Aké sú typy počítačovej grafiky. Iné typy počítačovej grafiky Definícia 3D grafiky

3D modelovanie a vizualizácia sú nevyhnutné pri výrobe produktov alebo ich balení, ako aj pri tvorbe prototypov produktov a tvorbe objemovej animácie.

Služby 3D modelovania a vizualizácie sa teda poskytujú, keď:

• je potrebné posúdiť fyzické a technické vlastnosti výrobku ešte predtým, ako bude vytvorený v pôvodnej veľkosti, materiáli a konfigurácii;
• je potrebné vytvoriť 3D model budúceho interiéru.

V takýchto prípadoch sa určite budete musieť uchýliť k službám špecialistov v oblasti 3D modelovania a vizualizácie.

3D modely- neoddeliteľná súčasť kvalitných prezentácií a technickej dokumentácie, ako aj - základ pre vytvorenie prototypu produktu. Zvláštnosťou našej spoločnosti je schopnosť vykonať celý cyklus práce na vytvorení realistického 3D objektu: od modelovania až po prototypovanie. Keďže všetky práce je možné vykonávať v komplexe, výrazne to znižuje čas a náklady na hľadanie dodávateľov a stanovovanie nových technických úloh.

Pokiaľ ide o výrobok, pomôžeme vám uvoľniť jeho skúšobnú sériu a nadviazať ďalšiu výrobu v malom alebo priemyselnom meradle.

Definícia pojmov "3D modelovanie" a "vizualizácia"

3D grafika alebo 3D modelovanie- počítačová grafika, ktorá kombinuje techniky a nástroje potrebné na vytváranie trojrozmerných objektov v technickom priestore.

Techniky treba chápať ako metódy formovania trojrozmerného grafického objektu – výpočet jeho parametrov, kreslenie „kostra“ alebo trojrozmerná nedetailná forma; vytláčanie, stavanie a vyrezávanie dielov atď.

A pod nástrojmi - profesionálne programy pre 3D modelovanie. V prvom rade - SolidWork, ProEngineering, 3DMAX, ako aj niektoré ďalšie programy na objemovú vizualizáciu objektov a priestoru.

Vykresľovanie objemu je vytvorenie dvojrozmerného rastrového obrázku na základe skonštruovaného 3D modelu. Vo svojej podstate ide o najrealistickejší obraz trojrozmerného grafického objektu.

Aplikácie 3D modelovania:

• Reklama a marketing

Trojrozmerná grafika je nevyhnutná pre prezentáciu budúceho produktu. Aby ste mohli začať s výrobou, musíte nakresliť a následne vytvoriť 3D model objektu. A už na základe 3D modelu, pomocou technológií rýchleho prototypovania (3D tlač, frézovanie, odlievanie silikónových foriem a pod.), vzniká realistický prototyp (vzorka) budúceho produktu.

Po vykreslení (3D vizualizácia) je možné výsledný obraz použiť pri vývoji obalového dizajnu alebo pri tvorbe vonkajšej reklamy, POS materiálov a dizajnu výstavných stánkov.

• urbanistické plánovanie

Pomocou trojrozmernej grafiky sa dosahuje najrealistickejšie modelovanie mestskej architektúry a krajiny - s minimálnymi nákladmi. Vizualizácia architektúry budov a krajinného dizajnu umožňuje investorom a architektom pocítiť efekt bytia v navrhovanom priestore. To vám umožní objektívne posúdiť podstatu projektu a odstrániť nedostatky.

• priemysel

Modernú výrobu si nemožno predstaviť bez predvýrobného modelovania výrobkov. S príchodom 3D technológií sa výrobcom podarilo výrazne ušetriť materiál a znížiť finančné náklady na inžiniersky dizajn. Pomocou 3D modelovania grafickí dizajnéri vytvárajú 3D obrazy častí a predmetov, ktoré sa potom dajú použiť na vytváranie foriem a prototypov predmetov.

• Počítačové hry

3D technológia sa používa pri tvorbe počítačových hier už viac ako desaťročie. V profesionálnych programoch skúsení špecialisti ručne kreslia 3D krajiny, modely postáv, animujú vytvorené 3D objekty a postavy a vytvárajú aj koncept art (návrhy konceptov).

• Kino

Celý moderný filmový priemysel sa zameriava na 3D kino. Na takéto natáčanie sa používajú špeciálne kamery, ktoré dokážu natáčať v 3D. Navyše pomocou trojrozmernej grafiky pre filmový priemysel vznikajú jednotlivé objekty a plnohodnotné krajiny.

• Architektúra a interiérový dizajn

Technológia 3D modelovania v architektúre sa už dlho etablovala z tej najlepšej stránky. Dnes je vytvorenie trojrozmerného modelu budovy nepostrádateľným atribútom dizajnu. Na základe 3D modelu môžete vytvoriť prototyp budovy. Navyše, ako prototyp, ktorý opakuje len všeobecné obrysy budovy, tak aj detailný prefabrikovaný model budúcej budovy.

Čo sa týka interiérového dizajnu, pomocou technológie 3D modelovania môže zákazník vidieť, ako bude jeho domov alebo kancelársky priestor vyzerať po oprave.

• Animácia

Pomocou 3D grafiky vytvoríte animovanú postavičku, „rozhýbete“ ju a tiež navrhnutím zložitých animačných scén vytvoríte plnohodnotné animované video.

Etapy vývoja 3D modelu

Vývoj 3D modelu prebieha v niekoľkých etapách:

1. Modelovanie alebo vytváranie geometrie modelu

Hovoríme o vytvorení trojrozmerného geometrického modelu, bez zohľadnenia fyzikálnych vlastností objektu. Používajú sa tieto metódy:

• extrúzia;
• modifikátory;
• polygonálne modelovanie;
• rotácia.

2. Textúra objektu

Úroveň realizmu budúceho modelu priamo závisí od výberu materiálov pri vytváraní textúr. Profesionálne programy na prácu s trojrozmernou grafikou sú prakticky neobmedzené vo svojich možnostiach vytvárania realistického obrazu.

3. Nastavenie svetiel a hľadísk

Jeden z najťažších krokov pri vytváraní 3D modelu. Realistické vnímanie obrazu totiž priamo závisí od výberu tónu svetla, úrovne jasu, ostrosti a hĺbky tieňov. Okrem toho je potrebné vybrať pozorovacie miesto pre objekt. Môže to byť pohľad z vtáčej perspektívy alebo zmenšiť priestor tak, aby sa dosiahol efekt, ako keby ste v ňom boli – výberom pohľadu na objekt z ľudskej výšky.+

4. 3D vizualizácia alebo rendering

Záverečná fáza 3D modelovania. Spočíva v spresnení nastavení zobrazenia 3D modelu. Teda pridanie grafických špeciálnych efektov, ako je oslnenie, hmla, žiarenie atď. V prípade vykresľovania videa sa určujú presné parametre 3D animácie postáv, detailov, krajiny a pod. (čas farebných rozdielov, žiara a pod.).

V rovnakej fáze sú podrobné nastavenia vizualizácie: vyberie sa požadovaný počet snímok za sekundu a rozšírenie konečného videa (napríklad DivX, AVI, Cinepak, Indeo, MPEG-1, MPEG-4, MPEG-2, WMV atď.). Ak je potrebné získať dvojrozmerný rastrový obrázok, určí sa formát a rozlíšenie obrázku, hlavne JPEG, TIFF alebo RAW.

5. post produkcia

Spracúvajte zachytené obrázky a videá pomocou editorov médií - Adobe Photoshop, Adobe Premier Pro (alebo Final Cut Pro / Sony Vegas), GarageBand, Imovie, Adobe After Effects Pro, Adobe Illustrator, Samplitude, SoundForge, Wavelab atď.

