Realizam trodimenzionalne slike. Kreiranje realističnih slika proizvoda

3D umjetnost uključuje neku vrstu grafita, trodimenzionalnu kompjutersku grafiku, realistične crteže koji stvaraju iluziju trodimenzionalne scene.

Umjetnici su uvijek težili vjerodostojnom predstavljanju prirode i okolnih stvari. U našem modernom dobu to je lako postići sa naprednim uređajima. Međutim, postoji nešto fascinantno i posebno privlačno u brojnim ručno crtanim 3D slikama. Uostalom, tehnika 3D crtanja zahtijeva mnogo vještine i strpljenja, a da ne spominjemo talenat.

Nudimo vam da se divite kreacijama različitih majstora, čiji su radovi rađeni u realističnom 3D žanru.

1. Poeni.

Jednostavan, elegantan i ćudljiv 3D crtež koji izgleda realistično.

2. "Dvorana divova", Palazzo Te, Mantova, Italija

Iluzionističke freske Đulija Romana iz 16. veka datiraju iz početaka 3D umetnosti.

3. 3D crtež Nagaija Hideyukija olovkom

Umjetnik stvara trodimenzionalnu iluziju koristeći samo knjigu za crtanje i olovke u boji.

4. Muzej 3D slika u Chiang Maiju, Tajland

Na Tajlandu postoji čitav muzej posvećen 3D umjetnosti. Njegove dvorane su ispunjene velikim freskama koje izgledaju potpuno stvarno.

5. Coca Cola je iluzija

Često inspiracija za 3D umjetnost dolazi od popularnih predmeta u našem svakodnevnom životu. Klasična opcija je boca Cole.

6. Kompjuterska grafika: Djevojčica

Ko bi rekao da ova devojka ne postoji?

7. Kolone korintskog reda

Prekrasan 3D crtež dva korintska stupca olovkom.

8. Realistički vodopad u gradu Dvur Kralove, Češka Republika

Dio gradskog parka u Češkoj pretvoren je u iluziju prekrasnog vodopada.

9. Globus

Nije neuobičajeno da se 3D umjetnost koristi u marketingu. Ova slika svijeta ohrabruje ljude da se bore protiv siromaštva.

10.Igor Taritas

Mlada umjetnica stvara slike koristeći temelje hiperrealizma. Ovo platno odiše dubinom stvarnog svijeta, kao da možemo izaći na scenu ako želimo.

11. Davy Jones od Jerryja Groshkea

Klasični lik Pirati sa Kariba kreiran od strane 3D CG umjetnika.

12. Kazuhiko Nakamura

Japanski 3D umjetnik koji stvara kreativne steampunk fotografije koristeći softver.

13. Kurt Wenner: Divlji rodeo u Kalgariju, Kanada

Jedan od najpoznatijih savremenih 3D umjetnika, Kurt Wenner, portretirao je izmišljeni rodeo u jednom kanadskom gradu.

14.Léon Cyrus, Ruben Ponzia, Remco van Scheik i Peter Westering

Četiri umjetnika su se udružila kako bi stvorili ovu nevjerovatnu iluziju Lego vojske.

15. Lođ, Poljska

Bazen u blizini prometnog trgovačkog centra u Lođu, Poljska. Nadam se da niko nije uskočio u to.

16. Tržište

Prekrasna 3D mrtva priroda, naslikana na asfaltu u blizini pijace povrća. Upotpunjuje ambijent savršenom sofisticiranošću.

17. MTO, Rennes, Francuska

Ulični umjetnik MTO kreirao je seriju velikih 3D murala u Rennesu u Francuskoj. Njegove zidne slike prikazuju divove koji pokušavaju da se infiltriraju u domove ljudi. Slike su i zapanjujuće i zastrašujuće.

Radovi napravljeni pomoću 3D kompjuterske grafike privlače pažnju kako 3D dizajnera, tako i onih koji imaju prilično nejasnu predstavu o tome kako je sve to urađeno. Najuspješniji radovi u 3D ne mogu se razlikovati od stvarnog snimanja. Takvi radovi, u pravilu, izazivaju burne rasprave oko sebe o tome šta je to: fotografija ili trodimenzionalni lažnjak. Inspirisani radom renomiranih 3D umjetnika, mnogi se bave proučavanjem 3D uređivača, vjerujući da ih je lako savladati kao i Photoshop. U međuvremenu, programe za kreiranje 3D grafike prilično je teško naučiti, a potrebno je mnogo vremena i truda. Ali čak i nakon što nauči alate trodimenzionalnog uređivača, 3D dizajneru početniku nije lako postići realističnu sliku. Kada se nađe u situaciji da scena izgleda "mrtva", ne može uvijek pronaći objašnjenje za to. Sta je bilo?

Glavni problem u stvaranju fotorealističnih slika je teškoća preciznog simuliranja okoline. Slika, koja se dobija kao rezultat renderovanja (renderovanja) u trodimenzionalnom uređivaču, rezultat je matematičkih proračuna prema datom algoritmu. Programerima softvera je teško pronaći algoritam koji bi pomogao u opisu svih fizičkih procesa koji se odvijaju u stvarnom životu. Stoga modeliranje okoline leži na ramenima samog 3D umjetnika. Postoji određeni skup pravila za kreiranje realistične 3D slike. Bez obzira na to u kojem 3D uređivaču radite i scene koje složenosti kreirate, one ostaju nepromijenjene. Rezultat rada u trodimenzionalnom uređivaču je statična datoteka ili animacija. Ovisno o tome kakav će konačni proizvod biti u vašem slučaju, pristup stvaranju realistične slike može se razlikovati.

