίζονται σε μεθόδους γραφικών υπολογιστών, μεθόδους εμφάνισης ενός χωρικού μοντέλου. Με αυτήν την προσέγγιση, το γεωμετρικό μοντέλο ενός αντικειμένου μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τη δημιουργία γραφική εικόνα, αλλά και για τον υπολογισμό ορισμένων χαρακτηριστικών του, για παράδειγμα, μάζας, όγκου, ροπής αδράνειας κ.λπ., καθώς και για αντοχή, μηχανική θερμότητας και άλλους υπολογισμούς.
Η τεχνολογία τρισδιάστατης μοντελοποίησης έχει ως εξής:
σχεδιασμός και δημιουργία ενός εικονικού πλαισίου ("σκελετού") ενός αντικειμένου που αντιστοιχεί πλήρως στην πραγματική του μορφή.
Σχεδιασμός και δημιουργία εικονικών υλικών παρόμοιων με πραγματικών όσον αφορά τις φυσικές ιδιότητες της οπτικοποίησης.
αντιστοίχιση υλικών σε διαφορετικά μέρη της επιφάνειας ενός αντικειμένου (προβολή μιας υφής σε ένα αντικείμενο).
σύνθεση φυσικές παραμέτρουςο χώρος στον οποίο θα λειτουργήσει το αντικείμενο - ορίστε τον φωτισμό, τη βαρύτητα, τις ιδιότητες της ατμόσφαιρας, τις ιδιότητες των αλληλεπιδρώντων αντικειμένων και επιφανειών, ορίζοντας την τροχιά της κίνησης των αντικειμένων.
υπολογισμός της προκύπτουσας ακολουθίας πλαισίων.
· Επιφανειακά εφέ επικάλυψης στο τελικό κλιπ κινουμένων σχεδίων.
Μοντέλο.Για την εμφάνιση τρισδιάστατων αντικειμένων σε μια οθόνη οθόνης, απαιτείται μια σειρά διεργασιών (συνήθως αποκαλούμενες διοχέτευση), ακολουθούμενες από μετάφραση του αποτελέσματος σε δισδιάστατη προβολή. Αρχικά, ένα αντικείμενο αναπαρίσταται ως ένα σύνολο σημείων ή συντεταγμένων σε τρισδιάστατο χώρο. Ένα τρισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων ορίζεται από τρεις άξονες: οριζόντιος, κατακόρυφος και βάθος, που συνήθως αναφέρονται ως άξονες Χ, Υ και Ζ, αντίστοιχα, τους οποίους αποτελείται το αντικείμενο, στο διάστημα. Συνδέοντας τις κορυφές του αντικειμένου με γραμμές, παίρνουμε ένα μοντέλο wireframe, που ονομάζεται έτσι επειδή είναι ορατές μόνο οι άκρες των επιφανειών ενός τρισδιάστατου σώματος. Ένα συρμάτινο πλαίσιο ορίζει τις περιοχές που συνθέτουν την επιφάνεια ενός αντικειμένου που μπορεί να γεμίσει με χρώμα, υφές και να φωτιστεί από ακτίνες φωτός.
Ποικιλίες τρισδιάστατων γραφικών.Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι τρισδιάστατων γραφικών: πολυγωνικά, αναλυτικά, φράκταλ, spline.
Τα γραφικά πολυγώνων είναι τα πιο κοινά. Αυτό οφείλεται κυρίως στην υψηλή ταχύτητα επεξεργασίας του. Κάθε αντικείμενο γραφικών πολυγώνων ορίζεται από ένα σύνολο πολυγώνων. Ένα πολύγωνο είναι ένα επίπεδο πολύγωνο. Η απλούστερη επιλογή είναι τα τριγωνικά πολύγωνα, επειδή, όπως γνωρίζετε, ένα επίπεδο μπορεί να σχεδιαστεί μέσω οποιωνδήποτε τριών σημείων στο χώρο. Κάθε πολύγωνο ορίζεται από ένα σύνολο σημείων. Ένα σημείο καθορίζεται από τρεις συντεταγμένες - X, Y, Z. Έτσι, μπορείτε να καθορίσετε ένα τρισδιάστατο αντικείμενο ως πίνακα ή δομή.
Τα αναλυτικά γραφικά έγκεινται στο γεγονός ότι τα αντικείμενα καθορίζονται αναλυτικά, δηλαδή οι τύποι. Για παράδειγμα: μια μπάλα ακτίνας r με κέντρο στο σημείο (x 0 , y 0 , z 0) περιγράφεται με τον τύπο (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2 . Συνδυάζοντας διάφορες φόρμουλεςμεταξύ τους, μπορείτε να πάρετε αντικείμενα πολύπλοκου σχήματος. Αλλά η όλη δυσκολία έγκειται στην εύρεση του τύπου του απαιτούμενου αντικειμένου.