Postprodukcia má poskytnúť mediálnym súborom originálne vizuálne efekty, ktorých účelom je nadchnúť myseľ potenciálneho spotrebiteľa: zapôsobiť, vzbudiť záujem a dlho si ho pamätať!

3D modelovanie v zlievarni

V zlievarenskom priemysle sa 3D modelovanie postupne stáva neodmysliteľnou technologickou súčasťou procesu tvorby produktu. Ak hovoríme o odlievaní do kovových foriem, tak 3D modely takýchto foriem sa vytvárajú pomocou technológií 3D modelovania, ako aj 3D prototypovania.

Ale nie menej populárne dnes získava tvarovanie v silikónových formách. V tomto prípade vám 3D modelovanie a vizualizácia pomôže vytvoriť prototyp objektu, na základe ktorého sa vytvorí forma zo silikónu alebo iného materiálu (drevo, polyuretán, hliník a pod.).

Metódy 3D vizualizácie (rendering)

1. Rastrovanie.

Jedna z najjednoduchších metód vykresľovania. Pri jeho použití sa neberú do úvahy dodatočné vizuálne efekty (napríklad farba a tieň objektu vzhľadom na hľadisko).

2. Raycasting.

Na 3D model sa pozerá z určitého, vopred určeného bodu – z ľudskej výšky, z vtáčej perspektívy atď. Z hľadiska sa vysielajú lúče, ktoré určujú šerosvit predmetu pri pohľade v bežnom 2D formáte.

3. Sledovanie lúčov.

Táto metóda vykresľovania znamená, že pri dopade na povrch sa lúč rozdelí na tri zložky: odrazený, tieňový a lomený. V skutočnosti to tvorí farbu pixelu. Okrem toho realizmus obrazu priamo závisí od počtu delení.

4. Trasovanie cesty.

Jedna z najťažších metód 3D vizualizácie. Pri použití tejto metódy 3D vykresľovania sa šírenie svetelných lúčov čo najviac približuje fyzikálnym zákonom o šírení svetla. Práve to zaisťuje vysokú realistickosť výsledného obrazu. Je potrebné poznamenať, že táto metóda je náročná na zdroje.

Naša spoločnosť Vám poskytne celý rad služieb v oblasti 3D modelovania a vizualizácie. Máme všetky technické možnosti na vytváranie 3D modelov rôznej zložitosti. Máme tiež bohaté skúsenosti s 3D vizualizáciou a modelovaním, o čom sa môžete sami presvedčiť pri prehliadke nášho portfólia alebo iných našich prác, ktoré ešte nie sú prezentované na stránke (na vyžiadanie).

Značková agentúra KOLORO Vám poskytne služby pri výrobe skúšobnej série výrobkov alebo jej malosériovej výrobe. K tomu Vám naši špecialisti vytvoria čo najrealistickejší 3D model objektu, ktorý potrebujete (obal, logo, postavičku, 3D vzorka akéhokoľvek produktu, forma a pod.), na základe ktorého vznikne prototyp produktu. Cena našej práce priamo závisí od zložitosti objektu 3D modelovania a je diskutovaná individuálne.

Ako už bolo spomenuté vyššie, počítačovú grafiku možno rozdeliť do troch hlavných kategórií podľa spôsobu popisu obrázkov: rastrová, vektorová a trojrozmerná grafika. Medzi dvojrozmernou grafikou sa zvláštnym spôsobom vyníma pixelová a fraktálna grafika. Samostatnú pozornosť si vyžadujú aj 3D, CGI a infografika.

Pixelová grafika

pojem "pixelové umenie" pixel ) je forma digitálneho obrázka vytvorená na počítači pomocou rastrového grafického editora, kde je obrázok upravovaný na úrovni pixelov (bodov) a rozlíšenie obrázka je také malé, že jednotlivé pixely sú jasne viditeľné.

Je bežnou mylnou predstavou, že každý výkres vytvorený pomocou rastrových editorov je pixel art. To nie je pravda, pixelový obrázok sa líši od bežnej rastrovej technológie - manuálna úprava obrázku pixel po pixeli. Pixel art je preto charakteristický svojou malou veľkosťou, obmedzenou farebnou paletou a (zvyčajne) chýbajúcim anti-aliasingom.

Pixelová grafika využíva len najjednoduchšie nástroje rastrových grafických editorov, ako sú Ceruzka, Čiara (čiara) alebo Výplň (farebná výplň). Pixelová grafika pripomína mozaiku a krížikovú výšivku alebo korálkovú výšivku, keďže vzor je tvorený malými farebnými prvkami, podobne ako pixely moderných monitorov.

fraktálna grafika

Fraktál je objekt vytvorený z nepravidelných oddelených častí, ktoré sú podobné celému objektu. Keďže k detailnejšiemu popisu prvkov menšieho rozsahu dochádza podľa jednoduchého algoritmu, takýto objekt možno opísať len niekoľkými matematickými rovnicami.

Ryža. 8.5.

Fraktálna grafika je nevyhnutná na vytváranie umelých hôr, oblakov, morských vĺn. Vďaka fraktálom sa dajú ľahko zobraziť zložité objekty, ktorých obrazy sú podobné prírodným. Fraktály umožňujú popísať celé triedy obrázkov, ktorých detailný popis si vyžaduje relatívne málo pamäte (obr. 8.5). Na druhej strane sú fraktály zle použiteľné na obrázky mimo týchto tried.

3D grafika

Trojrozmerná grafika (3D - z angl. 3 Rozmery - tri rozmery) - tri rozmery obrazu) - časť počítačovej grafiky, súbor techník a nástrojov (softvér aj hardvér) určených na zobrazenie trojrozmerných objektov (obr. 8.6).

Ryža. 8.6.

3D obraz na rovine sa od dvojrozmernej líši tým, že ide o konštrukciu geometrickej projekcie trojrozmerného modelu scény na rovinu (napríklad obrazovku počítača) pomocou špecializovaných programov (avšak s tvorbou a implementáciou tzv. 3D -zobrazuje a 3D -3D grafické tlačiarne nemusia nevyhnutne zahŕňať projekciu na rovinu). V tomto prípade môže model zodpovedať buď objektom z reálneho sveta (autá, budovy, hurikán, asteroid), alebo môže byť úplne abstraktný (projekcia štvorrozmerného fraktálu).

3D modelovanie je proces vytvárania trojrozmerného modelu objektu. Úloha 3D - modelovanie - na vytvorenie trojrozmerného obrazu požadovaného objektu. Pomocou trojrozmernej grafiky môžete vytvoriť presnú kópiu konkrétneho objektu a vytvoriť novú, dokonca nereálnu reprezentáciu objektu, ktorý nikdy neexistoval.

3D grafika funguje na objektoch v 3D priestore. Výsledkom je zvyčajne plochý obraz, projekcia. Trojrozmerná počítačová grafika je široko používaná v televízii, kine, počítačových hrách a dizajne tlačených produktov.

Trojrozmerná grafika sa aktívne používa na vytváranie obrázkov na rovine obrazovky alebo tlačeného hárku vo vede a priemysle (napríklad v systémoch počítačom podporovaného projektovania (CAD)); na vytváranie pevných prvkov: budov, častí strojov, mechanizmov), architektonickú vizualizáciu (sem patrí aj tzv. „virtuálna archeológia“), v moderných medicínskych zobrazovacích systémoch.

3D grafika sa zvyčajne zaoberá virtuálnym, imaginárnym trojrozmerným priestorom, ktorý je zobrazený na rovnom, dvojrozmernom povrchu displeja alebo listu papiera. Akýkoľvek obrázok na monitore sa vďaka jeho rovine stáva rastrovým obrázkom, pretože monitor je matica, pozostáva zo stĺpcov a riadkov. Trojrozmerná grafika existuje len v našej predstavivosti – to, čo vidíme na monitore, je projekcia trojrozmernej postavy a priestor si vytvárame my sami. Vizualizácia grafiky teda môže byť len rastrová a vektorová a spôsob vizualizácie je len raster (súbor pixelov), spôsob zadania obrázka závisí od počtu týchto pixelov.

