Принято считать, что впервые 3D-графика появилась в 1960 году на базе американского государственного университета Юта. История развития трехмерной графики началась с простых программ. Прародителем современной трехмерной графики стала программа «Sketchpad», которая обеспечила взаимодействие пользователя с компьютером с помощью графического интерфейса. С помощью обычной ручки и графического планшета можно было рисовать непосредственно на экране векторные линии и отрезки с автоматическим выравниванием.
Разработал программу 3D-графики «Sketchpad» инженер-технолог А. Сазерленд. В ней были объединены три важные функции: отображение информации на мониторе, вычислительные возможности ПК «Lincoln TX-2» и интерактивный процесс с применением светового пера.
Немного позже компанией «General Motors» была разработана и введена в эксплуатацию первая графическая система автоматического проектирования «DAC-1». Ее отличием выступала возможность выведения на экран чертежи 3D-графики через проекционное устройство. С изображением можно было проводить различные манипуляции с помощью сетевого карандаша.
Первая анимация создана программистом Э. Зейджак. В ней представлен прямоугольный объект, вращающийся вокруг сферы (по аналогии с движением спутника вокруг Земли). Здесь использовался язык программирования фортран и специализированная программа «ORBIT». В истории компьютерной графики это стало важным этапом.
С этого момента графическое моделирование постоянно усовершенствуется и усложняется за счет внедрения сложных математических алгоритмов. Развитие технологий позволяет создавать все более реалистичные изображения. Изначально в области 3D-графики активно применялись методы трассировки лучей для трансляции трехмерных сюжетов.
В 1970 году трехмерная графика претерпела ряд позитивных изменений. Появилось плоское и плавное затенение по методу А. Гуро. Для более плавного перехода вычисления затемнений проводились на каждом полигоне, при этом структура поверхности оставалась без изменений.
В 1980-х гг. появились специальные устройства для обработки трехмерной графики: MGA, CGA и EGA. В них было представлено 16 цветовых оттенков, но одновременно можно было использовать только два. Развитие технологий не стояло на месте. Далее такие адаптеры стали усложняться за счет внедрения ускорителей.
Следующим шагом на пути эволюции 3D-графики стало появление видеокарт для обработки как формата 2D, так и 3D. Стала возможна проработка сложных визуальных эффектов, типа бликов, свечений, дыма и различных отражений.
Рассмотрим основные области применения этой технологии. Трехмерная графика подходит для любых моделей: от обычных предметов, например, автомобиля, до целых сюжетных постановок. Области применения постоянно расширяются. 3D-графика позволяет создать как отдельные элементы, так и ландшафты, интерьеры, сюжеты с движением.
Остановимся на базовых сферах применения 3D-технологии:
Здесь используются объекты текстурирования для максимальной детализации объектов. Игровые модели должны быть оптимизированы для быстрой обработки. Над каждой игрой трудится команда специалистов. Эта область является перспективной, так как постоянно появляются новые возможности.
_0x0_3dd.webp)
Большая часть спецэффектов и персонажей отрисовывается с применением трехмерной графики. Здесь высокие требования к деталям и визуальному исполнению. Модели персонажей требуют особой проработки.
_0x0_3dd.webp)
Основная цель применения 3D-моделей в данной сфере — производство уникальных инструментов продвижения, захватывающих внимание целевой аудитории. Одним из эффективных разновидностей выступают цифровые рекламные щиты 3D Digital, сочетающие графику с обычной клавиатурой. В целом, 3D-графика сразу привлекает внимание, так как дает ощущение визуального удовольствия.
_0x0_3dd.webp)
Это популярная сфера применения 3D-моделей. Качественный дизайн важен как для автомобиля, так и для дамского кошелька. 3D-моделирование используется для демонстрации мебели, предметов обихода, интерьера, спортивной экипировки и даже при проведении ремонта.
_0x0_3dd.webp)
На наш взгляд, здесь графика успешно используется при производстве протезов или программ для современных диагностических аппаратов. Также 3D-графика используется при планировании хирургических вмешательств, например, в области пластической хирургии. Анатомические модели помогают врачам в подготовке к операциям.
_0x0_3dd.webp)
Трехмерная графика используется для воспроизведения сложных симуляций процессов, которые затруднительно провести в рамках лабораторных исследований. Ученые используют сложные модели для визуализации процессов.
Компьютеризация образования является вполне устоявшимся трендом. Это возможность подойти детализировано к учебному процессу и повысить наглядность в целом. Работа с 3D-графикой в образовательном процессе повышает вовлеченность студентов.
Автоматическое производство изделий возможно при использовании специальных программ, основанных на трехмерной графике. Не всегда двухмерное изображение детали, агрегата или изделия передает все нюансы, поэтому допускаются грубые ошибки. Благодаря современным технологиям процесс проектирования значительно ускорился. Трехмерное изображение не только минимизирует количество таких неточностей, но и оценивает финальные свойства моделируемого элемента. С применением 3D заметно возрастает скорость внедрения и использования новых станков и комплектующих.
Трехмерная графика выступает разновидностью изображений, сделанных с помощью компьютера. Основной ее целью является детализация, но она также различается. В частности, для создания жилого дома используются одни инструменты 3D, а при разработке сцен для видеоигры — совершенно другие.
Трехмерные изображения являются не только привлекательными, но и оптимизированными для дальнейшей работы. Ключевыми критериями такой оптимизации выступают топология и количество полигонов (набора вершин, граней и ребер, определяющих форму многогранного объекта с учетом изначально поставленных целей).