Ένας άλλος τρόπος για τη δημιουργία αναλυτικών αντικειμένων είναι η δημιουργία στερεών επαναστάσεων. Έτσι, περιστρέφοντας έναν κύκλο γύρω από κάποιον άξονα, μπορείτε να πάρετε έναν δακτύλιο και ταυτόχρονα περιστρέφοντας μια έντονα επιμήκη έλλειψη γύρω από τον δικό του και τον εξωτερικό άξονά του, μπορείτε να πάρετε έναν αρκετά όμορφο κυματοειδές δακτύλιο.
Τα γραφικά φράκταλ βασίζονται στην έννοια του φράκταλ - αυτο-ομοιότητα. Ένα αντικείμενο ονομάζεται αυτο-όμοιο όταν τα μεγεθυσμένα μέρη του αντικειμένου μοιάζουν με το ίδιο το αντικείμενο και μεταξύ τους. Το έδαφος ανήκει στην κατηγορία των «αυτο-όμοιων». Έτσι, η οδοντωτή άκρη μιας σπασμένης πέτρας μοιάζει με μια οροσειρά στον ορίζοντα. Τα φράκταλ γραφικά, όπως και τα διανυσματικά γραφικά, βασίζονται σε μαθηματικούς υπολογισμούς. Στοιχείο βάσηςΤα γραφικά φράκταλ είναι ένας μαθηματικός τύπος, επομένως δεν αποθηκεύονται αντικείμενα στη μνήμη του υπολογιστή και η εικόνα δημιουργείται αποκλειστικά με εξισώσεις.
Με αυτόν τον τρόπο κατασκευάζονται τόσο οι απλούστερες κανονικές δομές όσο και πολύπλοκες εικονογραφήσεις που μιμούνται φυσικά τοπία και τρισδιάστατα αντικείμενα. Οι αλγόριθμοι φράκταλ μπορούν να δημιουργήσουν απίστευτες τρισδιάστατες εικόνες.
Τα γραφικά Spline βασίζονται στην έννοια του spline. Ο όρος "spline" από το αγγλικό spline. Αυτό είναι το όνομα μιας εύκαμπτης λωρίδας χάλυβα, με τη βοήθεια της οποίας οι συντάκτες σχεδιάζουν ομαλές καμπύλες μέσα από δεδομένα σημεία. Τα παλιά χρόνια, μια παρόμοια μέθοδος ομαλών περιγραμμάτων διαφόρων σωμάτων (το κύτος ενός πλοίου, το σώμα ενός αυτοκινήτου) ήταν ευρέως διαδεδομένη στην πρακτική της μηχανολογίας. Ως αποτέλεσμα, το σχήμα του σώματος διαμορφώθηκε χρησιμοποιώντας ένα σύνολο τμημάτων-πλαισίων με μεγάλη ακρίβεια. Η έλευση των υπολογιστών κατέστησε δυνατή τη μετάβαση από αυτήν τη μέθοδο plaza-template σε μια άλλη αποτελεσματικός τρόποςρύθμιση της επιφάνειας του βελτιωμένου σώματος. Αυτή η προσέγγιση στην περιγραφή των επιφανειών βασίζεται στη χρήση σχετικά απλών τύπων που καθιστούν δυνατή την αναπαραγωγή της εμφάνισης ενός προϊόντος με την απαιτούμενη ακρίβεια.
Κατά τη μοντελοποίηση με σφήνες, χρησιμοποιείται συχνότερα η μέθοδος των δικυβικών ορθολογικών B-splines σε ένα μη ομοιόμορφο πλέγμα (NURBS). Η εμφάνιση της επιφάνειας καθορίζεται από το πλέγμα των σημείων αναφοράς που βρίσκονται στο χώρο. Σε κάθε σημείο εκχωρείται ένας συντελεστής, η τιμή του οποίου καθορίζει τον βαθμό επιρροής του στο τμήμα της επιφάνειας που διέρχεται κοντά στο σημείο. Το σχήμα και η «ομαλότητα» της επιφάνειας εξαρτώνται από την αμοιβαία διάταξη των σημείων και το μέγεθος των συντελεστών.
Η παραμόρφωση του αντικειμένου παρέχεται από κινούμενα σημεία ελέγχου. Μια άλλη μέθοδος ονομάζεται warp mesh. Γύρω από το αντικείμενο ή το τμήμα του τοποθετείται ένα τρισδιάστατο πλέγμα, η κίνηση οποιουδήποτε σημείου του προκαλεί ελαστική παραμόρφωση τόσο του ίδιου του πλέγματος όσο και του περιβαλλόμενου αντικειμένου.