V súčasnosti existuje niekoľko metód na zobrazenie trojrozmernej informácie v trojrozmernej forme, hoci väčšina z nich predstavuje trojrozmerné charakteristiky skôr podmienene, pretože pracujú so stereo obrazom. Z tejto oblasti stereo okuliare, virtuálne prilby, 3D displeje schopné zobrazovať trojrozmerný obraz.

-grafika

Termín "CGI grafika" generované počítačom snímky sa týkajú počítačom generovaných obrázkov) sa týkajú statických a pohyblivých obrázkov generovaných 3D počítačovou grafikou používanou vo výtvarnom umení, tlači, filmových špeciálnych efektoch, televízii a simuláciách. Počítačové hry zvyčajne používajú počítačovú grafiku v reálnom čase, ale pravidelne sa pridávajú aj herné videá založené na CGI.

Pohyblivé obrázky sú vytvárané počítačovou animáciou, čo je užšia oblasť CGI grafiky, ktorá je použiteľná aj v kine, kde umožňuje vytvárať efekty, ktoré nie je možné získať pomocou tradičného líčenia a animatroniky. Počítačová animácia dokáže nahradiť prácu kaskadérov a komparzistov, ale aj kulisy.

infografiky

Termín „infografika“ (z lat. informácie- uvedomenie, objasnenie, prezentácia; a iné - grécky. grafika - písaný, od grafo - píšem) označujú grafický spôsob prezentácie informácií, údajov a poznatkov.

Rozsah uplatnenia infografiky je obrovský – geografia, žurnalistika, školstvo, štatistika, odborné texty. Pomáha nielen organizovať veľké množstvo informácií, ale tiež jasnejšie ukázať vzťah objektov a faktov v čase a priestore, ako aj demonštrovať trendy.

Infografikou možno nazvať akúkoľvek kombináciu textu a grafiky vytvorenú so zámerom vyrozprávať konkrétny príbeh, sprostredkovať konkrétnu skutočnosť. Infografika funguje tam, kde potrebujete ukázať zariadenie a algoritmus niečoho, vzťah objektov a faktov v čase a priestore, ukázať trend, ukázať, ako to vyzerá, usporiadať veľké množstvo informácií.

Infografika je vizuálna reprezentácia informácií. Používa sa tam, kde je potrebné rýchlo a jasne prezentovať zložité informácie.

• Animatronika - technika používaná v kinematografii, animácii, počítačovom modelovaní na vytváranie špeciálnych efektov pohyblivých umelých častí tela človeka, zvieraťa alebo iných predmetov.

Softvér na 3D modelovanie vám môže pomôcť premeniť niektoré z vašich nápadov na nádherné modely a prototypy, ktoré potom môžete použiť na rôzne účely. Tieto nástroje vám umožňujú vytvárať modely od začiatku, bez ohľadu na úroveň skúseností. Niektoré 3D editory sú celkom jednoduché, takže ich zvládne za krátky čas aj začiatočník. Dnes sa 3D modely používajú v širokej škále oblastí: kino, počítačové hry, interiérový dizajn, architektúra a mnoho ďalších.

Výber optimálneho simulačného softvéru je často ťažký, pretože nie je jednoduché nájsť program, ktorý má všetky potrebné funkcie. FreelanceToday vám prináša 20 bezplatných softvérov na 3D modelovanie.

Daz Studio je výkonný, ale úplne bezplatný softvér na 3D modelovanie. To neznamená, že ide o ľahko naučiteľný nástroj - začiatočníci budú musieť dlho študovať možnosti programu. Tvorcovia programu sa postarali o používateľský zážitok, no pohodlie Daz Studio neocení hneď. Jednou z funkcií programu je vytváranie GPU akcelerovaných 3D obrázkov počas renderovania, čo umožňuje vytvárať veľmi realistické modely. Aj v Daz Studio je podpora pre vytváranie scén a funkčnosť pre animáciu modelov.

Dostupnépre: Windows | OS X

Bezplatný 3D modelovací softvér OpenSCAD je určený pre seriózny dizajn (priemyselný dizajn, interiéry, architektúra). Oveľa menej zaujali tvorcovia programu umelecké aspekty. Na rozdiel od iných programov tohto druhu, OpenSCAD nie je interaktívny nástroj - je to 3D kompilátor, ktorý zobrazuje detaily projektu v 3D.

Dostupný pre: Windows | OS X | linux

AutoDesk 123D je veľká zbierka rôznych nástrojov CAD a 3D modelovania. Pomocou programu môžete navrhnúť, vytvoriť a vizualizovať takmer akýkoľvek 3D model. AutoDesk podporuje aj technológiu 3D tlače. Hlavná stránka AutoDesk 123D má niekoľko satelitov, kde môžete nájsť veľa zaujímavých bezplatných 3D modelov na hranie alebo len na osobné použitie.

Dostupný pre: Windows | OS X | iOS |

Meshmixer 3.0 vám umožňuje navrhovať a vizualizovať 3D štruktúry kombináciou dvoch alebo viacerých modelov v niekoľkých jednoduchých krokoch. Program má na to pohodlnú funkciu „vystrihnúť a vložiť“, to znamená, že z modelu môžete vystrihnúť potrebné časti a vložiť ich do iného modelu. Program dokonca podporuje sochárstvo - používateľ môže vytvoriť virtuálnu sochu, tvarovať a zušľachťovať povrch rovnakým spôsobom, ako keby modeloval z hliny. A to všetko v reálnom čase! Program podporuje 3D tlač, hotové modely sú plne optimalizované pre odoslanie do tlačiarne.

Dostupnépre: Windows | OS X

3DReshaper je cenovo dostupný a ľahko použiteľný softvér na 3D modelovanie. Program je možné použiť v rôznych oblastiach ako umenie, baníctvo, stavebné inžinierstvo alebo stavba lodí. 3DReshaper prichádza s podporou pre rôzne scenáre a textúry a má mnoho užitočných nástrojov a funkcií, ktoré uľahčujú proces 3D modelovania.

Dostupnépre: Windows

Bezplatný program 3D Crafter je určený na 3D modelovanie a tvorbu animácií v reálnom čase. Hlavnou črtou tohto editora je intuitívny prístup drag-and-drop. Zložité modely môžu byť postavené z jednoduchých tvarov a program podporuje sochárstvo a 3D tlač. Toto je jeden z najpohodlnejších nástrojov na vytváranie animácií.

Dostupnépre: Windows

PTC Creo je komplexný systém navrhnutý špeciálne pre inžinierov pracujúcich v oblasti strojárstva, ako aj pre konštruktérov a technológov. Program bude užitočný aj pre dizajnérov, ktorí vytvárajú produkty pomocou metód počítačového dizajnu. Priame modelovanie vám umožňuje vytvárať návrhy z existujúcich výkresov alebo používať softvér na vizualizáciu nových nápadov. Zmeny geometrie objektu je možné vykonať veľmi rýchlo, čo výrazne urýchľuje pracovný proces. Program je na rozdiel od predchádzajúcich platený, no k dispozícii je 30-dňová skúšobná verzia a bezplatná verzia pre učiteľov a študentov.

Dostupnépre: Windows

Bezplatný softvér LeoCAD je počítačom podporovaný dizajnový systém pre virtuálne modely LEGO. Existujú verzie pre Windows, Mac OS a Linux. Program môže byť dobrou alternatívou k Lego Digital Designer (LDD), pretože má jednoduché rozhranie, podporuje kľúčové snímky a funguje v režime animácie. Práve podpora animácií odlišuje LeoCAD od iných programov podobného plánu.

