مدل های هندسی اجسام سه بعدی. گرافیک سه بعدی اجسام هندسی سه بعدی

گرافیک سه بعدی

روش های مدل سازی سه بعدی

· مدل سازی Spline مدل سازی با خطوط ریاضی صاف - splines است.

· مدل سازی چند ضلعی چیدمان گوشه ها و رئوس چندضلعی ها در فضای سه بعدی است.

یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما از یک تصویر دو بعدی متفاوت است زیرا شامل ساخت یک طرح هندسی از یک مدل سه بعدی از صحنه بر روی یک هواپیما (مثلاً صفحه رایانه) با استفاده از برنامه های تخصصی است. در این حالت، مدل می‌تواند یا به اشیایی از دنیای واقعی (ماشین‌ها، ساختمان‌ها، طوفان، سیارک) مطابقت داشته باشد یا کاملاً انتزاعی باشد (طرح یک فراکتال چهار بعدی).

برای به دست آوردن یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما، مراحل زیر مورد نیاز است:

· مدل سازی - ایجاد یک مدل ریاضی سه بعدی از صحنه و اشیاء موجود در آن.

· رندر (تجسم) - ساخت یک طرح ریزی مطابق با مدل فیزیکی انتخاب شده. (سیستم های رندر: V-Ray، FinalRender، برزیل R/S، BusyRay).

مزایا و معایب گرافیک سه بعدی.

ایرادات:

· حجم قابل توجهی از فایل ها

وابستگی نرم افزاری

· هزینه بالای ویرایشگرهای سه بعدی مختلف

مزایای:

· واقع گرایی

· امکان استفاده از اشیاء سه بعدی برای ایجاد اپلیکیشن (بازی و ...)

· آزادی تبدیل اشیاء

کجا استفاده می شود؟

برای ساخت بازی، فیلم و غیره استفاده می شود.

نرم افزار

3D Studio Max، MAYA، Blender، Solid Age، Compass.

گرافیک سه بعدی- بخشی از گرافیک کامپیوتری، مجموعه ای از تکنیک ها و ابزارها (اعم از نرم افزار و سخت افزار) که برای به تصویر کشیدن اشیاء سه بعدی طراحی شده است.

یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما با یک تصویر دو بعدی متفاوت است زیرا شامل ساخت یک طرح هندسی از یک مدل سه بعدی است. صحنه هایروی هواپیما (مثلاً صفحه رایانه) با استفاده از برنامه های تخصصی (اما، با ایجاد و اجرای نمایشگرهای سه بعدی و چاپگرهای سه بعدی، گرافیک سه بعدی لزوماً شامل نمایش بر روی هواپیما نیست). در این حالت، مدل می‌تواند یا به اشیایی از دنیای واقعی (ماشین‌ها، ساختمان‌ها، طوفان، سیارک) مطابقت داشته باشد یا کاملاً انتزاعی باشد (طرح یک فراکتال چهار بعدی).

روش های مدل سازی سه بعدی

مدل های سه بعدی در سیستم های CAD (یا سیستم های CAD/CAM) با استفاده از ابزارهای مدل سازی هندسی موجود در آنها ایجاد می شوند. مدل به عنوان برخی توضیحات ریاضی در سیستم ذخیره می شود و به عنوان یک شی فضایی روی صفحه نمایش داده می شود.

ساخت یک مدل هندسی فضایی یک محصول وظیفه اصلی طراحی کامپیوتری است. این مدل است که برای حل بیشتر مشکلات تولید اسناد طراحی و طراحی، طراحی تجهیزات تکنولوژیکی و توسعه برنامه های کنترل برای ماشین های CNC استفاده می شود. علاوه بر این، این مدل به سیستم های تحلیل مهندسی (سیستم های CAE) منتقل شده و در آنجا برای انجام محاسبات مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. بر اساس یک مدل کامپیوتری، با استفاده از روش ها و ابزارهای نمونه سازی سریع، می توان نمونه فیزیکی محصول را به دست آورد. یک مدل سه‌بعدی نه تنها می‌تواند با استفاده از یک سیستم CAD معین ساخته شود، بلکه در یک مورد خاص، از طریق یکی از رابط‌های مورد توافق از یک سیستم CAD دیگر دریافت می‌شود، یا بر اساس نتایج اندازه‌گیری یک محصول نمونه فیزیکی بر روی یک دستگاه اندازه‌گیری مختصات تولید می‌شود. .

روش های ارائه مدل ها

مدلسازی سطح (قاب-سطح) و جامد وجود دارد. در مدل سازی سطح، ابتدا یک قاب ساخته می شود - یک ساختار فضایی متشکل از خطوط مستقیم، قوس های دایره ای و خطوط. قاب نقش حمایتی را ایفا می کند و به عنوان مبنایی برای ساخت بعدی سطوحی است که روی عناصر قاب "کشیده شده اند".

بسته به روش ساخت و ساز، انواع سطوح زیر متمایز می شوند: قاعده; چرخش؛ حرکتی؛ کوپلینگ فیله؛ عبور از مقطع طولی و عرضی؛ سطوح برای "سفت کردن پنجره" بین سه یا چند سطح مجاور. سطوح NURBS که با تعیین نقاط کنترل مقطع طولی و مقطعی تعریف می شوند. سطوح مسطح

اگرچه سطوح مرزهای یک جسم را مشخص می کنند، اما مفهوم "بدن" خود در حالت مدل سازی سطح وجود ندارد، حتی اگر سطوح یک حجم بسته را محدود کنند. این مهم ترین تفاوت بین مدل سازی سطح و مدل سازی جامد است.

ویژگی دیگر این است که المان های مدل وایرفریم – سطح به هیچ وجه به یکدیگر متصل نیستند. تغییر یکی از عناصر به طور خودکار بقیه را تغییر نمی دهد. این آزادی بیشتری در مدل سازی می دهد، اما در عین حال کار با مدل را به طور قابل توجهی پیچیده می کند.

مزایا و معایب گرافیک سه بعدی

گرافیک سه بعدی در مواردی که باید یک صحنه خیالی را در تصویری از دنیای واقعی جاسازی کنید، کمک خواهد کرد. این وضعیت برای مشکلات طراحی معماری معمول است. در این حالت، گرافیک سه بعدی نیاز به ایجاد یک چیدمان را از بین می برد و امکانات انعطاف پذیری را برای سنتز تصویر صحنه برای هر شرایط آب و هوایی و از هر زاویه دید فراهم می کند.

می‌توان موقعیت دیگری را نیز تصور کرد: این یک شی خیالی نیست که در پس‌زمینه واقعی جاسازی شده باشد، بلکه برعکس، تصویری از یک شی واقعی است که در یک صحنه سه‌بعدی به عنوان جزء اجزای آن جاسازی شده است. از این روش استفاده از گرافیک سه بعدی، به عنوان مثال، برای ایجاد سالن های نمایشگاهی مجازی یا گالری هایی استفاده می شود که بر روی دیوار آنها تصاویری از نقاشی های واقعی آویزان شده است.