Počinjemo sa kompozicijom

Lokacija objekata u 3D sceni je od velike važnosti za konačni rezultat. Treba ih postaviti tako da se gledalac ne izgubi u nagađanjima, gledajući dio predmeta koji je slučajno upao u kadar, te da na prvi pogled prepozna sve komponente scene. Prilikom kreiranja trodimenzionalne scene, morate obratiti pažnju na položaj objekata u odnosu na virtuelnu kameru. Imajte na umu da se objekti bliže objektivu kamere vizualno čine većim. Stoga morate biti sigurni da su objekti iste veličine na istoj liniji. Bez obzira kakav zaplet ima trodimenzionalna scena, ona nužno mora odražavati posljedice nekih događaja koji su se desili u prošlosti. Tako, na primjer, ako nečiji otisci stopala vode do kuće prekrivene snijegom, onda će gledajući takvu sliku, gledatelj zaključiti da je neko ušao u kuću. Kada radite na 3D projektu, obratite pažnju na opšte raspoloženje scene. Može se prenijeti dobro odabranim elementom dekoracije ili određenim rasponom boja. Na primjer, dodavanjem svijeće sceni će se naglasiti romantičnost ambijenta. Ako modelirate likove iz crtanih filmova, boje bi trebale biti svijetle, ali ako stvarate odvratno čudovište, odaberite tamne nijanse.

Ne zaboravite detalje

Kada radite na 3D projektu, uvijek treba voditi računa o tome koliko je objekt vidljiv u sceni, koliko je svjetla itd. U zavisnosti od toga, objekat treba da ima veći ili manji stepen detalja. Trodimenzionalni svijet je virtuelna stvarnost, u kojoj sve liči na pozorišnu scenografiju. Ako ne možete vidjeti stražnji dio objekta, nemojte ga modelirati. Ako imate vijak sa navrtanom maticom, ne biste trebali modelirati navoj ispod matice; ako je fasada kuće vidljiva u sceni, nema potrebe za modeliranjem unutrašnjosti; ako modelirate scenu noćne šume, glavnu pažnju treba obratiti samo na one objekte koji su u prvom planu. Drveće koje se nalazi u pozadini teško će biti vidljivo na prikazanoj slici, tako da nema smisla modelirati ih s preciznošću lista.

Često, pri kreiranju trodimenzionalnih modela, mali detalji igraju gotovo glavnu ulogu, koji objekt čine realističnijim. Ako imate problema da vaša scena izgleda realistično, pokušajte povećati nivo detalja na svojim objektima. Što više malih detalja scena sadrži, to će konačna slika izgledati uvjerljivije. Opcija s povećanjem detalja scene gotovo je dobitna, ali ima jedan nedostatak - veliki broj poligona, što dovodi do povećanja vremena renderiranja. Da biste bili sigurni da realizam scene direktno ovisi o stupnju detalja, možete koristiti ovako jednostavan primjer. Ako kreirate tri modela vlati trave u sceni i vizualizirate ih, tada slika neće ostaviti nikakav utisak na gledatelja. Međutim, ako se ova grupa objekata klonira više puta, slika će izgledati impresivnije. Možete kontrolirati detalje na dva načina: kao što je gore opisano (povećanjem broja poligona u sceni) ili povećanjem rezolucije teksture. U mnogim slučajevima ima smisla obratiti više pažnje na kreiranje teksture, a ne na sam objektni model. U isto vrijeme, uštedjet ćete sistemske resurse potrebne za renderiranje složenih modela, čime ćete smanjiti vrijeme renderiranja. Bolje je napraviti kvalitetniju teksturu nego povećati broj poligona. Zid kuće je odličan primjer razumne upotrebe teksture. Možete modelirati svaku ciglu pojedinačno, što će oduzeti i vrijeme i resurse. Mnogo je lakše koristiti fotografiju zida od cigle.

Ako trebate kreirati pejzaž

Jedan od najtežih zadataka s kojima se 3D dizajneri često moraju nositi je modeliranje prirode. Koji je problem stvaranja našeg prirodnog okruženja? Poenta je u tome da je svaki organski objekt, bilo da je to životinja, biljka itd., heterogen. Uprkos naizgled simetričnoj strukturi, oblik ovakvih objekata prkosi svakom matematičkom opisu kojim se bave 3D uređivači. Čak i oni predmeti koji na prvi pogled imaju simetričan izgled, nakon detaljnijeg pregleda, ispadaju asimetrični. Tako se, na primjer, dlaka na glavi čovjeka nalazi nejednako s desne i lijeve strane, najčešće ih češlja udesno, a list na grani drveta može na nekom mjestu oštetiti gusjenica itd. Najboljim rješenjem za simulaciju organske tvari u 3D može se smatrati fraktalni algoritam, koji se često koristi u postavkama materijala i raznih alata za 3D modeliranje. Ovaj algoritam je bolji od drugih matematičkih izraza za simulaciju organske materije. Stoga, kada kreirate organske objekte, obavezno koristite mogućnosti fraktalnog algoritma da opišete njihova svojstva.