Dostupnépre: Windows | OS X | linux

VUE Pioneer vám pomôže vytvoriť 3D model na vizualizáciu krajiny. Softvér môže byť užitočný pre pokročilých používateľov, ktorí hľadajú pohodlné nástroje na vykresľovanie. Pioneer vám umožňuje vytvárať úžasné 3D krajiny s veľkým počtom predvolieb a poskytuje priamy prístup k obsahu Cornucopia 3D. Pomocou programu môžete vytvoriť množstvo svetelných efektov.

Dostupnépre: Windows | OS X

Netfabb nie je len program na prezeranie interaktívnych 3D scén, dá sa použiť na analýzu, úpravu a úpravu 3D modelov. Program podporuje 3D tlač a je najľahším a najjednoduchším nástrojom z hľadiska inštalácie a používania.

Dostupnépre: Windows | OS X | linux

Bezplatný NaroCad je kompletný a rozšíriteľný CAD systém založený na technológii OpenCascade, ktorý beží na platformách Windows a Linux. Program má všetky potrebné funkcie, podporuje základné a pokročilé operácie 3D modelovania. Funkcie programu je možné rozšíriť pomocou zásuvných modulov a softvérového rozhrania.

Dostupnépre: Windows | linux

LEGO Digital Designer vám umožňuje stavať 3D modely pomocou virtuálnych kociek (blokov) konštruktéra LEGO. Výsledok je možné exportovať do rôznych formátov a pokračovať v práci v iných 3D editoroch.

Dostupnépre: Windows | OS X

Bezplatný program ZCAD je možné použiť na vytváranie 2D a 3D výkresov. Editor podporuje rôzne platformy a poskytuje skvelé pozorovacie uhly. Prítomnosť mnohých pohodlných nástrojov vám umožňuje vyriešiť väčšinu problémov spojených s modelovaním trojrozmerných objektov. Používateľské rozhranie programu je jednoduché a prehľadné, čo značne uľahčuje proces kreslenia. Hotový projekt je možné uložiť do AutoCADu a iných populárnych 3D formátov.

Dostupnépre: Windows | linux

Bezplatná verzia Houdini FX, Houdini Apprentice, je určená pre študentov, umelcov a nadšencov, ktorí vytvárajú nekomerčné projekty 3D modelov. Program má trochu oklieštenú, ale zároveň pomerne širokú funkčnosť a dôkladne premyslené používateľské rozhranie. Medzi nevýhody bezplatnej verzie patrí vodoznak, ktorý sa zobrazuje na 3D vizualizácii.

Dostupnépre: Windows | OS X | linux

Aplikácia pracovného listu dizajnu vám umožňuje vytvárať pomerne podrobné 3D modely. Tvorcovia programu sa postarali o funkcie, ktoré umožňujú eliminovať problémové oblasti zmenou a doplnením existujúceho dizajnu. Pomocou DesignSpark môžete tiež rýchlo zmeniť koncept 3D produktu. Program podporuje techniky priameho modelovania a 3D tlač modelov.

Dostupnépre: Windows

FreeCAD je parametrický 3D modelár navrhnutý na vytváranie skutočných objektov akejkoľvek veľkosti. Užívateľ môže jednoducho meniť dizajn pomocou histórie modelu a zmeny jednotlivých parametrov. Program je multiplatformový, dokáže čítať a zapisovať rôzne formáty súborov. FreeCAD umožňuje vytvárať vlastné moduly a následne ich využívať v ďalšej práci.

Dostupnépre: Windows | OS X | linux

Bezplatný program Sculptris otvorí používateľom okno do vzrušujúceho sveta 3D. Funkcie Sculptris sú jednoduchá navigácia a jednoduché použitie. Program je ľahko zvládnuteľný aj pre začiatočníka, ktorý nemá žiadne skúsenosti s digitálnym umením alebo 3D modelovaním. Pracovný proces je navrhnutý tak, že môžete zabudnúť na geometriu a len vytvoriť model, pričom budete opatrne spotrebúvať počítačové zdroje.

Dostupný pre: Windows | linux

MeshMagic je možné použiť na vykreslenie súborov v 3D, ako aj na vytváranie 2D objektov alebo ich konverziu do 3D. Softvér má intuitívne rozhranie a možno ho použiť na riešenie širokej škály úloh. Mesh Magic momentálne podporuje iba Windows. Výsledok je uložený v populárnom formáte STL, ktorý je možné otvárať a upravovať vo väčšine online a offline nástrojov na 3D modelovanie.

Dostupnépre: Windows

Open Cascade je súprava na vývoj softvéru na vytváranie aplikácií súvisiacich s 3D-CAD. Zahŕňa špecializované knižnice tried C++ vyvinuté komunitou, ktoré možno použiť na modelovanie, vizualizáciu a výmenu údajov, ako aj na rýchly vývoj aplikácií.

Dostupnépre: Windows | OS X | linux

Otázka, čo je motorom celého počítačového priemyslu, už dlho trápi mnohých používateľov. Alebo je to Intel, ktorý bez prestania vydáva a vydáva nové procesory. Ale kto ich potom núti kupovať? Možno za všetko môže Microsoft, ktorý svoje okná neustále zväčšuje a skrášľuje? Nie, môžete sa uspokojiť so starými verziami programov - najmä preto, že rozsah ich schopností sa prakticky nemení. Záver sa naznačuje sám – za všetko môžu hry. Áno, sú to hry, ktoré majú tendenciu sa čoraz viac podobať skutočnému svetu, vytvárajúc jeho virtuálnu kópiu, chcú stále výkonnejšie zdroje.

Celá história počítačovej grafiky na PC je toho dôkazom. Pamätajte, že na začiatku boli Tetris, Diggers, Arkanoids. Všetka grafika pozostávala z prekresľovania malých plôch na obrazovke, škriatkov a fungovala dobre aj na XT. Ale tie dni pominuli. Simulačná hviezda vyrástla.

S vydaním hier ako F19, Formula 1 atď., v ktorých sme museli prekresliť celú obrazovku, predpripraviť ju v pamäti, sme všetci museli získať aspoň 286 procesorov. Ale pokrok sa tam nezastavil. Túžba pripodobniť virtuálny svet v hre k reálnemu zosilnela a Wolf 3D bol na svete.

Dalo by sa povedať, že ide o prvú 3D hru, v ktorej bol modelovaný akýsi, no stále realistický svet. Na jeho implementáciu sme museli použiť hornú (viac ako 640 KB) pamäť a uviesť program do chráneného režimu. Pre plnohodnotnú hru som musel osadiť procesor 80386. Svet Wolf 3D ale trpel aj nedostatkami. Hoci steny neboli len jednofarebné obdĺžniky, na ich vyplnenie boli použité textúry s nízkym rozlíšením, takže povrchy vyzerali decentne len z diaľky. Samozrejme sa dalo ísť cestou zvyšovania rozlíšenia textúr, spomeňte si napríklad na DOOM. Potom sme museli prejsť späť na novší procesor a zvýšiť množstvo pamäte. Je pravda, že to nevadí, obraz sa síce zlepšil, ale k nemu neodmysliteľne patrili všetky rovnaké nedostatky. Áno, a ploché predmety a príšery - koho to zaujíma. A potom vyšla hviezda Quake. V tejto hre bol aplikovaný revolučný prístup - z-buffer, ktorý umožnil dať objem všetkým objektom. Celá hra však stále fungovala v nízkom rozlíšení a nebola príliš realistická.

Pripravovalo sa nové hardvérové ​​riešenie. A toto riešenie sa vo všeobecnosti ukázalo ležať na povrchu. Keďže používatelia chcú hrať v trojrozmernom virtuálnom svete, proces jeho tvorby (nezabudnite na minúty čakania strávené v 3D Studio, kým sa objaví ďalší obrázok) sa musí drasticky urýchliť. A keďže centrálny procesor sa s touto úlohou vyrovnáva veľmi zle, padlo revolučné rozhodnutie – urobiť špecializovaný.