بازی های کامپیوتری- یکی از گسترده ترین و اثبات شده ترین زمینه های کاربرد گرافیک سه بعدی. همانطور که نرم افزار مدل سازی گرافیک سه بعدی بهبود می یابد، بهره وری افزایش می یابد و منابع حافظه رایانه افزایش می یابد، جهان های سه بعدی مجازی پیچیده تر و شبیه به واقعیت واقعی می شوند.

گرافیک سه بعدی همچنین در جاهایی که عکاسی واقعی غیرممکن است، دشوار است یا به هزینه های مادی قابل توجهی نیاز دارد کمک می کند و همچنین به شما امکان می دهد تصاویری از رویدادهایی که در زندگی روزمره اتفاق نمی افتد ترکیب کنید. 3D Studio MAX 3.0 دارای ابزارهایی است که به شما امکان می دهد اثرات نیروهای فیزیکی مانند گرانش، اصطکاک یا اینرسی را بر روی اجسام سه بعدی شبیه سازی کنید و همچنین نتایج حاصل از برخورد اجسام را بازتولید کنید.

وقتی صحبت از ایجاد انیمیشن کامپیوتری می شود، استدلال های اصلی به نفع گرافیک سه بعدی ظاهر می شود. 3D Studio MAX 3.0 به شما امکان می دهد تا کار بر روی کلیپ های ویدیویی متحرک را با استفاده از روش های انیمیشن صحنه سه بعدی به طور قابل توجهی ساده کنید. در بالا به ویژگی های گرافیک سه بعدی پرداختیم که می توان به مزایای آن نسبت به گرافیک دو بعدی معمولی اشاره کرد. اما همانطور که می دانید هیچ مزیتی بدون معایب وجود ندارد . معایب گرافیک سه بعدی که باید هنگام انتخاب ابزار برای توسعه پروژه های گرافیکی آینده خود در نظر گرفته شود را می توان در نظر گرفت:

افزایش نیاز به سخت افزار کامپیوتر، به ویژه برای مقدار RAM، فضای خالی روی هارد دیسک و سرعت پردازنده.

نیاز به کارهای مقدماتی زیاد، ایجاد مدل‌هایی از تمام اشیاء صحنه است که ممکن است در میدان دید دوربین بیفتند و مواد را به آنها اختصاص دهیم. با این حال، این کار معمولاً در نتیجه به دست آمده نتیجه می دهد.

آزادی کمتری در شکل گیری تصویر نسبت به هنگام استفاده از گرافیک دو بعدی. این بدان معنی است که هنگام کشیدن یک تصویر با مداد روی کاغذ یا استفاده از گرافیک های دو بعدی بر روی صفحه رایانه، شما این فرصت را دارید که به طور کامل آزادانه هر گونه نسبت اشیاء را تحریف کنید، قوانین چشم انداز و غیره را نقض کنید، در صورت لزوم. مفهوم هنری را درک کنید در 3D Studio MAX 3.0 این نیز امکان پذیر است، اما نیاز به تلاش بیشتری دارد.

نیاز به کنترل موقعیت نسبی اشیاء در صحنه به ویژه هنگام اجرای انیمیشن. با توجه به این واقعیت که اشیاء گرافیکی سه بعدی "غیر جسمانی" هستند، به راحتی می توان به اشتباه از یک شی به جسم دیگر نفوذ کرد یا به اشتباه تماس لازم بین اشیاء را نداشت.

گرافیک سه بعدی لزوماً شامل نمایش بر روی هواپیما نیست.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5

✪ نظریه گرافیک سه بعدی، درس 01 - مقدمه ای بر گرافیک سه بعدی

✪ گرافیک کامپیوتری در سینما

✪ سخنرانی 1 | گرافیک کامپیوتری | ویتالی گالینسکی | لکتوریوم

✪ 12 - گرافیک کامپیوتری. مفاهیم اولیه گرافیک کامپیوتری

✪ سخنرانی 4 | گرافیک کامپیوتری | ویتالی گالینسکی | لکتوریوم

زیرنویس

کاربرد

گرافیک سه بعدی به طور فعال برای ایجاد تصاویر بر روی صفحه نمایشگر یا ورقی از مواد چاپی در علم و صنعت استفاده می شود، به عنوان مثال، در سیستم های اتوماسیون طراحی (CAD؛ برای ایجاد عناصر جامد: ساختمان ها، قطعات ماشین، مکانیسم ها)، تجسم معماری. (این همچنین شامل به اصطلاح "باستان شناسی مجازی" می شود)، در سیستم های تجسم پزشکی مدرن.

گسترده ترین استفاده در بسیاری از بازی های رایانه ای مدرن و همچنین به عنوان عنصری از سینما، تلویزیون و محصولات چاپی است.

گرافیک سه بعدی معمولاً با فضای سه بعدی مجازی و خیالی سروکار دارد که بر روی سطح صاف و دو بعدی یک صفحه نمایش یا ورق کاغذ نمایش داده می شود. در حال حاضر، چندین روش برای نمایش اطلاعات سه بعدی به شکل حجمی شناخته شده است، اگرچه اکثر آنها ویژگی های حجمی را بسیار مشروط نشان می دهند، زیرا با یک تصویر استریو کار می کنند. از این ناحیه می‌توان به عینک‌های استریو، کلاه‌های ایمنی مجازی، نمایشگرهای سه بعدی با قابلیت نمایش تصویر سه‌بعدی اشاره کرد. چندین سازنده نمایشگرهای سه بعدی آماده تولید را به نمایش گذاشته اند. با این حال، نمایشگرهای سه بعدی هنوز اجازه ایجاد یک کپی فیزیکی کامل و ملموس از مدل ریاضی ایجاد شده توسط روش های گرافیکی سه بعدی را نمی دهند. فناوری های نمونه سازی سریع که از دهه 1990 در حال توسعه بوده اند، این شکاف را از بین می برند. لازم به ذکر است که فناوری های نمونه سازی سریع از نمایش مدل ریاضی یک جسم در قالب یک جسم جامد (مدل وکسل) استفاده می کنند.

ایجاد

برای به دست آوردن یک تصویر سه بعدی در یک هواپیما، مراحل زیر مورد نیاز است:

• مدل سازی- ایجاد یک مدل ریاضی سه بعدی از صحنه و اشیاء موجود در آن.
• بافت- تخصیص بافت های شطرنجی یا رویه ای به سطوح مدل (همچنین مستلزم تنظیم ویژگی های مواد - شفافیت، بازتاب، زبری و غیره) است.
• روشنایی- نصب و پیکربندی؛
• انیمیشن(در بعضی موارد) - حرکت دادن به اشیاء;
• شبیه سازی پویا(در برخی موارد) - محاسبه خودکار برهمکنش ذرات، اجسام سخت / نرم و غیره با نیروهای شبیه سازی شده گرانش، باد، شناوری و غیره و همچنین با یکدیگر.
• تفسیر(تجسم) - ساخت یک طرح مطابق با مدل فیزیکی انتخاب شده.
• ترکیب کردن(طرح بندی) - اصلاح تصویر؛
• تصویر حاصل را به یک دستگاه خروجی - یک صفحه نمایش یا یک چاپگر خاص، خروجی دهید.