Suptilnosti stvaranja materijala

Materijali koji se imitiraju u trodimenzionalnoj grafici mogu biti vrlo raznoliki - od metala, drveta i plastike do stakla i kamena. Štaviše, svaki materijal je određen velikim brojem svojstava, uključujući površinski reljef, spekularnost, uzorak, veličinu i svjetlinu blještavila itd. Prilikom renderiranja bilo koje teksture, morate imati na umu da kvalitet materijala na rezultirajućoj slici uvelike ovisi o mnogim faktorima, uključujući parametre osvjetljenja (svjetlina, kut upada svjetlosti, boja izvora svjetlosti, itd.), algoritam renderiranja (tip renderera koji se koristi i njegove postavke), rezolucija rasterske teksture. Od velikog značaja je i način projektovanja teksture na objekat. Loše mapirana tekstura može "izdati" 3D objekt sa formiranim šavom ili sumnjivo ponavljajućim uzorkom. Osim toga, u stvarnosti predmeti obično nisu savršeno čisti, odnosno uvijek imaju tragove prljavštine. Ako modelirate kuhinjski stol, onda, unatoč činjenici da se uzorak na kuhinjskoj uljanici ponavlja, njegova površina ne bi trebala biti svugdje ista - platnena krpa se može nositi na uglovima stola, imati rezove od noža, itd. Kako biste spriječili da vaši 3D objekti izgledaju neprirodno čisto, možete koristiti ručno izrađene (na primjer, u Adobe Photoshopu) mape zagađenja i pomiješati ih s originalnim teksturama, dobivši realističan "istrošeni" materijal.

Dodavanje pokreta

Prilikom kreiranja animacije geometrija objekata igra važniju ulogu nego u slučaju statične slike. Tokom kretanja, posmatrač može da vidi objekte iz različitih uglova, pa je važno da model izgleda realno iz svih uglova. Na primjer, kada modelirate stabla u statičkoj sceni, možete ići na trik i pojednostaviti svoj zadatak: umjesto stvaranja "pravog" stabla, možete napraviti dvije okomite ravnine koje se seku i na njih primijeniti teksturu pomoću maske prozirnosti. Prilikom kreiranja animirane scene, ova metoda nije prikladna, jer će takvo stablo izgledati realistično samo iz jedne točke, a svaka rotacija kamere će "izdati" lažnjak. U većini slučajeva, kada 3D objekti nestanu iz objektiva virtuelne kamere, najbolje ih je ukloniti sa scene. U suprotnom, računar će izvršiti zadatak koji nikome nije potreban, računajući nevidljivu geometriju.

Druga stvar koju treba uzeti u obzir pri kreiranju animiranih scena je kretanje u kojem se nalazi većina objekata u stvarnosti. Na primjer, zavjese u prostoriji njišu se od vjetra, kazaljke na satu se pale itd. Stoga je pri kreiranju animacije imperativ analizirati scenu i odrediti one objekte za koje trebate postaviti pokret. Inače, pokret daje realističnost statičnim scenama. Međutim, za razliku od animiranih, u njima kretanje treba naslutiti u smrznutim sitnicama - u košulji koja klizi sa naslona stolice, gusjenicama koje puze po deblu, drvetu savijenom od vjetra. Iako je relativno lako stvoriti realističnu animaciju za jednostavnije objekte u sceni, gotovo je nemoguće simulirati kretanje lika bez pomoćnih alata. U svakodnevnom životu naši su pokreti toliko prirodni i uobičajeni da ne razmišljamo, na primjer, da zabacimo glavu dok se smijemo ili se sagnemo, prolazeći ispod niskog baldahina. Modeliranje takvog ponašanja u svijetu trodimenzionalne grafike povezano je s mnogim zamkama, a nije tako lako rekreirati pokrete, a još više izraze lica, osobe. Zbog toga se, radi pojednostavljenja zadatka, koristi sljedeća metoda: na ljudsko tijelo je okačen veliki broj senzora koji bilježe kretanje bilo kojeg njegovog dijela u prostoru i šalju odgovarajući signal kompjuteru. To pak obrađuje primljene informacije i koristi ih u odnosu na neki skeletni model lika. Ova tehnologija se zove snimanje pokreta. Prilikom pomicanja školjke koja se stavlja na skeletnu osnovu, potrebno je voditi računa i o mišićnoj deformaciji. Za one 3D animatore koji su zauzeti animacijom likova, bit će korisno proučiti anatomiju kako bi se bolje snašli u sustavima kostiju i mišića.

Osvetljenje nije samo svetlo nego i senke

Kreiranje scene sa realističnim osvjetljenjem je još jedan izazov koji treba riješiti kako bi konačna slika bila realističnija. U stvarnom svijetu, svjetlosni snopovi se reflektiraju i prelamaju mnogo puta u objektima, što rezultira uglavnom nejasnim, zamućenim rubovima za sjene koje bacaju objekti. Aparat za renderovanje je uglavnom odgovoran za kvalitet prikaza senki. Postoje posebni zahtjevi za senke koje se bacaju na scenu. Sjena bačena sa nekog objekta može mnogo reći - koliko je visoko iznad tla, kakva je struktura površine na koju pada sjena, kojim izvorom je predmet osvijetljen itd. Ako zaboravite na sjene u sceni, takva scena nikada neće izgledati realistično, jer u stvarnosti svaki objekt ima svoju sjenu. Osim toga, sjena može naglasiti kontrast između prednjeg plana i pozadine, kao i "izdati" objekt koji nije u vidnom polju objektiva virtualne kamere. U ovom slučaju, gledatelju se pruža mogućnost da sam zamisli okruženje scene. Na primjer, na košulji trodimenzionalnog lika može vidjeti sjenku koja pada sa grana i lišća i pogoditi da drvo raste na stražnjoj strani mjesta snimanja. S druge strane, previše senki neće učiniti sliku realnijom. Pazite da ne bacate sjene od pomoćnih svjetala. Ako u sceni postoji nekoliko objekata koji emituju svjetlost, na primjer, lampioni, tada bi svi elementi scene trebali bacati sjenku iz svakog od izvora svjetlosti. Međutim, ako ćete u takvoj sceni koristiti pomoćne izvore svjetlosti (na primjer, da biste istakli tamne dijelove scene), ne morate stvarati sjene od tih izvora. Pomoćni izvor trebao bi biti nevidljiv za gledatelja, a sjene će odati njegovo prisustvo.