A potom sa z toho dostal výrobca hracích automatov 3Dfx, ktorý túto rozprávku uskutočnil pomocou svojho Voodoo GPU. Ľudstvo urobilo ďalší krok do virtuálneho sveta.

A keďže na PC nie je operačný systém s textúrovanými oknami plávajúcimi späť do hmly a ani sa to neočakáva, celý 3D grafický aparát je možné aplikovať len na hry, čo úspešne robí celé civilizované ľudstvo.

Model

Na zobrazenie trojrozmerných objektov na obrazovke monitora je potrebná séria procesov (zvyčajne nazývaných pipeline), po ktorých nasleduje preloženie výsledku do dvojrozmerného zobrazenia. Spočiatku je objekt reprezentovaný ako množina bodov alebo súradníc v trojrozmernom priestore. Trojrozmerný súradnicový systém je definovaný tromi osami: horizontálnou, vertikálnou a hĺbkovou, ktoré sa bežne označujú ako osi x, y a z. Objektom môže byť dom, osoba, auto, lietadlo alebo celý 3D svet a súradnice určujú polohu vrcholov (uzlových bodov), ktoré tvoria objekt v priestore. Spojením vrcholov objektu čiarami dostaneme drôtený model, ktorý sa nazýva tak, že sú viditeľné iba okraje plôch trojrozmerného telesa. Drôtený model definuje oblasti, ktoré tvoria povrch objektu, ktorý môže byť vyplnený farbou, textúrami a osvetlený svetelnými lúčmi.

Ryža. 1: Kocka drôtený model

Dokonca aj s týmto zjednodušeným vysvetlením postupu 3D grafiky je jasné, koľko výpočtov je potrebných na nakreslenie 3D objektu na 2D obrazovke. Možno si predstaviť, o koľko sa množstvo požadovaných výpočtov v súradnicovom systéme zvýši, ak sa objekt pohne.

Ryža. 2: Model lietadla s tieňovanými plochami

Úloha API

Aplikačné programovateľné rozhranie (API) pozostáva z funkcií, ktoré riadia 3D pipeline v softvéri, ale môžu využívať výhody implementácie 3D hardvéru, ak je k dispozícii. Ak existuje hardvérový akcelerátor, API ho využíva, ak nie, potom API pracuje s optimálnym nastavením určeným pre najbežnejšie systémy. Vďaka použitiu API teda môže byť ľubovoľný počet softvérových nástrojov podporovaný ľubovoľným počtom hardvérových 3D akcelerátorov.

Pre všeobecné a zábavné aplikácie existujú nasledujúce rozhrania API:

• Microsoft Direct3D
• Criterion Renderware
• Argonaut BRender
• Intel 3DR

Apple propaguje svoje vlastné rozhranie Rave založené na ich vlastnom Quickdraw 3D API.

Pre profesionálne aplikácie bežiace pod WindowsNT dominuje rozhranie OpenGL. Autodesk, najväčší výrobca inžinierskych aplikácií, vyvinul vlastné API s názvom Heidi.
Spoločnosti ako Intergraph - RenderGL a 3DFX - GLide tiež vyvinuli svoje API.

Existencia a dostupnosť 3D rozhraní, ktoré podporujú viacero grafických subsystémov a aplikácií, zvyšuje potrebu hardvérových akcelerátorov 3D grafiky v reálnom čase. Hlavným konzumentom a zákazníkom takýchto akcelerátorov sú zábavné aplikácie, no netreba zabúdať ani na profesionálne aplikácie na spracovanie 3D grafiky bežiace pod Windows NT, z ktorých mnohé sú prenesené z vysokovýkonných pracovných staníc ako je Silicon Graphics na platformu PC. Internetové aplikácie budú mať veľký úžitok z neuveriteľnej svižnosti, intuitívnosti a flexibility, ktorú poskytuje 3D GUI. Interakcia na World Wide Web bude oveľa jednoduchšia a pohodlnejšia, ak bude prebiehať v trojrozmernom priestore.

grafický akcelerátor

Trh s grafickými subsystémami pred príchodom konceptu multimédiá bolo relatívne ľahké rozvíjať. Dôležitým míľnikom vo vývoji bol štandard VGA (Video graphics Array) vyvinutý spoločnosťou IBM v roku 1987, vďaka ktorému mohli výrobcovia video adaptérov použiť vyššie rozlíšenie (640x480) a väčšiu farebnú hĺbku na monitore počítača. S rastúcou popularitou operačného systému Windows je naliehavá potreba hardvérových akcelerátorov 2D grafiky odbremeniť centrálny procesor systému, ktorý je nútený spracovávať ďalšie udalosti. Rozptyľovanie CPU pri spracovaní grafiky výrazne ovplyvňuje celkový výkon GUI (Graphical User Interface) - grafického používateľského rozhrania, a keďže operačný systém Windows a jeho aplikácie vyžadujú čo najviac zdrojov CPU, spracovanie grafiky sa vykonávalo pomocou nižšia priorita, tj urobené veľmi pomaly. Výrobcovia pridali do svojich produktov funkcie na spracovanie 2D grafiky, ako napríklad kresliace okná pri otvorení a minimalizovaní, hardvérový kurzor, ktorý je neustále viditeľný pri pohybe ukazovateľa, a maľovanie oblastí na obrazovke pri vysokej frekvencii obnovovania obrazu. Takže tu bol procesor poskytujúci akceleráciu VGA (Accelerated VGA - AVGA), známy aj ako Windows alebo GUI akcelerátor, ktorý sa stal nevyhnutným prvkom moderných počítačov.

Zavedenie multimédií prinieslo nové výzvy pridaním komponentov, ako je zvuk a digitálne video do sady funkcií 2D grafiky. Dnes je ľahké vidieť, že mnohé produkty AVGA podporujú digitálne spracovanie videa v hardvéri. Preto, ak váš monitor prehráva video v okne veľkosti poštovej známky – je čas nainštalovať do vášho počítača multimediálny akcelerátor. Multimediálny akcelerátor (multimediálny akcelerátor) má zvyčajne vstavané hardvérové ​​funkcie, ktoré vám umožňujú škálovať obraz videa pozdĺž osí x a y, ako aj konvertovať digitálny signál na analógový v hardvéri pre výstup na monitor vo formáte RGB. Niektoré multimediálne akcelerátory môžu mať tiež vstavané funkcie digitálnej dekompresie videa.

Grafici musia svoje požiadavky vychádzať čiastočne z veľkosti monitora počítača, čiastočne z GUI a čiastočne z GPU. Primárny štandard VGA s rozlíšením 640x480 pixelov bol adekvátny pre vtedy najbežnejšie 14" monitory. Dnes sú najpreferovanejšie monitory s veľkosťou uhlopriečky tubusu 17" kvôli schopnosti zobrazovať obrázky s rozlíšením 1024 x 768 alebo viac.

Hlavným trendom prechodu z VGA na multimediálne akcelerátory bola možnosť umiestniť na monitor počítača čo najviac vizuálnych informácií. Logickým vývojom tohto trendu je využitie 3D grafiky. Obrovské množstvo vizuálnych informácií je možné vtesnať do obmedzeného priestoru obrazovky monitora, ak sú prezentované v 3D. Spracovanie trojrozmernej grafiky v reálnom čase umožňuje užívateľovi jednoducho ovládať prezentované dáta.

Herné motory

Prvým pravidlom počítačových hier je, že neexistujú žiadne pravidlá. Tradične sa vývojári hier zaujímajú viac o skvelú grafiku vo svojich programoch, než aby sa riadili radami technikov. Zatiaľ čo vývojári majú k dispozícii mnoho 3D API, ako napríklad Direct3D, niektorí programátori idú cestou vytvorenia vlastného 3D herného rozhrania alebo enginu. Proprietárne herné motory sú pre vývojárov jedným zo spôsobov, ako dosiahnuť neuveriteľný vizuálny realizmus, v skutočnosti až na hranici grafického programovania.