مدل سازی

محبوب ترین بسته های صرفا برای مدل سازی عبارتند از:

• رابرت مک نیل و دانشیار Rhinoceros 3D ;

برای ایجاد یک مدل سه بعدی از یک شخص یا موجود، می توان از Sculpture به عنوان نمونه اولیه (در بیشتر موارد) استفاده کرد.

بافت سازی

SketchUp

تجسم گرافیک سه بعدی در بازی ها و برنامه ها

تعدادی کتابخانه نرم افزاری برای تجسم گرافیک سه بعدی در برنامه های کاربردی وجود دارد - DirectX، OpenGL و غیره.

تعدادی رویکرد برای ارائه گرافیک سه بعدی در بازی ها وجود دارد - سه بعدی کامل، شبه سه بعدی.

چنین بسته‌هایی حتی همیشه به کاربر اجازه نمی‌دهند که مدل سه‌بعدی را مستقیماً کار کند؛ به عنوان مثال، بسته OpenSCAD وجود دارد، مدلی که در آن با اجرای یک اسکریپت تولید شده توسط کاربر نوشته شده به یک زبان تخصصی شکل می‌گیرد.

نمایشگرهای سه بعدی

نمایشگرهای سه بعدی یا استریوسکوپی، (نمایشگر سه بعدی، صفحه نمایش سه بعدی) - نمایشگری که از طریق استریوسکوپیک یا جلوه های دیگر، توهم حجم واقعی را در تصاویر نمایش داده شده ایجاد می کند.

در حال حاضر، اکثریت قریب به اتفاق تصاویر سه بعدی با استفاده از افکت استریوسکوپی نمایش داده می شوند، زیرا اجرای آن ساده ترین است، اگرچه استفاده از استریوسکوپی به تنهایی نمی تواند برای درک سه بعدی کافی نامیده شود. چشم انسان، چه به صورت جفت و چه به تنهایی، به همان اندازه در تشخیص اجسام سه بعدی از تصاویر مسطح خوب است. ] .

گرافیک سه بعدی

نام پارامتر	معنی
موضوع مقاله:	گرافیک سه بعدی
روبریک (دسته موضوعی)	فن آوری ها

گرافیک سه بعدی کاربرد گسترده ای در زمینه هایی مانند محاسبات علمی، طراحی مهندسی و مدل سازی کامپیوتری اشیاء فیزیکی پیدا کرده است.

به تصویر کشیدن یک شکل مسطح در نقاشی کار چندان دشواری نیست، زیرا یک مدل هندسی دو بعدی شباهتی به شکل به تصویر کشیده شده است که آن هم دو بعدی است.

اجسام هندسی سه بعدی در نقاشی به عنوان مجموعه ای از پیش بینی ها بر روی سطوح مختلف به تصویر کشیده شده اند که فقط درک متعارف تقریبی از این اشیاء به عنوان چهره های فضایی به دست می دهد. اگر انعکاس هر گونه جزئیات در نقاشی بسیار مهم است، جزئیات شیء، بخش های اضافی، برش ها و غیره مورد نیاز است. با توجه به این که طرح، به طور معمول، با اشیاء فضایی سروکار دارد، به تصویر کشیدن آنها در نقاشی همیشه به نظر نمی رسد. یک امر ساده باشد .

هنگام طراحی یک شی با استفاده از رایانه، اخیراً رویکردی مبتنی بر ایجاد نمایش‌های هندسی سه‌بعدی - مدل‌ها - ایجاد شده است.

مدل‌سازی هندسی به ایجاد مدل‌هایی از اجسام هندسی که حاوی اطلاعاتی درباره هندسه شیء هستند، اشاره دارد. مدل یک شی هندسی معمولاً به عنوان مجموعه ای از اطلاعات درک می شود که به طور منحصر به فرد شکل آن را تعیین می کند. برای مثال، یک نقطه باید با دو مختصات (مدل دو بعدی) یا سه (مدل سه بعدی) نشان داده شود. دایره - مختصات مرکز و شعاع و غیره. یک مدل هندسی سه بعدی، ذخیره شده در حافظه کامپیوتر، ایده نسبتاً جامع (در حد اهمیت فوق العاده) از شی مدل شده را ارائه می دهد. این مدل معمولا مجازی یا دیجیتال نامیده می شود.

در مدل‌سازی سه‌بعدی، نقشه نقش پشتیبانی را ایفا می‌کند و روش‌های ایجاد آن بر اساس روش‌های گرافیک کامپیوتری و روش‌های نمایش مدل فضایی است. با این رویکرد می توان از مدل هندسی یک جسم نه تنها برای ایجاد یک تصویر گرافیکی، بلکه برای محاسبه برخی از ویژگی های آن مانند جرم، حجم، ممان اینرسی و غیره و همچنین برای استحکام، استفاده کرد. محاسبات حرارتی و سایر محاسبات

فناوری مدل سازی سه بعدی به شرح زیر است:

· طراحی و ایجاد یک قاب مجازی (اسکلت) از یک شی که به طور کامل با شکل واقعی آن مطابقت دارد.

· طراحی و ایجاد مواد مجازی، خواص فیزیکی تجسم شبیه به واقعی است.

· تخصیص مواد به قسمت های مختلف سطح یک شی (طراحی بافت بر روی یک شی).

تنظیم پارامترهای فیزیکی فضایی که جسم در آن کار می کند - تنظیم نور، گرانش، ویژگی های جوی، ویژگی های اجسام و سطوح در حال تعامل، تنظیم مسیر حرکت اشیا.

· محاسبه توالی حاصل از فریم ها.

· اعمال جلوه های سطحی به فیلم انیمیشن نهایی.

مدل.برای نمایش اشیاء سه بعدی بر روی صفحه نمایشگر، یک سری فرآیندها (معمولاً خط لوله نامیده می شود) مورد نیاز است و به دنبال آن نتیجه به شکل دو بعدی ترجمه می شود. در ابتدا، یک شی به صورت مجموعه ای از نقاط یا مختصات در فضای سه بعدی نشان داده می شود. یک سیستم مختصات سه بعدی با سه محور تعریف می شود: افقی، عمودی و عمق، که معمولاً به ترتیب محورهای X، Y و Z نامیده می شوند. شی باید یک خانه، یک شخص، یک ماشین، یک هواپیما یا یک جهان سه بعدی کامل باشد. و مختصات موقعیت رئوس (نقاط گره) را تعیین می کنند که یک جسم از آنها در فضا تشکیل شده است. با اتصال رئوس یک جسم با خطوط، یک مدل Wireframe به دست می‌آوریم که به این دلیل نامیده می‌شود زیرا فقط لبه‌های سطوح یک جسم سه‌بعدی قابل مشاهده است. یک مدل Wireframe نواحی تشکیل دهنده سطح یک جسم را که با رنگ، بافت پر شده و توسط پرتوهای نور روشن می شود، تعریف می کند.