Αφού σχηματιστεί ο «σκελετός» του αντικειμένου, είναι απαραίτητο να καλυφθεί η επιφάνειά του με υλικά. Όλη η ποικιλία των ακινήτων σε προσομοίωση υπολογιστήανάγεται στην οπτικοποίηση της επιφάνειας, δηλαδή στον υπολογισμό του συντελεστή διαφάνειας της επιφάνειας και της γωνίας διάθλασης των ακτίνων φωτός στο όριο του υλικού και του περιβάλλοντος χώρου. Για την κατασκευή των επιφανειών των υλικών, χρησιμοποιούνται πέντε βασικά φυσικά μοντέλα:
Bouknight - μια επιφάνεια με διάχυτη αντανάκλαση χωρίς λάμψη (για παράδειγμα, ματ πλαστικό).
· Phong - μια επιφάνεια με δομημένες μικροεπιφάνειες (για παράδειγμα, μέταλλο).
· Blinn - μια επιφάνεια με ειδική κατανομή μικροτραχύτητων, λαμβάνοντας υπόψη τις αμοιβαίες επικαλύψεις (για παράδειγμα, γυαλάδα).
· Whitted - ένα μοντέλο που επιτρέπει επιπλέον να λαμβάνεται υπόψη η πόλωση του φωτός.
Hall - ένα μοντέλο που σας επιτρέπει να προσαρμόσετε την κατεύθυνση της ανάκλασης και τις παραμέτρους διάθλασης του φωτός.
Η σκίαση των επιφανειών πραγματοποιείται με μεθόδους Gouraud (gouraud) ή Phong (Phong). Στην πρώτη περίπτωση, το χρώμα του πρωτόγονου υπολογίζεται στις κορυφές του και στη συνέχεια παρεμβάλλεται γραμμικά στην επιφάνεια. Στη δεύτερη περίπτωση, κατασκευάζεται ένα κανονικό ως προς το αντικείμενο ως σύνολο, το διάνυσμά του παρεμβάλλεται στην επιφάνεια των αρχέγονων στοιχείων και υπολογίζεται ο φωτισμός για κάθε σημείο.
Το φως που διαφεύγει από μια επιφάνεια σε ένα συγκεκριμένο σημείο προς τον παρατηρητή είναι το άθροισμα των συστατικών πολλαπλασιαζόμενο με έναν παράγοντα που σχετίζεται με το υλικό και το χρώμα της επιφάνειας σε αυτό το σημείο. Αυτά τα συστατικά περιλαμβάνουν:
Το φως που προερχόταν αντιθετη πλευραεπιφάνειες, δηλαδή διαθλασμένο φως (Διαθλώμενο)·
· Φως ομοιόμορφα διασκορπισμένο από την επιφάνεια (Διάχυτο).
Ανακλώμενο φως (Ανακλώμενο);
Αντανάκλαση, δηλαδή πηγές ανακλώμενου φωτός (Specular).
· Ίδια λάμψη επιφάνειας (Self Illumination).
Οι ιδιότητες της επιφάνειας περιγράφονται στις παραγόμενες σειρές υφών (δισδιάστατες ή τρισδιάστατες). Έτσι, ο πίνακας περιέχει δεδομένα σχετικά με τον βαθμό διαφάνειας του υλικού. δείκτης διάθλασης? συντελεστές μετατόπισης εξαρτημάτων (αναφέρονται παραπάνω). χρώμα σε κάθε σημείο, επισήμανση χρώματος, πλάτους και ευκρίνειας. χρώμα του διάχυτου (φόντου) φωτισμού. τοπικές αποκλίσεις των διανυσμάτων από το κανονικό (δηλαδή, λαμβάνεται υπόψη η τραχύτητα της επιφάνειας).
Το επόμενο βήμα είναι η εφαρμογή υφών («project») σε ορισμένα μέρη του πλαισίου αντικειμένου. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η αμοιβαία επιρροή τους στα όρια των πρωτόγονων. Ο σχεδιασμός υλικών για ένα αντικείμενο είναι δύσκολο να επισημοποιηθεί, μοιάζει με μια καλλιτεχνική διαδικασία και απαιτεί τουλάχιστον ελάχιστες δημιουργικές ικανότητες από τον ερμηνευτή.
Από όλες τις παραμέτρους του χώρου στον οποίο λειτουργεί το δημιουργημένο αντικείμενο, από άποψη οπτικοποίησης, η πιο σημαντική είναι ο ορισμός της πηγής φωτός. Στα τρισδιάστατα γραφικά, συνηθίζεται να χρησιμοποιούνται εικονικά ισοδύναμα φυσικών πηγών:
· Διαλυμένο φως (Ambitnt Light), το οποίο είναι ανάλογο ομοιόμορφου φωτεινού φόντου. Δεν έχει γεωμετρικές παραμέτρους και χαρακτηρίζεται μόνο από χρώμα και ένταση.