Pre vývojárov nie je nič viac žiaduce, ako mať priamy prístup k hardvérovým funkciám systémových komponentov. Niekoľko známych vývojárov vytvorilo svoje vlastné herné enginy, fungujúce s optimálnym využitím grafických hardvérových akcelerátorov, ktoré im priniesli slávu a peniaze. Napríklad motory Interplay pre Descent II a id Software pre Quake poskytujú skutočnú 3D akciu s použitím úplných 3D hardvérových funkcií, ak sú k dispozícii.

Grafika bez kompromisov

Rozhovory o možnostiach využitia 3D grafiky v takých oblastiach, ako je zábava a podnikanie, ktoré sa vedú už dlhší čas, rozdúchali záujem potenciálnych používateľov na maximum a na trhu sa už objavil nový typ produktu. Tieto nové technologické riešenia kombinujú vynikajúcu 2D grafickú podporu pre súčasné požiadavky Windows akcelerátora, hardvérovú podporu pre 3D grafické funkcie a prehrávanie digitálneho videa pri požadovanej snímkovej frekvencii.
V zásade možno tieto produkty bezpečne pripísať novej generácii grafických subsystémov, ktoré poskytujú grafiku bez kompromisov a zaujímajú dôstojné miesto štandardnej výbavy v systémoch stolných počítačov.
Medzi predstaviteľmi novej generácie možno ako príklad uviesť tieto produkty:

• CPU Lístok na jazdu spoločnosti Vizuálne technológie číslo deväť
• séria procesorov ViRGE spoločnosti S3 Inc.
• CPU RIVA128, vyvinuté spoločne spoločnosťami SGS Thomson a nVidia

Technológia 3D grafiky

Dovoľte nám ešte presvedčiť vás, aby ste si vyskúšali 3D grafiku v akcii (ak ste tak ešte neurobili) a rozhodnete sa zahrať si niektorú z 3D hier určených na použitie 3D grafickej karty.
Povedzme, že simulátor automobilových pretekov sa ukázal byť takouto hrou a vaše auto je už na začiatku, pripravené ponáhľať sa dobyť nové rekordy. Je tu odpočítavanie pred štartom a všimnete si, že pohľad z kokpitu zobrazený na obrazovke monitora sa mierne líši od toho, na čo ste zvyknutí.
Na takýchto pretekoch ste sa už zúčastnili, no po prvý raz na vás obraz zapôsobí výnimočne realisticky, čo vás núti veriť v realitu toho, čo sa deje. Horizont sa spolu so vzdialenými predmetmi ponára do rannej hmly. Cesta vyzerá nezvyčajne hladko, asfalt nie je súborom špinavých sivých štvorcov, ale monochromatickým chodníkom s naneseným dopravným značením. Stromy pozdĺž cesty majú skutočne listnaté koruny, v ktorých sa zdajú byť rozoznateľné jednotlivé listy. Z celého plátna ako celku má človek dojem kvalitnej fotografie s reálnou perspektívou, a nie ako úbohého pokusu o simuláciu reality.

Pokúsme sa zistiť, aké technické riešenia umožňujú 3D grafickým kartám sprostredkovať virtuálnu realitu s takým realizmom. Ako sa vizuálne nástroje PC podarilo dostať na úroveň profesionálnych štúdií zaoberajúcich sa trojrozmernou grafikou.

Časť výpočtových operácií spojených so zobrazením a modelovaním trojrozmerného sveta je teraz prenesená do 3D akcelerátora, ktorý je srdcom 3D grafickej karty. Centrálny procesor teraz prakticky nie je zaneprázdnený problémami so zobrazením, obraz obrazovky tvorí grafická karta. Tento proces je založený na implementácii množstva efektov na hardvérovej úrovni, ako aj na použití jednoduchého matematického aparátu. Skúsme prísť na to, čo presne dokáže 3D grafický procesor.

Ak sa vrátime k nášmu príkladu pretekárskeho simulátora, zamyslime sa nad tým, ako sa dosiahne realistické zobrazenie povrchov ciest alebo budov stojacich na okraji cesty. To sa vykonáva pomocou bežnej techniky nazývanej mapovanie textúr.
Toto je najbežnejší efekt pri modelovaní povrchu. Napríklad fasáda budovy by vyžadovala viacero plôch na modelovanie viacerých tehál, okien a dverí. Textúra (obraz prekrytý na celej ploche naraz) však poskytuje viac realizmu, ale vyžaduje menej výpočtových zdrojov, pretože umožňuje pracovať s celou fasádou ako s jedným povrchom. Predtým, ako povrchy dopadnú na obrazovku, sú textúrované a zatienené. Všetky textúry sú uložené v pamäti, zvyčajne inštalovanej na grafickej karte. Mimochodom, tu si nemožno nevšimnúť, že použitie AGP umožňuje ukladať textúry do systémovej pamäte a jej objem je oveľa väčší.

Je zrejmé, že keď sú povrchy textúrované, perspektíva sa musí brať do úvahy, napríklad pri zobrazení cesty s mediánom, ktorý presahuje horizont. Korekcia perspektívy je potrebná, aby textúrované objekty vyzerali správne. Zabezpečuje, aby sa bitmapa správne prekrývala na rôznych častiach objektu – na tých, ktoré sú bližšie k pozorovateľovi, aj na tých, ktoré sú vzdialenejšie.
Korekcia perspektívy je časovo veľmi náročná operácia, takže jej implementácia často nie je úplne správna.

Pri aplikácii textúr v zásade vidíte aj švy medzi dvoma najbližšími bitmapami. Alebo, čo je bežnejšie, v niektorých hrách je pri zobrazovaní cesty alebo dlhých chodieb viditeľné blikanie počas pohybu. Na prekonanie týchto ťažkostí sa používa filtrovanie (zvyčajne bi- alebo tri-lineárne).

Bilineárne filtrovanie je metóda odstraňovania deformácií obrazu. Keď sa objekt otáča alebo sa pohybuje pomaly, pixely môžu preskakovať z jedného miesta na druhé, čo spôsobuje blikanie. Na zníženie tohto efektu používa bilineárne filtrovanie vážený priemer štyroch susedných pixelov textúry na zobrazenie bodu povrchu.

Trilineárne filtrovanie je o niečo zložitejšie. Na získanie každého pixelu obrázka sa vezme vážený priemer výsledkov dvoch úrovní bilineárneho filtrovania. Výsledný obraz bude ešte jasnejší a menej blikajúci.

Textúry, ktoré tvoria povrch objektu, menia svoj vzhľad v závislosti od zmeny vzdialenosti od objektu k polohe očí diváka. Napríklad v pohyblivom obrázku, keď sa objekt vzďaľuje od diváka, veľkosť bitmapy textúry by sa mala zmenšovať spolu s veľkosťou renderovaného objektu. Aby bolo možné túto transformáciu vykonať, GPU skonvertuje bitmapy textúry nadol na vhodnú veľkosť, aby pokryla povrch objektu, ale obraz musí zostať prirodzený, t.j. predmet sa nesmie neočakávane zdeformovať.

Aby sa predišlo neočakávaným zmenám, väčšina procesov správy grafiky vytvára sériu vopred filtrovaných bitových máp textúr so zníženým rozlíšením, čo je proces nazývaný mip mapping. Potom grafický program automaticky určí, ktorá textúra sa má použiť na základe detailov obrazu, ktorý je už zobrazený. Ak je teda objekt zmenšený, zmenší sa aj veľkosť jeho textúrovej bitmapy.