انواع گرافیک سه بعدیانواع زیر از گرافیک سه بعدی وجود دارد: چند ضلعی، تحلیلی، فراکتال، اسپلاین.

گرافیک های چند ضلعی رایج ترین هستند. این در درجه اول با سرعت بالای پردازش آن توضیح داده می شود. هر شیء گرافیکی چند ضلعی با مجموعه ای از چند ضلعی ها تعریف می شود. چند ضلعی یک چند ضلعی مسطح است. ساده ترین گزینه چند ضلعی های مثلثی است، زیرا همانطور که می دانید، یک صفحه را می توان از هر سه نقطه در فضا رسم کرد. هر چند ضلعی با مجموعه ای از نقاط تعریف می شود. یک نقطه با سه مختصات مشخص می شود - X، Y، Z. بنابراین، می توانید یک شی 3 بعدی را به عنوان یک آرایه یا ساختار تعریف کنید.

گرافیک تحلیلی اساساً شامل این واقعیت است که اشیاء به صورت تحلیلی، یعنی با فرمول ها مشخص می شوند. به عنوان مثال: یک توپ با شعاع r با مرکز در نقطه (x 0، y 0، z 0) با فرمول (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2 توصیف می شود. با ترکیب فرمول های مختلف با یکدیگر، می توانید اشیایی با اشکال پیچیده بدست آورید. اما کل مشکل در یافتن فرمول برای شی مورد نیاز است.

راه دیگر برای ایجاد اشیاء تحلیلی، ایجاد بدنه های انقلاب است. بنابراین، با چرخاندن یک دایره حول یک محور خاص، می توانید یک چنبره به دست آورید، و با چرخش همزمان یک بیضی بسیار کشیده حول محورهای خود و خارجی، می توانید یک چنبره موجدار نسبتاً زیبا به دست آورید.

گرافیک فراکتال مبتنی بر مفهوم فراکتال - خود شباهت است. هنگامی که بخش های بزرگ شده جسم شبیه خود شیء و یکدیگر باشند، به یک شیء خود شباهت گفته می شود. زمین متعلق به طبقه "خود مشابه" است. بنابراین لبه دندانه دار یک سنگ شکسته مانند یک رشته کوه در افق به نظر می رسد. گرافیک فراکتال مانند گرافیک برداری بر اساس محاسبات ریاضی است. عنصر اصلی گرافیک فراکتال یک فرمول ریاضی است؛ بنابراین، هیچ جسمی در حافظه رایانه ذخیره نمی شود و تصویر منحصراً با استفاده از معادلات ساخته می شود.

به این ترتیب، هم ساده ترین سازه های منظم و هم تصاویر پیچیده ای که از مناظر طبیعی و اشیاء سه بعدی تقلید می کنند ساخته می شوند. الگوریتم های فراکتال می توانند تصاویر سه بعدی باورنکردنی ایجاد کنند.

گرافیک Spline بر اساس مفهوم spline است. واژه spline از واژه انگلیسی spline گرفته شده است. این نام رایج برای نوار انعطاف پذیر فولادی است که با آن نقشه کش ها منحنی های صاف را در نقاط داده شده می کشند. در روزگاران قدیم، روش مشابهی از خطوط صاف بدنه های مختلف (بدنه کشتی، بدنه ماشین) در عمل مهندسی مکانیک رایج بود. در نتیجه، شکل بدنه با استفاده از مجموعه‌ای از بخش‌های میدان بسیار دقیق ساخته شد. ظهور کامپیوترها این امکان را فراهم کرد که از این روش پلازا-الگو به روشی موثرتر برای تعریف سطح یک بدنه ساده حرکت کنیم. ریشه این رویکرد برای توصیف سطوح، استفاده از فرمول های نسبتا ساده ای است که امکان بازتولید ظاهر یک محصول را با دقت بسیار مهمی فراهم می کند.

هنگام مدل‌سازی با اسپلاین‌ها، بیشتر از روش‌های B-Splines منطقی دو مکعبی روی یک شبکه غیریکنواخت (NURBS) استفاده می‌شود. ظاهر سطح توسط شبکه ای از نقاط مرجع واقع در فضا تعیین می شود. به هر نقطه یک ضریب اختصاص داده می شود که مقدار آن میزان تأثیر آن را در قسمتی از سطح که از نزدیک نقطه عبور می کند تعیین می کند. شکل و "صافی" سطح به موقعیت نسبی نقاط و بزرگی ضرایب بستگی دارد.

تغییر شکل جسم با حرکت دادن نقاط کنترل تضمین می شود. روش دیگر مش تغییر شکل نام دارد. یک توری سه بعدی در اطراف یک جسم یا قسمتی از آن قرار می گیرد که حرکت هر نقطه از آن باعث تغییر شکل الاستیک هم خود مش و هم جسم احاطه شده می شود.

پس از تشکیل "اسکلت" یک جسم، پوشاندن سطح آن با مواد بسیار مهم است. تمام ویژگی‌های مختلف در مدل‌سازی رایانه‌ای به تجسم سطح، یعنی محاسبه ضریب شفافیت سطح و زاویه شکست پرتوهای نور در مرز ماده و فضای اطراف خلاصه می‌شود. برای ساخت سطوح مواد، از پنج مدل فیزیکی اساسی استفاده می شود:

· Bouknight - سطح با بازتاب منتشر بدون تابش خیره کننده (به عنوان مثال، پلاستیک مات).

· فونگ - سطحی با ریزسطحهای ساختار یافته (به عنوان مثال، فلز).

· Blinn - سطحی با توزیع ویژه ریز زبری، با در نظر گرفتن همپوشانی متقابل (به عنوان مثال، براق).

· Whitted - مدلی که به شما امکان می دهد قطبش نور را نیز در نظر بگیرید.

· هال - مدلی که به شما امکان می دهد جهت انعکاس و پارامترهای شکست نور را تنظیم کنید.

رنگ آمیزی سطح با استفاده از روش های Gouraud یا Phong انجام می شود. در حالت اول، رنگ اولیه در رأس آن محاسبه می شود و سپس به صورت خطی در امتداد سطح درون یابی می شود. در حالت دوم، یک نرمال به جسم به عنوان یک کل ساخته می شود، بردار آن در امتداد سطح اجزای اولیه درون یابی می شود و روشنایی برای هر نقطه محاسبه می شود.