· Μια απομακρυσμένη μη σημειακή πηγή ονομάζεται μακρινό φως (Distant Light). Του εκχωρούνται συγκεκριμένες παράμετροι (συντεταγμένες). Το ανάλογο στη φύση είναι ο Ήλιος.
· Μια Σημειακή Πηγή Φωτός εκπέμπει φως ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις και έχει επίσης συντεταγμένες. Ένα ανάλογο στην τεχνολογία είναι ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας.
· Πηγή Άμεσης Φωτός (Direct Light Source) εκτός από τη θέση χαρακτηρίζεται από την κατεύθυνση της φωτεινής ροής, τις γωνίες ανοίγματος του πλήρους κώνου φωτός και το φωτεινότερο σημείο του. Ένα ανάλογο στην τεχνολογία είναι ένας προβολέας.
Η διαδικασία υπολογισμού ρεαλιστικών εικόνων ονομάζεται απόδοση (οπτικοποίηση). Τα περισσότερα σύγχρονα προγράμματα απόδοσης βασίζονται στη μέθοδο ανίχνευσης ακτίνων πίσω. Η ουσία του είναι η εξής:
· Από το σημείο παρατήρησης της σκηνής, μια εικονική δέσμη στέλνεται στο διάστημα κατά μήκος της τροχιάς της οποίας η εικόνα πρέπει να φτάσει στο σημείο παρατήρησης.
· Για τον προσδιορισμό των παραμέτρων της εισερχόμενης δέσμης, όλα τα αντικείμενα στη σκηνή ελέγχονται για διασταύρωση με τη διαδρομή παρατήρησης. Εάν δεν συμβεί καταστολή, τότε θεωρείται ότι η ακτίνα χτύπησε το φόντο της σκηνής και οι εισερχόμενες πληροφορίες καθορίζονται από τις παραμέτρους του φόντου. Εάν η τροχιά τέμνεται με ένα αντικείμενο, τότε στο σημείο επαφής, το φως που πηγαίνει στο σημείο παρατήρησης υπολογίζεται σύμφωνα με τις παραμέτρους του υλικού.
Αφού ολοκληρωθεί η κατασκευή και η οπτικοποίηση του αντικειμένου, αρχίζουν να το «ζωντανεύουν», δηλαδή να ορίζουν τις παραμέτρους κίνησης. Η κινούμενη εικόνα στον υπολογιστή βασίζεται σε βασικά καρέ. Στο πρώτο πλαίσιο, το αντικείμενο έχει οριστεί σε Αρχική θέση. Μετά από ένα ορισμένο διάστημα (για παράδειγμα, στο όγδοο καρέ), ορίζεται μια νέα θέση του αντικειμένου και ούτω καθεξής μέχρι την τελική θέση. Οι ενδιάμεσες θέσεις υπολογίζονται από το πρόγραμμα σύμφωνα με ειδικό αλγόριθμο. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν συμβαίνει απλώς μια γραμμική προσέγγιση, αλλά μια ομαλή αλλαγή στη θέση των σημείων αναφοράς του αντικειμένου σύμφωνα με τις καθορισμένες συνθήκες. Αυτές οι συνθήκες καθορίζονται από την ιεραρχία των αντικειμένων (δηλαδή, τους νόμους της αλληλεπίδρασής τους μεταξύ τους), τα επιτρεπόμενα επίπεδα κίνησης, τις περιοριστικές γωνίες περιστροφής και τα μεγέθη των επιταχύνσεων και ταχυτήτων.
Αυτή η προσέγγιση ονομάζεται μέθοδος αντίστροφης κινηματικής της κίνησης. Λειτουργεί καλά για τη μοντελοποίηση μηχανικών συσκευών. Στην περίπτωση της μίμησης ζωντανών αντικειμένων, χρησιμοποιούνται τα λεγόμενα σκελετικά μοντέλα. Δημιουργείται δηλαδή ένα συγκεκριμένο πλαίσιο, κινούμενο σε σημεία χαρακτηριστικά του μοντελοποιημένου αντικειμένου. Οι κινήσεις των σημείων υπολογίζονται με την προηγούμενη μέθοδο.
Η μέθοδος της τρισδιάστατης γεωμετρικής μοντελοποίησης εφαρμόζεται σε πολλά προϊόντα λογισμικού, συμπεριλαμβανομένων δημοφιλών όπως το AutoCAD και το ArchiCAD.
Φόρτωση...