Prilikom kreiranja scene važno je ne pretjerati s brojem izvora svjetlosti. Bolje je potrošiti malo vremena pokušavajući pronaći najbolju poziciju za to nego koristiti više svjetala gdje možete proći samo sa jednim. U slučaju kada je potrebna upotreba nekoliko izvora, pobrinite se da svaki od njih baca sjene. Ako ne možete vidjeti sjene iz izvora svjetlosti, onda ih možda drugi, jači izvor svjetlosti preeksponira. Prilikom postavljanja izvora svjetlosti u scenu, obratite pažnju na njihovu boju. Izvori dnevne svjetlosti imaju plavu nijansu, ali da biste stvorili umjetni izvor svjetlosti, morate mu dati žućkastu boju. Takođe treba imati na umu da boja izvora koji simulira dnevnu svetlost takođe zavisi od doba dana. Stoga, ako predmet scene podrazumijeva večernje vrijeme, osvjetljenje može biti, na primjer, u crvenkastim nijansama zalaska sunca.

Najvažnija stvar je pogrešna računica

Vizualizacija je završna i, naravno, najvažnija faza u stvaranju trodimenzionalne scene. 3D grafički uređivač prikazuje sliku, uzimajući u obzir geometriju objekata, svojstva materijala od kojih su napravljeni, lokaciju i parametre izvora svjetlosti itd. Ako uporedimo rad u 3ds max-u sa video snimanjem, onda se vrijednost rendering engine-a može uporediti sa filmom na kojem je materijal snimljen. Kao što se svijetle i izblijedjele slike mogu proizvesti na dva filma različitih kompanija, rezultat vašeg rada može biti realan ili samo zadovoljavajući, ovisno o tome koji algoritam renderiranja odaberete. Postojanje velikog broja algoritama za renderovanje dovelo je do povećanja broja eksternih plug-in renderera. Često se isti renderer može integrirati s različitim 3D grafičkim paketima. Po brzini i kvaliteti renderovane slike, eksterni rendereri po pravilu nadmašuju standardni aparat za renderovanje 3D uređivača. Međutim, nemoguće je nedvosmisleno odgovoriti na pitanje koji od njih daje najbolji rezultat. Koncept "realizma" u ovom slučaju je subjektivan, jer ne postoje objektivni kriterijumi po kojima bi se mogao proceniti stepen realizma vizualizatora.

Međutim, sa sigurnošću možemo reći da kako bi konačna slika bila realističnija, algoritam renderiranja mora uzeti u obzir sve karakteristike širenja svjetlosnog vala. Kao što smo već rekli, udarajući u objekte, zrak svjetlosti se reflektira i prelama mnogo puta. Nemoguće je izračunati osvjetljenje u svakoj tački u prostoru, uzimajući u obzir beskonačan broj refleksija, stoga se za određivanje intenziteta svjetlosti koriste dva pojednostavljena modela: praćenje zraka i metoda globalnog osvjetljenja. Do nedavno, najpopularniji algoritam za renderiranje bio je praćenje svjetlosnih zraka. Ova metoda se sastojala u činjenici da je 3D editor pratio putanju zraka koji emituje izvor svjetlosti sa datim brojem prelamanja i refleksija. Praćenje ne može dati fotorealističnu sliku, jer ovaj algoritam ne obezbjeđuje efekte reflektivne i refraktivne kaustike (odsjaj koji je rezultat refleksije i prelamanja svjetlosti), kao ni svojstva rasipanja svjetlosti. Danas je upotreba metode globalnog osvjetljenja preduvjet za dobijanje realistične slike. Ako se prilikom praćenja prikazuju samo oni dijelovi scene pogođeni svjetlosnim zracima, metoda globalnog osvjetljenja izračunava difuziju svjetlosti u neosvijetljenim ili zasjenjenim dijelovima scene na osnovu analize svakog piksela na slici. Ovo uzima u obzir sve refleksije svjetlosnih zraka u sceni.

Jedan od najčešćih načina prikazivanja GI je fotonsko mapiranje. Ova metoda uključuje proračun globalnog osvjetljenja, baziran na kreiranju takozvane fotonske mape - informacije o osvijetljenosti scene, prikupljene pomoću praćenja. Prednost fotonskog mapiranja je u tome što se jednom sačuvani kao fotonska mapa, rezultati praćenja fotona mogu kasnije koristiti za stvaranje globalnog efekta osvjetljenja u scenama 3D animacije. Kvalitet globalnog osvetljenja, izračunat korišćenjem praćenja fotona, zavisi od broja fotona, kao i od dubine praćenja. Koristeći Photon Mapping, također možete renderirati caustics. Pored renderovanja globalnog osvetljenja, eksterni rendereri vam omogućavaju da renderujete materijale imajući na umu Sub-Surface Scattering. Ovaj efekat je preduslov za realizam u materijalima kao što su koža, vosak, delikatna tkanina, itd. Svjetlosne zrake koje udaraju u takav materijal, osim prelamanja i refleksije, raspršuju se u samom materijalu, uzrokujući tako blagi sjaj iznutra.