نوری که از یک سطح در یک نقطه خاص به سمت ناظر خارج می شود، مجموع اجزای آن ضرب در یک عامل مرتبط با ماده و رنگ سطح در آن نقطه است. این اجزا عبارتند از:

· نوری که از پشت سطح می آید، یعنی نور شکسته (شکسته)؛

· نور به طور مساوی توسط سطح پراکنده شده (Diffuse)؛

· نور منعکس شده خاص (بازتاب شده).

تابش خیره کننده، یعنی نور منعکس شده از منابع (Specular)؛

· خود روشنایی سطح.

خواص سطح در آرایه های بافت تولید شده (2 بعدی یا 3 بعدی) توضیح داده شده است. با این حال، آرایه حاوی داده هایی در مورد میزان شفافیت مواد است. ضریب شکست؛ ضرایب جابجایی اجزا (لیست آنها در بالا آورده شده است). رنگ در هر نقطه، رنگ برجسته، عرض و وضوح آن. رنگ نور پراکنده (پس زمینه)؛ انحرافات محلی بردارها از حالت عادی (یعنی زبری سطح در نظر گرفته می شود).

مرحله بعدی اعمال ("طراحی") بافت ها در مناطق خاصی از قاب شی است. در این مورد، در نظر گرفتن تأثیر متقابل آنها در مرزهای اولیه بسیار مهم است. طراحی مواد برای یک شی کار دشواری برای رسمی کردن است؛ این شبیه به فرآیند هنری است و حداقل حداقل توانایی های خلاقانه را از مجری می طلبد.

از بین تمام پارامترهای فضایی که شی ایجاد شده در آن عمل می کند، از نقطه نظر تجسم مهمترین آن تعریف منبع نور است. در گرافیک سه بعدی استفاده از معادل های مجازی منابع فیزیکی رایج است:

· نور محلول (Ambitnt Light) که آنالوگ پس زمینه نور یکنواخت است. هیچ پارامتر هندسی ندارد و فقط با رنگ و شدت مشخص می شود.

· منبع غیر نقطه ای دور را نور دور می گویند. به آن پارامترهای خاص (مختصات) اختصاص داده شده است. مشابه آن در طبیعت خورشید است.

· یک منبع نور نقطه ای نور را به طور یکنواخت در همه جهات ساطع می کند و همچنین دارای مختصاتی است. یک آنالوگ در فناوری یک لامپ الکتریکی است.

· یک منبع نور جهت دار (Direct Light Source)، علاوه بر موقعیت مکانی آن، با جهت شار نور، زوایای مخروط کامل نور و درخشان ترین نقطه آن مشخص می شود. یک آنالوگ در فناوری یک مرکز توجه است.

فرآیند محاسبه تصاویر واقعی را رندر (تجسم) می گویند. اکثر برنامه های رندر مدرن مبتنی بر ردیابی اشعه معکوس هستند. ماهیت آن به شرح زیر است:

· از نقطه رصد صحنه، یک پرتو مجازی در طول مسیر حرکت به فضا فرستاده می شود که تصویر باید به نقطه مشاهده برسد.

· برای تعیین پارامترهای پرتو ورودی، تمام اشیاء در صحنه از نظر تقاطع با مسیر مشاهده بررسی می شوند. اگر سرکوب اتفاق نیفتد، در نظر گرفته می‌شود که پرتو به پس‌زمینه صحنه برخورد کرده است و اطلاعات دریافتی توسط پارامترهای پس‌زمینه تعیین می‌شود. اگر مسیر با جسمی قطع شود، در نقطه تماس، نوری که به نقطه مشاهده می رود مطابق با پارامترهای ماده محاسبه می شود.

پس از تکمیل طراحی و تجسم جسم، آنها شروع به "احیای" آن می کنند، یعنی پارامترهای حرکت را تنظیم می کنند. انیمیشن کامپیوتری بر اساس فریم های کلیدی است. در فریم اول، جسم در موقعیت اصلی خود قرار می گیرد. پس از یک فاصله زمانی معین (مثلاً در فریم هشتم)، موقعیت جدیدی از جسم تنظیم می شود و به همین ترتیب تا موقعیت نهایی ادامه می یابد. موقعیت های متوسط ​​توسط برنامه با استفاده از یک الگوریتم خاص محاسبه می شود. در این مورد، نه تنها یک تقریب خطی رخ می دهد، بلکه یک تغییر آرام در موقعیت نقاط مرجع شی مطابق با شرایط مشخص شده رخ می دهد. این شرایط توسط سلسله مراتب اجسام (به عنوان مثال، قوانین تعامل آنها با یکدیگر)، سطوح مجاز حرکت، حداکثر زاویه چرخش، مقادیر شتاب و سرعت تعیین می شود.

این رویکرد را روش سینماتیک معکوس حرکت می نامند. هنگام مدل سازی دستگاه های مکانیکی به خوبی کار می کند. در مورد تقلید از اجسام زنده از مدل های به اصطلاح اسکلتی استفاده می شود. یعنی یک قاب مشخص ایجاد می شود که در نقاط مشخصه شیء مدل سازی شده قابل حرکت است. حرکت نقاط با استفاده از روش قبلی محاسبه می شود.

روش مدل‌سازی هندسی سه‌بعدی در بسیاری از محصولات نرم‌افزاری از جمله پیاده‌سازی می‌شود. موارد محبوبی مانند AutoCAD و ArchiCAD.

گرافیک سه بعدی - مفهوم و انواع. طبقه بندی و ویژگی های رده "گرافیک سه بعدی" 2017، 2018.

گرافیک کامپیوتری- علمی که روش ها و روش های ایجاد، تشکیل، ذخیره و پردازش تصاویر را با استفاده از سیستم های محاسباتی نرم افزاری و سخت افزاری مطالعه می کند.

گرافیک سه بعدی (گرافیک سه بعدی) -بخش گرافیک کامپیوتری، مجموعه ای از تکنیک ها و ابزارهای نرم افزاری و سخت افزاری است که برای نمایش فضایی اشیا در یک سیستم مختصات سه بعدی طراحی شده است.

مدل -یک شی که منعکس کننده ویژگی های اساسی شی، پدیده یا فرآیند مورد مطالعه است.

مدل سازی سه بعدی -مطالعه یک شی، پدیده یا فرآیند با ساخت و مطالعه مدل آن.

ویرایشگرهای گرافیک سه بعدی- برنامه ها و بسته های نرم افزاری طراحی شده برای مدل سازی سه بعدی.

مش چند ضلعی -مجموعه ای از رئوس، لبه ها، وجه ها که شکل یک جسم چند وجهی را در گرافیک سه بعدی تعیین می کند.

چند ضلعی- کوچکترین عنصر یک شبکه چند ضلعی، می تواند یک مثلث، چهار ضلعی یا چند ضلعی محدب ساده دیگر باشد.