Ale späť k nášmu pretekárskemu autu. Samotná cesta už vyzerá realisticky, no problémy sú pozorované na jej okrajoch! Pamätajte si, ako vyzerá čiara nakreslená na obrazovke, ktorá nie je rovnobežná s jej okrajom. Tu a pri našej ceste sú „roztrhané okraje“. A na boj proti tejto nevýhode sa používa obrázok.

roztrhané okraje		Hladké okraje

Ide o spôsob spracovania (interpolácie) pixelov na získanie ostrejších okrajov (okrajov) obrázka (objektu). Najčastejšie používanou technikou je vytvorenie plynulého prechodu z farby čiary alebo okraja na farbu pozadia. Farba bodu ležiaceho na hranici objektov sa určí ako priemer farieb dvoch hraničných bodov. V niektorých prípadoch je však vedľajším efektom antialiasingu rozmazanie okrajov.

Blížime sa ku kľúčovému bodu fungovania všetkých 3D algoritmov. Predpokladajme, že trať, po ktorej jazdí naše pretekárske auto, je obklopená veľkým množstvom rôznych objektov – budov, stromov, ľudí.
Tu je hlavným problémom 3D procesora, ako určiť, ktoré z objektov sú v zornom poli a ako sú osvetlené. Navyše vedieť, čo je momentálne viditeľné, nestačí. Je potrebné mať informácie o vzájomnej polohe predmetov. Na vyriešenie tohto problému sa používa technika nazývaná z-buffering. Toto je najspoľahlivejšia metóda na odstránenie skrytých povrchov. Takzvaný z-buffer ukladá hodnoty hĺbky všetkých pixelov (z-súradnice). Keď sa vypočíta (renderuje) nový pixel, jeho hĺbka sa porovná s hodnotami uloženými v z-bufferi a konkrétnejšie s hĺbkami už vykreslených pixelov s rovnakými súradnicami x a y. Ak má nový pixel hodnotu hĺbky väčšiu ako ktorákoľvek hodnota v z-bufferi, nový pixel sa nezapíše do vyrovnávacej pamäte displeja, ak je menšia ako je.

Z-buffering v hardvérovej implementácii výrazne zvyšuje výkon. Z-buffer však zaberá veľké množstvo pamäte: napríklad aj pri rozlíšení 640x480 zaberie 24-bitový z-buffer približne 900 KB. Táto pamäť musí byť nainštalovaná aj na 3D grafickej karte.

Rozlíšenie z-bufferu je jeho najdôležitejším atribútom. Je to rozhodujúce pre vysokokvalitné zobrazenie scén s veľkou hĺbkou. Čím vyššie rozlíšenie, tým vyššia diskrétnosť súradníc z a presnejšie vykreslenie vzdialených objektov. Ak pri vykresľovaní nie je dostatočné rozlíšenie, môže sa stať, že dva prekrývajúce sa objekty dostanú rovnakú z-ovú súradnicu, v dôsledku čoho nebude zariadenie vedieť, ktorý objekt je bližšie k divákovi, čo môže spôsobiť skreslenie obrazu.
Aby sa predišlo týmto efektom, profesionálne dosky majú 32-bitový z-buffer a sú vybavené veľkým množstvom pamäte.

Okrem vyššie uvedených základných prvkov majú 3D grafické karty zvyčajne možnosť hrať niektoré ďalšie funkcie. Ak by ste napríklad vošli s pretekárskym autom do piesku, vo výhľade by vám bránil stúpajúci prach. Na realizáciu týchto a podobných efektov sa používa zahmlievanie. Tento efekt je vytvorený kombináciou zmiešaných počítačových farebných pixelov s farbou hmly, riadenou funkciou, ktorá určuje hĺbku hmly. Pomocou rovnakého algoritmu sú vzdialené objekty ponorené do oparu, čím vzniká ilúzia vzdialenosti.

Skutočný svet pozostáva z priehľadných, priesvitných a nepriehľadných predmetov. Na zohľadnenie tejto okolnosti sa používa alpha blending - spôsob prenosu informácií o priehľadnosti priesvitných predmetov. Efekt priesvitnosti vzniká spojením farby pôvodného pixelu s pixelom, ktorý je už vo vyrovnávacej pamäti.
Výsledkom je, že farba bodu je kombináciou farieb popredia a pozadia. Alfa má zvyčajne normalizovanú hodnotu medzi 0 a 1 pre každý farebný pixel. Nový pixel = (alfa) (farba pixelu A) + (1 - alfa) (farba pixelu B).

Je zrejmé, že na vytvorenie realistického obrazu o dianí na obrazovke je potrebná častá aktualizácia jej obsahu. 3D urýchľovač pri formovaní každého ďalšieho snímku znova prejde celú dráhu počítania, takže musí mať značnú rýchlosť. V 3D grafike sa však na plynulejší pohyb používajú iné metódy. Kľúčovým je Double Buffering.
Predstavte si starý trik animátorov, ktorí kreslia kreslenú postavičku na rohy stohu papiera s mierne odlišnou pozíciou na každom ďalšom hárku. Prechádzaním celým zásobníkom, ohýbaním rohu uvidíme plynulý pohyb nášho hrdinu. Takmer rovnaký princíp fungovania má Double Buffering v 3D animácii, t.j. ďalšia pozícia postavy je nakreslená pred otočením aktuálnej strany. Bez použitia dvojitej vyrovnávacej pamäte nebude mať obraz požadovanú jemnosť, t.j. bude prerušovaná. Dvojité ukladanie do vyrovnávacej pamäte vyžaduje dve oblasti vyhradené vo framebufferi 3D grafickej karty; obe oblasti sa musia zhodovať s veľkosťou obrazu zobrazeného na obrazovke. Metóda používa na príjem obrazu dva vyrovnávacie pamäte: jeden na zobrazenie obrázka a druhý na vykreslenie. Zatiaľ čo sa vykresľuje obsah jednej vyrovnávacej pamäte, vykresľuje sa ďalšia. Keď sa spracuje ďalší rámec, medzipamäte sa prepnú (vyhodia). Hráč tak neustále vidí vynikajúci obraz.

Na záver diskusie o algoritmoch používaných v 3D grafických akcelerátoroch sa pokúsme zistiť, ako vám aplikácia všetkých efektov oddelene umožňuje získať úplný obraz. 3D grafika sa implementuje pomocou viacstupňového mechanizmu nazývaného rendering pipeline.
Použitie potrubného spracovania umožňuje ďalšie zrýchlenie vykonávania výpočtov vďaka tomu, že výpočty pre ďalší objekt môžu byť spustené pred dokončením výpočtov predchádzajúceho.

Rendering pipeline možno rozdeliť do 2 etáp: spracovanie geometrie a rasterizácia.

V prvej fáze geometrického spracovania, transformácia súradníc (rotácia, posun a zmena mierky všetkých objektov), ​​odrezanie neviditeľných častí objektov, výpočet osvetlenia, určenie farby každého vrcholu s prihliadnutím na všetky svetelné zdroje a proces rozdelenia obrazu do menších tvarov sa vykonávajú. Na opis povahy povrchu objektu je objekt rozdelený na rôzne polygóny.
Rozdelenie na trojuholníky a štvoruholníky sa najčastejšie používa pri zobrazovaní grafických objektov, keďže sú najjednoduchšie na výpočet a manipuláciu. V tomto prípade sú súradnice objektov prevedené z reálnej na celočíselné vyjadrenie, aby sa urýchlili výpočty.

V druhej fáze sa všetky opísané efekty aplikujú na obrázok v nasledujúcom poradí: odstránenie skrytých povrchov, prekrytie textúr perspektívou (pomocou z-bufferu), aplikácia efektov hmly a priesvitnosti, anti-aliasing. Potom sa ďalší bod považuje za pripravený na umiestnenie do vyrovnávacej pamäte z nasledujúceho rámca.