Još jedan razlog zašto su slike prikazane pomoću pluggable renderera realističnije od slika prikazanih korištenjem standardnih algoritama za renderiranje je mogućnost korištenja efekata kamere. To uključuje, prije svega, dubinsku oštrinu, zamućenje pokreta. Efekat dubine polja može se koristiti kada treba da skrenete pažnju gledaoca na neki detalj scene. Ako slika sadrži efekat dubine polja, gledalac će prvo primetiti izoštrene elemente scene. Efekt dubine polja može biti od pomoći kada trebate vizualizirati ono što lik vidi. Uz pomoć efekta dubine polja, možete fokusirati pogled lika na jedan ili drugi objekt. Efekat dubine polja je također bitan dio realistične slike kada je pažnja u sceni privučena malom objektu - na primjer, gusjenici na cijevi. Ako su svi objekti u fokusu, uključujući grane, lišće, deblo i gusjenicu, jednako jasno nacrtani na slici, tada takva slika neće izgledati realistično. Da takva scena postoji u stvarnosti, a snimanje nije izvedeno virtuelnom, već stvarnom kamerom, u fokusu bi bio samo glavni objekt - gusjenica. Sve što je udaljeno od nje izgledalo bi mutno. Stoga, efekat dubine polja mora biti prisutan na trodimenzionalnoj slici.

Zaključak

Hardverske mogućnosti radnih stanica se svakodnevno povećavaju, što omogućava još efikasnije korištenje alata za rad sa trodimenzionalnom grafikom. Istovremeno se poboljšava arsenal alata za 3D grafičke urednike. Istovremeno, osnovni pristupi stvaranju fotorealističnih slika ostaju nepromijenjeni. Ispunjavanje ovih zahtjeva ne garantuje da će rezultirajuća slika izgledati kao fotografija. Međutim, njihovo ignoriranje će najvjerovatnije uzrokovati neuspjeh. Stvaranje fotorealistične slike dok radite samo na 3D projektu je nevjerovatno težak zadatak. U pravilu, oni koji se posvete trodimenzionalnoj grafiki i profesionalno rade s njom, pokažu se tek u jednoj od faza stvaranja trodimenzionalne scene. Neki znaju sve suptilnosti modeliranja, drugi znaju majstorski kreirati materijale, treći "vide" ispravno osvjetljenje scena itd. Stoga, kada počnete da radite u 3D-u, pokušajte pronaći oblast u kojoj se osjećate najpouzdanije i razvijajte svoje talente.

Sergej i Marina Bondarenko, http://www.3domen.com

Zamislite kako će se objekat uklopiti u postojeći razvoj. Vrlo je zgodno pregledati različite varijante projekta koristeći trodimenzionalni model. Konkretno, možete promijeniti materijale i premaze (teksture) projektnih elemenata, provjeriti osvijetljenost pojedinih područja (u zavisnosti od doba dana), postaviti različite elemente interijera itd.

Za razliku od brojnih CAD sistema koji koriste dodatne module ili programe trećih strana za renderovanje i animaciju, MicroStation ima ugrađene alate za kreiranje fotorealističnih slika (BMP, JPG, TIFF, PCX, itd.), kao i za snimanje animacijskih klipova u standardnim formatima (FLI, AVI) i skupu slika okvir po kadar (BMP, JPG, TIFF, itd.).

Kreiranje realističnih slika

Kreiranje fotorealističnih slika počinje dodjeljivanjem materijala (tekstura) različitim elementima projekta. Svaka tekstura se primjenjuje na sve elemente iste boje u istom sloju. S obzirom da je maksimalan broj slojeva 65 hiljada, a broj boja 256, može se pretpostaviti da se pojedinačni materijal zaista može primijeniti na bilo koji element projekta.

Program pruža mogućnost uređivanja bilo koje teksture i kreiranja nove na osnovu rasterske slike (BMP, JPG, TIFF, itd.). U ovom slučaju, za teksturu možete koristiti dvije slike, od kojih je jedna odgovorna za reljef, a druga za teksturu materijala. I reljef i tekstura imaju različite parametre postavljanja na elementu, kao što su: razmera, ugao rotacije, ofset, način popunjavanja neravnih površina. Osim toga, reljef ima parametar "visine" (varijabilan u rasponu od 0 do 20), a tekstura, zauzvrat, ima težinu (varijabilnu u rasponu od 0 do 1).

Osim crteža, materijal ima i sljedeće podesive parametre: raspršivanje, difuzija, sjaj, poliranje, prozirnost, refleksija, prelamanje, osnovna boja, boja odsjaja, sposobnost materijala da ostavlja senke.

Prikaz teksture se može pregledati koristeći standardna 3D čvrsta tijela kao primjer, ili na bilo kojem elementu projekta, a možete koristiti nekoliko vrsta sjenčanja elementa. Jednostavni alati za kreiranje i uređivanje tekstura omogućuju vam da dobijete gotovo svaki materijal.

Jednako važan aspekt za kreiranje realističnih slika je način renderovanja (rendering). MicroStation podržava sljedeće dobro poznate metode senčenja: uklanjanje skrivenih linija, popunjavanje skrivenih linija, trajno senčenje, glatko senčenje, Phong senčenje, praćenje zraka, radio mreža, praćenje čestica. Tokom renderovanja, slika se može izgladiti (ukloniti neravnine), kao i kreirati stereo sliku koja se može gledati pomoću naočara sa posebnim svetlosnim filterima.