اسپلاین- یک شی هندسی دو بعدی که می تواند به عنوان پایه ای برای ساخت اجسام سه بعدی باشد.

موتور گرافیکی ("ویژوالایزر"؛ گاهی اوقات "رندر")- زیربرنامه ای که وظیفه اصلی آن تجسم (رندر) گرافیک کامپیوتری دو بعدی یا سه بعدی است.

روش های ایجاد اشیاء سه بعدی

اشیاء در دنیای واقعی با توجه به شکل آنها به ساده و پیچیده تقسیم می شوند. یک مثال از یک شی ساده یک آجر است و یک جسم پیچیده یک ماشین است. برای هر شی در دنیای واقعی، صرف نظر از پیچیدگی و ماهیت آن، می توانید یک مدل سه بعدی ایجاد کنید. روش های مختلفی برای مدل سازی سه بعدی وجود دارد:

· مدل سازی بر اساس اصول اولیه.

· مدل سازی اسپلاین.

· استفاده از اصلاح کننده ها.

· مدل سازی با استفاده از سطوح قابل ویرایش: مش قابل ویرایش(سطح قابل ویرایش)، پلی قابل ویرایش(سطح چند ضلعی قابل ویرایش)، پچ قابل ویرایش

ایجاد اشیاء با استفاده از عملیات بولی.

· ایجاد صحنه های سه بعدی با استفاده از ذرات.

· NURBS-مدل سازی (مدل سازی بر اساس B-splines غیرمنطقی ناهمگن).

هنگام ایجاد یک شی در صحنه، باید ویژگی های هندسه آن را در نظر گرفت. به عنوان یک قاعده، یک شیء مشابه را می توان به چندین روش مدل سازی کرد، اما همیشه روشی وجود دارد که راحت ترین باشد و زمان کمتری را مصرف کند.

در این پایان نامه، اشیا برای یک سیستم تعاملی ایجاد می شوند که محدودیت هایی را بر پیچیدگی آنها اعمال می کند. شما نمی توانید اشیاء واقعی نوری (اشیاء چند ضلعی بالا) ایجاد کنید، زیرا آنها به منابع رایانه ای زیادی نیاز دارند که برنامه نهایی بر روی آنها راه اندازی می شود، و همچنین، هر چه تعداد اشیاء در صحنه بیشتر باشد، بار روی موتور گرافیکی بیشتر می شود. هنگام کار بر روی اشیاء سه بعدی برای سیستم های تعاملی، این محدودیت ها باید در نظر گرفته شود و لازم است اشیایی ایجاد شود که تا حد امکان بهینه شده باشند، اما کیفیت ظاهری آنها به خطر نیفتد. تعادل بین کیفیت و پیچیدگی بهینه یکی از مشکلات اصلی هنگام ایجاد اشیاء برای سیستم های تعاملی است.

مدلسازی مبتنی بر بدوی

از این روش در مواردی استفاده می شود که امکان شکستن ذهنی یک شی به چند نمونه اولیه ساده متصل به یکدیگر وجود دارد. باید تفکر فضایی خوبی داشت، مدام جسم، تمام جزئیات اصلی آن و موقعیت آنها نسبت به یکدیگر را تصور کرد. با استفاده از ابتدایی‌ها، می‌توانید تقریباً هر شی را به تصویر بکشید، اما هنگام مدل‌سازی اشیاء پیچیده، پس از تعداد معینی از موارد اولیه، استفاده از این روش نامناسب است.

برنج. 1.

فرآیند ایجاد اشیاء بر اساس اولیه را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد:

· تقسیم ذهنی شی اصلی به بدوی.

· ایجاد بدوی.

· چیدمان اولیه ها نسبت به یکدیگر با توجه به شکل شی ایجاد شده.

· تنظیم اندازه های اولیه.

· بافت سازی، یعنی کاربرد مواد.

زمانی که اجسام نسبتاً ساده را به تصویر می‌کشند بهتر است از نمونه‌های اولیه استفاده شود. استفاده از آنها برای نمایش اشیاء پیچیده نامطلوب است.

مدل سازی اسپلاین

یکی از روش های موثر برای ایجاد مدل های سه بعدی. ایجاد مدل با استفاده از اسپلاین به ساخت یک قاب اسپلاین ختم می شود که بر اساس آن یک سطح هندسی سه بعدی ایجاد می شود.

اکثر ویرایشگرهای گرافیکی سه بعدی قابلیت Sline Modeling را دارند و ابزارهای این برنامه ها شامل شکل های زیر می باشد:

برنج. 2.

· خط (خط)؛

· دایره (دایره);

· قوس (قوس)؛

· Ngon (چند ضلعی)؛

· متن (Tex);

· بخش

· مستطیل (مستطیل);

· بیضی (بیضی);

· دونات (حلقه)؛

· ستاره (چند ضلعی به شکل ستاره)؛

· مارپیچ (مارپیچ)

· تخم مرغ (تخم مرغ).

به طور پیش فرض، spline primitives در مرحله رندر نمایش داده نمی شوند و به عنوان اشیاء کمکی استفاده می شوند، اما در صورت لزوم می توان آنها را رندر کرد.

با استفاده از شکل های اسپلاین، می توانید اشیاء سه بعدی هندسی پیچیده ایجاد کنید. این روش اغلب هنگام مدل‌سازی اجسام متقارن، با چرخاندن نیمرخ اسپلاین حول یک محور خاص، و همچنین اجسام نامتقارن، با افزودن حجم به بخش شکل اسپلاین انتخاب شده، استفاده می‌شود.

استفاده از Modifiers

اصلاح کننده یک عملیات ویژه است که می تواند روی یک شی اعمال شود و در نتیجه ویژگی های شی تغییر می کند. همه ویرایشگرهای گرافیک سه بعدی دارای تعداد زیادی اصلاح کننده هستند که به روش های مختلف روی شی تأثیر می گذارند، به عنوان مثال، خم کردن، کشش، صاف کردن یا چرخاندن آن. اصلاح کننده ها همچنین می توانند برای کنترل موقعیت یک بافت روی یک شی یا تغییر خصوصیات فیزیکی آن استفاده شوند.

برنج. 3.

در محصولات حرفه ای با امکانات کامل برای سه بعدیمثلا مدلسازی "Autodesk 3ds Max"می توان به سرعت به تنظیمات یک شی و اصلاح کننده های اعمال شده روی آن رفت، اقدامات اصلاح کننده ها را غیرفعال یا فعال کرد و همچنین ترتیب تأثیر آنها را بر روی شی تغییر داد.