_0x0_3dd.webp)
На наш взгляд, самыми важными элементами, влияющими на объемность фигуры, выступают полигоны. Они представляют собой некую сетку, определяющую уровень детализации объекта.
При производстве трехмерной графики используются следующие виды полигонных сеток:
Топология в трехмерном моделировании — это важный процесс, от которого зависит успех сглаживания стыков полигонов, формирование развертки и анимации объектов.
С увеличением количества полигонов сложности с моделированием лишь возрастают, поэтому специалисты стремятся сократить их количество. Сложные объекты состоят из тысяч полигонов. Особенно это касается скульптурирования (разработка объекта заданной геометрической формы).
Для создания необходимого объема объекта используется текстурирование и определенные манипуляции со светом. Конечным результатом выступает снижение визуального эффекта текстуры при прежнем визуальном эффекте.
Каркасная модель не всегда выступает основой компьютерной графики. Нередко в двухмерную графику добавляются трехмерные эффекты, что позволяет получить идентичный результат, как и при 3D-моделировании.
В ряде видов 3D-графики используются ограниченные проекции трехмерных сред для решения игровых и стилистических задач.
Специалистам по трехмерному дизайну необходимо позаботиться, чтобы все элементы объекта были хорошо освещены. Для этого используются различные способы, в том числе трассировка лучей. Это алгоритм создания изображения путем отслеживания траектории лучей через визуализируемое 3D-пространство. В результате создается реалистичное изображение, взаимодействующее с окружающей средой. Это одно из главных достижений компьютерной графики.
Внешний вид, вес и визуальная прочность объекта формируются под воздействием теней и затемнений. Перепады в интенсивности освещения как раз и создают эффект трехмерности. Принцип здесь предельно прост: тяжелые предметы всегда имеют тень при попадании на них солнечных лучей.
Под перспективой понимается зрительное восприятие объектов, позволяющее «ощущать» расстояние. При этом каждый объект должен иметь правильное освещение. Объекты, расположенные ближе к зрителю, кажутся более массивными, чем те, которые размещены дальше.
Это оптический эффект, применяемый в трехмерной графике. Его суть в том, что увеличением расстояния отдаленности объекта от зрителя смещается фокус, то есть дальние объекты будут не в фокусе. Такой инструмент используется для решения следующих задач:
1. Производство иллюзии глубины определенной сцены. Эффект глубины резкости всегда присутствует в реальном мире, поэтому без него не обойтись и в трехмерной графике.
2. Акцентирование внимания на конкретном персонаже или элементе/предмете. Например, чтобы в фокусе был лишь один объект, используется эффект малой глубины резкости.
Сглаживание используется для создания эффекта обмана глаз. При этом все модели проходят этап оптимизации. Обычно с помощью компьютерных технологий можно создать четкие линии. Однако, в ряде случаев требуется организация эффекта гладкой кривой или линии за счет добавления определенных оттенков цвета в строки пикселей вокруг выбранного элемента.
Для сглаживания применяются следующие инструменты (все они состоят из набора специальных функций):
1. Turbo Smooth. Используется для добавления сегментов и сглаживания углов. Этот инструмент позволяет создавать более совершенные модели. Для экономии оперативной памяти оснащен специальной функцией, позволяющей воспроизводить в сцене обычный объект, а в рендере — уже сглаженный.
2. Relax. Позволяет из квадрата получить сферу различного размера. С помощью этого инструмента базовые модели преобразуются в сложные формы.
3. Editable Poly. Может отображаться как с полигонной сеткой, так и без нее. Этот инструмент позволяет создавать сложные модели с высокой детализацией.
Создание трехмерной графики предусматривает 3 этапа:
Технология моделирования — процесс создания будущего объекта в объемном формате. Для получения 3D-моделей применяются 3 способа:
3D-модель может быть построена с применением следующих способов:
1. Полигональный с применением полигонной сети. В этом случае вершины соединяются в единую сетку с помощью отрезков. Этот способ является самым востребованным при создании 3D-моделей с применением ПК.
2. Моделирование кривых. Поверхность представлена в виде кривых, на которые оказывают существенное влияние определенные точки. Для этих целей применяются различные программы.
3. Цифровое. Это инновационный метод моделирования, постепенно завоевывающий свою лояльную аудиторию. Здесь представлено три инструмента моделирования:
_0x0_3dd.webp)
Перед началом рендеринга нужно расположить объекты в композиции. В результате возникают пространственные отношения между объектами. Анимация лишь показывает, как этот объект совершает движение в пространстве.
Рассмотрим основные способы создания трехмерной анимации:
_0x0_3dd.webp)
Это завершающий этап создания трехмерной графики, на котором модель конвертируется в изображение. В качестве инструментов используется перенос света для придания объекту реалистичности и применение художественного стиля.
Есть два типа рендеринга:
В целом процесс 3D-моделирования можно представить следующим образом:
1. Препродакшн.
На этом этапе разрабатывается техническое задание и согласовывается с заказчиком, определяется сложность будущих моделей. Начинается сбор референсов и проводится mood board (визуализация будущего дизайн-проекта).
2. Продакшн.
Основной этап, на котором создаются модели и анимация, а также выбираются текстуры и световые схемы. Создание моделей деталей позволяет выявить ошибки на ранних этапах.
3. Постпродакшн.
Это завершающий этап, предусматривающий монтаж, работу со звуком, спецэффектами (при необходимости) и финальный рендеринг.
_0x0_3dd.webp)
Новые области применения появляются каждый год. Компьютерная графика продолжает развиваться и совершенствоваться.
Войти