Postoji niz postavki kvaliteta prikaza (koje odgovaraju brzini obrade slike) za praćenje zraka, radio saobraćaj i praćenje čestica. Za ubrzanje obrade grafičkih informacija, MicroStation podržava metode grafičkog ubrzanja - QuickVision tehnologiju. Za pregled i uređivanje kreiranih slika, postoje i ugrađeni alati za modifikaciju koji podržavaju sljedeće standardne funkcije (koje se, naravno, ne mogu natjecati s funkcijama specijaliziranih programa): gama korekcija, podešavanje nijansi, negativ, zamućenje, način rada boje , izrezivanje, promjena veličine, rotiranje, preslikavanje, pretvaranje u drugi format podataka.

Prilikom kreiranja realističnih slika, značajan dio vremena zauzima postavljanje i upravljanje izvorima svjetlosti. Izvori svjetlosti se dijele na globalno i lokalno osvjetljenje. Globalno osvjetljenje se zauzvrat sastoji od ambijentalnog svjetla, blica, sunčeve svjetlosti, svjetla neba. A za sunce, zajedno sa svjetlinom i bojom, postavljeni su ugao azimuta i ugao iznad horizonta. Ovi uglovi se mogu automatski izračunati na osnovu navedenog geografskog položaja objekta (u bilo kojoj tački na karti svijeta), kao i prema datumu i vremenu razmatranja objekta. Svjetlost neba ovisi o oblačnosti, kvaliteti (prozirnosti) zraka, pa čak i o refleksiji od tla.

Lokalni izvori svjetlosti mogu biti pet vrsta: daljinski, tačkasti, konusni, površinski, nebeski otvori. Svaki izvor može imati sljedeća svojstva: boju, intenzitet svjetlosti, intenzitet, rezoluciju, sjenu, slabljenje na određenoj udaljenosti, ugao konusa itd.

Izvori svjetlosti mogu pomoći u prepoznavanju neosvijetljenih područja subjekta gdje je potrebno postaviti dodatno osvjetljenje.

Kamere se koriste za pregled elemenata projekta iz određenog ugla i za slobodno kretanje pogleda kroz fajl. Koristeći tastere za kontrolu tastature i miša, možete podesiti devet tipova kretanja kamere: let, rotacija, spuštanje, klizanje, obilaznica, rotacija, plivanje, kretanje kolica, nagib. Četiri različite vrste pokreta mogu se povezati s tastaturom i mišem (režimi se mijenjaju držanjem tipki Shift, Ctrl, Shift + Ctrl).

Kamere omogućavaju pregled objekta iz različitih uglova i pogled iznutra. Promjenom parametara kamere (žižna daljina, ugao objektiva), možete promijeniti perspektivu pogleda.

Da biste stvorili realističnije slike, moguće je povezati pozadinsku sliku, na primjer, fotografiju postojećeg pejzaža.

Većina korisnika dobro zna koju od komponenti računara koristimo za dobijanje slika na monitoru – naravno, radi se o video adapteru. Ali malo ljudi poznaje suptilnosti i nijanse tehnologija za povećanje realizma trodimenzionalne slike, jer u naše vrijeme brzog razvoja 3D grafike i rađanja mnogih realističnih kompjuterskih igara - nije dovoljno samo prikazati dobra slika na monitoru, potrebno je da bude što realnija.

Razmotrit ćemo najčešće tehnologije koje su već dobro uspostavljene i koje se aktivno koriste od strane proizvođača video kartica. Ovaj materijal je namijenjen naprednim korisnicima i pretpostavlja detaljniji uvod u tehnologiju nego samo površinski pregled.

MIP tehnologija mapiranja

Počnimo s najčešće korištenom tehnologijom, tzv MIP mapiranje... Glavna svrha ove tehnologije je poboljšanje kvalitete teksturiranja 3D objekata.

Da bi slika izgledala realističnije, programeri moraju uzeti u obzir tako važan koncept kao što je dubina scene. Realizam, u ovom slučaju, podrazumijeva visokokvalitetno zamućenje prilikom uklanjanja slike, kao i promjenu nijansi boja. Stoga se za izgradnju bilo koje vrste površina koristi mnogo različitih tekstura, što omogućava reguliranje ovog fenomena. Ako je potrebno, na primjer, izgraditi sliku ceste koja teži horizontu, tada u slučaju korištenja jedne teksture možete jednostavno zaboraviti na realizam, jer će se u pozadini pojaviti čvrsta boja ili treperenje.

Isto tako, za implementaciju ovog skupa tekstura koristi se tehnologija Mip mapiranje, omogućava korištenje tekstura s različitim stupnjevima detalja, što dodaje svoje prednosti, na primjer, realizam puta, koji je gore opisan.

Princip rada je da se za svaki piksel slike odredi odgovarajuća Mip-mapa, a zatim se odabire jedan teksel (piksel mapa), koji se dodeljuje pikselu. Ovo je tako složen sistem teksturiranja slike, ali zahvaljujući ovom sistemu osjećamo mnogo više realizacije u igricama i 3D filmovima.

Tehnologije filtriranja

Ove tehnologije se obično koriste zajedno sa Mip tehnologijom mapiranja. Tehnologije filtriranja su potrebne za ispravljanje različitih artefakata teksture. Jednostavno rečeno, smisao filtriranja je izračunati boju objekta na osnovu susjednih piksela.