مدلسازی با سطوح قابل ویرایش

روش متداول برای ایجاد سه بعدیمدل ها. اکثر ویرایشگرهای گرافیک سه بعدی مدرن به شما امکان می دهند با انواع سطوح قابل ویرایش زیر کار کنید:

· مش قابل ویرایش(سطح قابل ویرایش)؛

· پلی قابل ویرایش(سطح چند ضلعی قابل ویرایش);

· پچ قابل ویرایش(سطح پچ قابل ویرایش)؛

همه روش‌های ذکر شده برای ساخت سطوح مشابه یکدیگر هستند و تفاوت‌ها در تنظیمات مدل‌سازی در سطح فرعی است. در اشیاء از نوع پلی قابل ویرایشمدل متشکل از چند ضلعی، در مش قابل ویرایش- از صورت های مثلثی، و در پچ قابل ویرایش- از تکه هایی به شکل مثلث یا چهار گوش که توسط خطوط Bezier ایجاد می شود.

برنج. 4.

نمونه ای از بسته نرم افزاری که دارای قابلیت مدل سازی با استفاده از سطوح قابل ویرایش می باشد می باشد "Autodesk 3ds Max".هنگام کار با اشیاء از نوع پلی قابل ویرایش، کاربر این امکان را دارد که رئوس را ویرایش کند ( راس)، دنده ( حاشیه، غیرمتمرکز)، مرز ها ( مرز، چند ضلعی ( چند ضلعی) و عناصر ( عنصر) از شی ویرایش شده. قابلیت های ویرایش اشیاء مش قابل ویرایش با توانایی تغییر چهره متمایز می شود ( صورت) و عدم وجود حالت ویرایش حاشیه. برای کار با پچ قابل ویرایشمی توانید از حالت های ویرایش برای رئوس، لبه ها، وصله ها استفاده کنید ( پچعناصر و بردارها ( رسیدگی).

برنج. 5. قابلیت ویرایش سطح پلی قابل ویرایشمثلا "Autodesk 3ds Max"

شایان ذکر است که "پلی قابل ویرایش"- رایج ترین روش مدل سازی که برای ایجاد مدل های پیچیده و مدل های کم پلی برای سیستم های تعاملی استفاده می شود.

ایجاد اشیا با استفاده از عملیات بولی

یکی از راحت‌ترین و سریع‌ترین راه‌ها برای مدل‌سازی، ایجاد است سه بعدیاشیاء با استفاده از عملیات بولی ماهیت این روش این است که وقتی دو شیء تلاقی می کنند، می توانید سومی را بدست آورید که نتیجه جمع خواهد بود ( اتحاد. اتصال)، منها کردن ( منها کردن) یا تقاطع ها ( تقاطع) اشیاء اصلی.

برنج. 6. استفاده از عملیات بولی تفریق

این روش برای کار با عناصر معماری و فنی مناسب است، اما هنگام کار با اشیاء ارگانیک مانند افراد، حیوانات و گیاهان توصیه نمی شود.

با وجود رواج عملیات بولی، آنها دارای معایبی هستند که منجر به خطا در ساخت مدل حاصل می شود (تحریف نسبت ها و شکل اشیاء اصلی). به همین دلیل، بسیاری از کاربران از ماژول های اضافی برای جلوگیری از خطا در هندسه اشیاء نهایی استفاده می کنند.

با استفاده از ذرات صحنه های سه بعدی ایجاد کنید

سیستم ذرات - روش نمایش سه بعدیاجسامی که مرزهای هندسی مشخصی ندارند. برای ایجاد پدیده های طبیعی مانند ابر، مه، باران، برف استفاده می شود. ابزارهای متحرک سازی خواص سیستم های ذرات موجود در محصولات نرم افزاری قدرتمند، می تواند به طور قابل توجهی ایجاد پدیده های جوی مختلف و جلوه های ویژه را ساده کند که دستیابی به آنها با استفاده از روش های غیر رویه ای غیرعملی و بی اثر خواهد بود. یک سیستم ذرات از تعداد ثابت یا دلخواه ذرات تشکیل شده است. هر ذره به عنوان یک نقطه مادی با ویژگی هایی مانند سرعت، رنگ، جهت گیری در فضا، سرعت زاویه ای و موارد دیگر نشان داده می شود. در طول اجرای برنامه مدلسازی ذرات، هر ذره طبق قانون مشخصی که در همه ذرات سیستم مشترک است، حالت خود را تغییر می دهد. شایان ذکر است که یک ذره می تواند تحت تأثیر گرانش قرار گیرد و اندازه، رنگ و سرعت را تغییر دهد. پس از انجام محاسبات لازم، ذره تجسم می شود. یک ذره را می توان به صورت نقطه، مثلث، اسپرایت یا حتی یک مدل کامل سه بعدی ارائه کرد. ذرات اغلب دارای حداکثر طول عمر هستند و پس از آن ذره ناپدید می شود.

برنج. 7.

مدل‌سازی سیستم‌های ذرات نیاز به عملکرد بالای رایانه دارد. که در سه بعدیبه طور کلی فرض بر این است که ذرات بر روی یکدیگر یا بر روی هندسه اطراف سایه نمی اندازند و نور را جذب نمی کنند بلکه ساطع می کنند، در غیر این صورت سیستم های ذرات به دلیل تعداد زیاد محاسبات اضافی به منابع بیشتری نیاز خواهند داشت: برای جذب نور، مرتب سازی ذرات با توجه به فاصله آنها از دوربین انجام می شود و در مورد سایه ها، هر ذره باید چندین بار رسم شود.

مدل سازی NURBS

NURBS (غیر یکنواخت جیره B-spline) - یک فرم ریاضی که در گرافیک کامپیوتری برای تولید و نمایش منحنی ها و سطوح استفاده می شود. NURBS- منحنی ها همیشه شکل صافی دارند. اغلب از این روش برای مدل سازی اشیاء ارگانیک و متحرک سازی چهره شخصیت ها استفاده می شود. این سخت ترین روش برای تسلط، اما در عین حال قابل تنظیم ترین است. موجود در بسته های حرفه ای سه بعدیمدل سازی، اغلب این با گنجاندن در این برنامه ها اجرا می شود NURB-موتور گرافیکی توسعه یافته توسط یک شرکت تخصصی.

برنج. 8. NURB- منحنی

گرافیک سه بعدی کاربرد گسترده ای در زمینه هایی مانند محاسبات علمی، طراحی مهندسی و مدل سازی کامپیوتری اشیاء فیزیکی پیدا کرده است.

به تصویر کشیدن یک شکل مسطح در نقاشی کار چندان دشواری نیست، زیرا یک مدل هندسی دو بعدی شباهتی به شکل به تصویر کشیده شده است که آن هم دو بعدی است.

اجسام هندسی سه بعدی در نقاشی به عنوان مجموعه ای از پیش بینی ها بر روی سطوح مختلف به تصویر کشیده شده اند که فقط درک متعارف تقریبی از این اشیاء به عنوان چهره های فضایی به دست می دهد. در صورتی که نیاز به انعکاس هر گونه جزییات، جزئیات شیء، بخش های اضافی، برش ها و غیره در نقاشی باشد، لازم است. با توجه به اینکه طرح معمولاً با اجسام فضایی سروکار دارد، به نظر نمی رسد همیشه به تصویر کشیده شود. یک موضوع ساده باشد

هنگام طراحی یک شی با استفاده از کامپیوتر، اخیراً رویکردی مبتنی بر ایجاد نمایش‌های هندسی سه‌بعدی - مدل‌ها - ایجاد شده است.