Zo všetkého vyššie uvedeného môžete pochopiť, na aké účely sa používa pamäť nainštalovaná na doske 3D akcelerátora. Ukladá textúry, vyrovnávaciu pamäť z-buffer a vyrovnávaciu pamäť ďalšieho snímky. Pri použití zbernice PCI nemôžete na tieto účely použiť bežnú pamäť RAM, pretože výkon grafickej karty bude výrazne obmedzený šírkou pásma zbernice. Preto je pokrok zbernice AGP obzvlášť sľubný pre vývoj 3D grafiky, ktorá umožňuje pripojiť 3D čip priamo k procesoru a organizovať tak rýchlu výmenu dát s RAM. Toto riešenie by navyše malo znížiť náklady na 3D akcelerátory vzhľadom na to, že na doske zostane len málo pamäte pre frame buffer.

Záver

Plošné zavedenie 3D grafiky spôsobilo zvýšenie výkonu počítačov bez výraznejšieho nárastu ich ceny. Používatelia sú ohromení možnosťami a túžia si ich vyskúšať na svojich počítačoch. Mnoho nových 3D máp umožňuje používateľom vidieť 3D grafiku v reálnom čase na ich domácich počítačoch. Tieto nové akcelerátory vám umožňujú pridať realistický obraz a zrýchliť grafický výstup obídením CPU, pričom sa spoliehajú na ich vlastné hardvérové ​​možnosti.

Hoci sa 3D možnosti v súčasnosti využívajú len v hrách, očakáva sa, že v budúcnosti z nich budú môcť ťažiť aj obchodné aplikácie. Napríklad počítačom podporovaný dizajn už potrebuje výstup trojrozmerných objektov. Teraz bude tvorba a dizajn možné na osobnom počítači vďaka príležitostiam, ktoré sa otvárajú. 3D grafika môže tiež zmeniť spôsob, akým ľudia komunikujú s počítačmi. Využitie 3D softvérových rozhraní by malo ešte viac zjednodušiť proces komunikácie s počítačom ako v súčasnosti.

Tento typ počítačovej grafiky pohltil veľa vektorovej a rastrovej počítačovej grafiky. Používa sa pri vývoji projektov interiérového dizajnu, architektonických objektov, v reklame, pri tvorbe vzdelávacích počítačových programov, videoklipov, vizuálnych obrazov dielov a produktov v strojárstve atď.

3D počítačová grafika umožňuje vytvárať objemové trojrozmerné scény s modelovaním svetelných podmienok a nastavením uhlov pohľadu.

Pre štúdium techník a prostriedkov kompozície, akými sú prenos priestoru, prostredia, šerosvit, zákonitosti lineárnej, leteckej a farebnej perspektívy, sú tu zrejmé výhody tohto typu počítačovej grafiky oproti vektorovej a rastrovej. V 3D grafike sa obrázky (alebo postavy) modelujú a presúvajú vo virtuálnom priestore, v prírodnom prostredí alebo v interiéri a ich animácia umožňuje vidieť objekt z ľubovoľného uhla pohľadu, posúvať ho v umelo vytvorenom prostredí a priestore. , samozrejme, sprevádzané špeciálnymi efektmi.

Trojrozmerná počítačová grafika, podobne ako vektorová, je objektovo orientovaná, čo vám umožňuje meniť všetky prvky trojrozmernej scény a každý objekt samostatne. Tento typ počítačovej grafiky má veľký potenciál na podporu technického kreslenia. Pomocou grafických editorov trojrozmernej počítačovej grafiky napr Autodesk 3D Studio, môžete vytvárať vizuálne obrazy častí a produktov strojárstva, ako aj vytvárať rozloženia budov a architektonických objektov študovaných v príslušnej časti architektonického a stavebného výkresu. Spolu s tým je možné poskytnúť grafickú podporu pre také časti deskriptívnej geometrie, ako sú perspektívne, axonometrické a ortogonálne projekcie, pretože princípy konštrukcie obrazov v trojrozmernej počítačovej grafike sú čiastočne prevzaté z nich.

Pre umenie a remeslá poskytuje 3D počítačová grafika možnosť modelovať budúce produkty s prenosom textúry a textúry materiálov, z ktorých budú tieto produkty vyrobené. Schopnosť vidieť z akéhokoľvek uhla pohľadu rozloženie produktu pred jeho stelesnením v materiáli vám umožňuje vykonávať zmeny a opravy jeho tvaru alebo proporcií, ktoré už po začatí práce nemusia byť možné (napríklad šperky, dekoratívne odlievanie kovov atď.). V rovnakom smere môže byť 3D počítačová grafika použitá na podporu sochárstva, dizajnu, umeleckej grafiky atď. 3D animácie a špeciálne efekty sa tiež vytvárajú pomocou 3D grafiky. Vytváranie výukových videí pre výukové programy môže byť hlavnou aplikáciou týchto možností 3D počítačovej grafiky.

K prostriedkom na prácu s trojrozmernou grafikou zaraďte taký grafický editor ako 3D Studio Max. Jedná sa o jeden z najznámejších 3D editorov a často sa používa pri tvorbe filmov. Vývoj programu 3D štúdio MAX bola spustená v roku 1993. Verzia 3D Studio MAX 1.0 vydaný v roku 1995 na platforme Windows NT.

Niektorí odborníci už vtedy opatrne vyjadrili názor, že MAX môže konkurovať iným 3D grafickým balíkom. jeseň 2003 diskrétne vydania 3D MAX 6. Nové nástroje animácie častíc v spojení s modulmi umožňujú vytvárať fotorealistické atmosférické efekty. Zabudovaná je podpora drop-mesh objektov, plnohodnotná sieťová vizualizácia, import dát z CAD-aplikácie, nové príležitosti na simuláciu. Ale okrem 3D Studio Max existujú aj iné nemenej populárne programy na 3D modelovanie, napr Maya. Maya je podobný program 3D Studio Max, no je určený predovšetkým na animáciu a na prenos mimiky na tvár trojrozmerného herca. Okrem toho v Mayaľahšie kresliť. 3D Studio Max Je zameraná predovšetkým na kvalitnú vizualizáciu predmetov, dajú sa v nej robiť aj primitívne kresby.

Vo všeobecnosti existujú 3D modelovacie programy na kreslenie, najznámejšie z nich AutoCAD, ArchiCAD. AutoCAD určené predovšetkým na strojárske kreslenie a ArchiCAD pre architektonické modelovanie.

Čo vyžaduje 3D grafika od človeka?

Samozrejmosťou je možnosť modelovania rôznych tvarov a prevedení pomocou rôznych softvérových nástrojov, ako aj znalosť ortogonálneho (pravouhlého) a stredového premietania. Posledný sa volá perspektíva. Veľmi dobrá kvalita modelovania je dosiahnutá starostlivým výberom textúr a materiálov v kombinácii so správnym umiestnením svetiel a kamier v scéne. Základom konštrukcie akejkoľvek priestorovej formy je rovina a tvár objektu. Rovina v 3D grafike je definovaná pomocou troch bodov spojených priamymi úsečkami.

Práve tento stav umožňuje popísať pomocou výsledných rovín "priestorová mriežka", čo je model objektu. Potom sa objektu dodatočne priradí charakteristika povrchu objektu – materiálu. Materiál zase charakterizuje kvalitu povrchu, napr. leštený, drsný, lesklý atď. Jeho štruktúra je tiež opísaná (kameň, tkanina, sklo atď.). Nastavujú sa aj optické vlastnosti, napríklad priehľadnosť, odraz alebo lom svetelných lúčov a pod.
Spolu s tým môžete nastaviť svetelné podmienky pre trojrozmerný objekt a vybrať hľadisko (kameru), aby ste získali najzaujímavejší vizuálny obraz. Nazýva sa inscenácia pozostávajúca z trojrozmerného objektu, svetelných podmienok a zvoleného uhla pohľadu "trojrozmerná scéna". Ale na opísanie trojrozmerného priestoru a objektu, ktorý sa v ňom nachádza, sa používa známa súradnicová metóda.

Existujú rôzne metódy na modelovanie trojrozmerných objektov. Napríklad metóda textového popisu modelu pomocou špeciálnych programovacích jazykov "skript".