Postoje različite vrste filtriranja:

Bilinear. Kada je objekat u pokretu, mogu biti uočljive različite vrste povlačenja piksela, što zauzvrat izaziva efekat treperenja. Za smanjenje ovog efekta koristi se bilinearno filtriranje, čiji je princip odabir četiri susjedna piksela za prikaz površine trenutnog.

Trilinear.Princip rada trilinearnog filtriranja sličan je bilinearnom, ali je napredniji, ovdje se uzima prosječna vrijednost od 8 piksela za određivanje boje trenutnog piksela. Trilinearno filtriranje rješava mnogo grešaka povezanih s obrisima teksture i netačnim proračunom dubine scene.

Anizotropna filtracija ... Najnapredniji tip filtracije i trenutno se koristi kod svih novi video adapteri... Koristeći anizotropno filtriranje, jedan piksel se izračunava na 8-32 teksela (teksularnih piksela).

Anti-aliasing

Suština Anti-aliasing tehnologije je da eliminiše neravnine ivica objekata, drugim rečima, da izgladi sliku.

Princip rada najčešće anti-aliasing tehnologije je stvaranje glatkog prijelaza između ivice i boje pozadine. Boja tačaka koje leže na granici objekata određena je prosečnom vrednošću graničnih tačaka.

Dakle, s tugom na pola, razmatrane su glavne tehnologije za povećanje realizma trodimenzionalne slike. Možda nije sve bilo jasno, ali u svakom slučaju takve detaljne informacije ne bi bile suvišne.

Izgradnja trodimenzionalne slike

Rastom računarske snage i dostupnosti memorijskih elemenata, pojavom visokokvalitetnih grafičkih terminala i izlaznih uređaja, razvijena je velika grupa algoritama i softverskih rješenja koja omogućavaju formiranje slike na ekranu koja predstavlja određena volumetrijska scena. Prva takva rješenja bila su namijenjena zadacima arhitektonskog i mašinskog projektovanja.

Prilikom formiranja trodimenzionalne slike (statičke ili dinamičke) razmatra se njena konstrukcija unutar određenog koordinatnog prostora, koji se naziva pozornici... Scena podrazumijeva rad u trodimenzionalnom, trodimenzionalnom svijetu - stoga je režija dobila naziv trodimenzionalne (3-Dimensional, 3D) grafike.

Na scenu se postavljaju zasebni objekti sastavljeni od geometrijskih volumetrijskih tijela i presjeka složenih površina (najčešće tzv. B-splines). Da bi se formirala slika i izvršile dalje operacije, površine se dijele na trouglove - minimalne ravne figure - i dalje se obrađuju točno kao skup trouglova.

U sledećoj fazi” svijet”Koordinate čvorova mreže se preračunavaju korištenjem matričnih transformacija u koordinate vrste, tj. zavisno od tačke gledišta scene. Položaj gledišta se obično zove položaj kamere.

Sistem pripreme radnog prostora
3D grafika Blender (primjer sa stranice
http://www.blender.org)

Nakon formiranja okvir("Žicana mreža"). farbanje preko- davanje površinama nekih svojstava. Svojstva površine prvenstveno su određena njenim svjetlosnim karakteristikama: luminoznošću, reflektivnošću, apsorpcijom i snagom raspršenja. Ovaj skup karakteristika vam omogućava da definirate materijal čija se površina modelira (metal, plastika, staklo, itd.). Prozirni i prozirni materijali imaju niz drugih karakteristika.

Po pravilu, tokom izvođenja ovog postupka, i rezanje nevidljivih površina... Postoji mnogo metoda za to, ali najpopularnija je
Z-buffer kada se kreira niz brojeva koji predstavlja "dubinu", udaljenost od tačke na ekranu do prve neprozirne tačke. Sljedeće točke na površini će se obrađivati ​​tek kada im je dubina manja, a tada će se Z-koordinata smanjiti. Snaga ove metode direktno zavisi od maksimalno moguće vrednosti udaljenosti tačke scene od ekrana, tj. na broj bitova po tački u baferu.

Proračun realistične slike. Izvođenje ovih operacija omogućava kreiranje tzv solidni modeli objekata, ali ova slika neće biti realistična. Za formiranje realistične slike na scenu se postavljaju izvori svjetlosti i izvedeno proračun osvjetljenja svaku tačku vidljivih površina.

Da bi objekti izgledali realistično, površina objekata je "pokrita" tekstura - slika(ili postupak koji ga formira), definisanje nijansi izgleda... Procedura se naziva “mapiranje teksture”. Tokom mapiranja teksture, primjenjuju se tehnike istezanja i anti-aliasinga - filtracija... Na primjer, anizotropno filtriranje, spomenuto u opisu video kartica, ne ovisi o smjeru transformacije teksture.

Nakon određivanja svih parametara, potrebno je izvršiti proceduru formiranja slike, tj. izračunavanje boje tačaka na ekranu. Procedura izračunavanja se zove rendering Prilikom izvođenja ovakvog proračuna potrebno je odrediti svjetlost koja pada na svaku tačku modela, uzimajući u obzir činjenicu da se može reflektirati, da površina može pokriti i druge oblasti iz ovog izvora itd.

Postoje dvije glavne metode za izračunavanje osvjetljenja. Prva je metoda praćenje zraka unatrag... Ovom metodom izračunava se putanja tih zraka, koji na kraju padaju u piksele ekrana- u suprotnom smjeru. Proračun se vrši posebno za svaki od kanala boja, jer se svjetlost različitog spektra ponaša različito na različitim površinama.

Drugi metod - metoda emisivnosti - omogućava izračunavanje integrisanog osvjetljenja svih površina koje ulaze u okvir i razmjenu svjetlosti između njih.

Dobijena slika uzima u obzir navedene karakteristike kamere, tj. gledalaca.

Stoga, kao rezultat brojnih proračuna, postaje moguće kreirati slike koje je teško razlikovati od fotografija. Kako bi smanjili broj proračuna, pokušavaju smanjiti broj objekata i, gdje je moguće, zamijeniti proračun fotografijom; na primjer, prilikom formiranja pozadine slike.

Čvrsti model i konačni rezultat proračuna modela
(primjer sa stranice http://www.blender.org)

Animacija i virtuelna stvarnost

Sljedeći korak u razvoju tehnologije za trodimenzionalnu realističnu grafiku bila je mogućnost njene animacije - kretanja i promjena kadrova u sceni. U početku su se samo superkompjuteri mogli nositi s ovim obimom proračuna, a korišteni su za kreiranje prvih trodimenzionalnih animacijskih videa.

Kasnije je razvijen hardver posebno dizajniran za izračunavanje i formiranje slika - 3D akceleratori... To je omogućilo u pojednostavljenom obliku izvođenje takve formacije u realnom vremenu, koja se koristi u modernim kompjuterskim igrama. Zapravo, sada čak i obične video kartice uključuju takve alate i neka su vrsta mini-računara uske namjene.

Prilikom kreiranja igrica, snimanja filmova, razvijanja simulatora, u zadacima modeliranja i oblikovanja raznih objekata, zadatak formiranja realistične slike ima još jedan značajan aspekt - modeliranje ne samo kretanja i promjena objekata, već modeliranje njihovog ponašanja koje odgovara fizičkih principa okolnog svijeta.

Ovaj pravac, uzimajući u obzir upotrebu svih vrsta hardvera za prenošenje utjecaja vanjskog svijeta i povećanje efekta prisutnosti, dobio je naziv virtualne stvarnosti.

Za utjelovljenje takvog realizma stvorene su posebne metode za izračunavanje parametara i transformaciju objekata - mijenjanje prozirnosti vode od njenog kretanja, izračunavanje ponašanja i izgleda požara, eksplozija, sudara objekata itd. Takvi proračuni su prilično složeni, a predložen je niz metoda za njihovu implementaciju u moderne programe.

Jedna od njih je obrada i korištenje shaders - procedure promene svetlosti(ili tačan položaj)u ključnim tačkama prema nekom algoritmu... Takva obrada omogućava stvaranje efekata "sjajnog oblaka", "eksplozije", povećanja realizma složenih objekata itd.

Pojavili su se i standardizuju sučelja za rad sa „fizičkom“ komponentom formiranja slike, što omogućava povećanje brzine i tačnosti ovakvih proračuna, a time i realizma kreiranog modela svijeta.

Trodimenzionalna grafika jedno je od najspektakularnijih i komercijalno najuspješnijih područja razvoja informacionih tehnologija, koje se često naziva jednim od glavnih pokretača razvoja hardvera. Sredstva trodimenzionalne grafike aktivno se koriste u arhitekturi, mašinstvu, u naučnim radovima, pri snimanju filmova, u kompjuterskim igrama, u nastavi.

Primjeri softverskih proizvoda

Maya, 3DStudio, Blender

Tema je veoma atraktivna za studente svih uzrasta i javlja se u svim fazama izučavanja kursa informatike. Atraktivnost za studente objašnjava se velikom kreativnom komponentom u praktičnom radu, vizuelnim rezultatom, kao i širokom primenjenom orijentacijom teme. Znanje i vještine iz ove oblasti su potrebne u gotovo svim područjima ljudske djelatnosti.

U osnovnoj školi razmatraju se dvije vrste grafike: rasterska i vektorska. Razmatraju se pitanja razlike jedne vrste od druge, kao rezultat - pozitivni aspekti i nedostaci. Područja primjene ovih vrsta grafike omogućit će vam da unesete nazive određenih softverskih proizvoda koji vam omogućavaju obradu ove ili one vrste grafike. Stoga će u osnovnoj školi biti sve traženiji materijali na teme: rasterska grafika, modeli u boji, vektorska grafika. U srednjoj školi ovu temu dopunjuje ispitivanje karakteristika naučne grafike i mogućnosti trodimenzionalne grafike. Stoga će sljedeće teme biti relevantne: fotorealistične slike, modeliranje fizičkog svijeta, kompresija i pohrana grafičkih i streaming podataka.

Najviše vremena zauzima praktičan rad na pripremi i obradi grafičkih slika pomoću rasterskih i vektorskih grafičkih uređivača. U srednjoj školi to je obično Adobe Photoshop, CorelDraw i/ili MacromediaFlach. Razlika između izučavanja pojedinih softverskih paketa u osnovnoj i srednjoj školi u većoj mjeri se očituje ne u sadržaju, već u oblicima rada. U osnovnoj školi radi se o praktičnom (laboratorijskom) radu, usljed kojeg učenici savladavaju softverski proizvod. U srednjoj školi, glavni oblik rada postaje individualna radionica ili projekat, gdje je glavna komponenta sadržaj zadatka, a softverski proizvodi koji se koriste za njegovo rješavanje ostaju samo alat.

Karte za osnovnu i srednju školu sadrže pitanja koja se odnose kako na teorijske osnove kompjuterske grafike, tako i na praktične vještine obrade slika. Dijelovi teme kao što je izračunavanje obima informacija grafičkih slika i karakteristike kodiranja grafike prisutni su u kontrolnim mjernim materijalima jedinstvenog državnog ispita.