مدل‌سازی هندسی به ایجاد مدل‌هایی از اجسام هندسی که حاوی اطلاعاتی درباره هندسه شیء هستند، اشاره دارد. مدل یک شی هندسی به عنوان مجموعه ای از اطلاعات درک می شود که به طور منحصر به فرد شکل آن را تعیین می کند. برای مثال، یک نقطه را می توان با دو مختصات (مدل دو بعدی) یا سه (مدل سه بعدی) نشان داد. دایره - مختصات مرکز و شعاع و غیره. یک مدل هندسی سه بعدی که در حافظه رایانه ذخیره می شود، ایده نسبتاً جامع (در حد لازم) از شی مدل شده ارائه می دهد. این مدل مجازی یا دیجیتال نامیده می شود.

در مدل‌سازی سه‌بعدی، نقشه نقش پشتیبانی را ایفا می‌کند و روش‌های ایجاد آن بر اساس روش‌های گرافیک کامپیوتری و روش‌های نمایش مدل فضایی است. با این رویکرد می توان از مدل هندسی یک جسم نه تنها برای ایجاد یک تصویر گرافیکی، بلکه برای محاسبه برخی از ویژگی های آن مانند جرم، حجم، ممان اینرسی و غیره و همچنین برای استحکام، استفاده کرد. محاسبات حرارتی و سایر محاسبات

فناوری مدل سازی سه بعدی به شرح زیر است:

· طراحی و ایجاد یک قاب مجازی ("اسکلت") از یک شی که بیشتر با شکل واقعی آن مطابقت دارد.

· طراحی و ایجاد مواد مجازی، خواص فیزیکی تجسم شبیه به واقعی است.

· تخصیص مواد به قسمت های مختلف سطح یک شی (طراحی بافت بر روی یک شی).

تنظیم پارامترهای فیزیکی فضایی که جسم در آن کار می کند - تنظیم نور، گرانش، ویژگی های جوی، ویژگی های اجسام و سطوح در حال تعامل، تنظیم مسیر حرکت اشیا.

· محاسبه توالی حاصل از فریم ها.

· اعمال جلوه های سطحی به فیلم انیمیشن نهایی.

مدل.برای نمایش اشیاء سه بعدی بر روی صفحه نمایشگر، یک سری فرآیندها (معمولاً خط لوله نامیده می شود) مورد نیاز است و به دنبال آن نتیجه به شکل دو بعدی ترجمه می شود. در ابتدا، یک شی به صورت مجموعه ای از نقاط یا مختصات در فضای سه بعدی نشان داده می شود. یک سیستم مختصات سه بعدی با سه محور تعریف می شود: افقی، عمودی و عمق، که معمولاً به ترتیب محورهای X، Y و Z نامیده می شوند. یک شی می تواند یک خانه، یک شخص، یک ماشین، یک هواپیما یا یک جهان سه بعدی کامل باشد. و مختصات موقعیت رئوس (نقاط گره) را تعیین می کنند که یک جسم از آنها در فضا تشکیل شده است. با اتصال رئوس یک جسم با خطوط، یک مدل Wireframe به دست می‌آوریم که به این دلیل نامیده می‌شود زیرا فقط لبه‌های سطوح یک جسم سه‌بعدی قابل مشاهده است. مدل Wireframe مناطقی را که سطح یک شی را تشکیل می‌دهند، مشخص می‌کند که می‌توان آن را با رنگ، بافت و پرتوهای نور روشن کرد.

انواع گرافیک سه بعدیانواع زیر از گرافیک سه بعدی وجود دارد: چند ضلعی، تحلیلی، فراکتال، اسپلاین.

گرافیک های چند ضلعی رایج ترین هستند. این در درجه اول با سرعت بالای پردازش آن توضیح داده می شود. هر شیء گرافیکی چند ضلعی با مجموعه ای از چند ضلعی ها تعریف می شود. چند ضلعی یک چند ضلعی مسطح است. ساده ترین گزینه چند ضلعی های مثلثی است، زیرا همانطور که می دانید، یک صفحه را می توان از هر سه نقطه در فضا رسم کرد. هر چند ضلعی با مجموعه ای از نقاط تعریف می شود. یک نقطه با سه مختصات مشخص می شود - X، Y، Z. بنابراین، می توانید یک شی 3 بعدی را به عنوان یک آرایه یا ساختار تعریف کنید.

گرافیک تحلیلی این است که اشیاء به صورت تحلیلی، یعنی با فرمول ها مشخص می شوند. به عنوان مثال: یک توپ با شعاع r با مرکز در نقطه (x 0، y 0، z 0) با فرمول (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2 توصیف می شود. با ترکیب فرمول های مختلف با یکدیگر، می توانید اشیایی با اشکال پیچیده بدست آورید. اما کل مشکل در یافتن فرمول برای شی مورد نیاز است.

راه دیگر برای ایجاد اشیاء تحلیلی، ایجاد بدنه های انقلاب است. بنابراین، با چرخاندن یک دایره حول یک محور خاص، می توانید یک چنبره به دست آورید، و با چرخش همزمان یک بیضی بسیار کشیده حول محورهای خود و خارجی، می توانید یک چنبره موجدار نسبتاً زیبا به دست آورید.

گرافیک فراکتال مبتنی بر مفهوم فراکتال - خود شباهت است. هنگامی که بخش های بزرگ شده جسم شبیه خود شیء و یکدیگر باشند، به یک شیء خود شباهت گفته می شود. کلاس "خود مشابه" شامل زمین است. بنابراین لبه دندانه دار یک سنگ شکسته مانند یک رشته کوه در افق به نظر می رسد. گرافیک فراکتال مانند گرافیک برداری بر اساس محاسبات ریاضی است. عنصر اصلی گرافیک فراکتال یک فرمول ریاضی است، بنابراین هیچ جسمی در حافظه کامپیوتر ذخیره نمی شود و تصویر صرفاً بر اساس معادلات ساخته می شود.

به این ترتیب، هم ساده ترین سازه های منظم و هم تصاویر پیچیده ای که از مناظر طبیعی و اشیاء سه بعدی تقلید می کنند ساخته می شوند. الگوریتم های فراکتال می توانند تصاویر سه بعدی باورنکردنی ایجاد کنند.

گرافیک Spline بر اساس مفهوم spline است. واژه spline از واژه انگلیسی spline گرفته شده است. این نام یک نوار انعطاف پذیر از فولاد است که نقشه کش ها با آن منحنی های صاف را در نقاط داده شده می کشند. در روزگاران قدیم، روش مشابهی از خطوط صاف بدنه های مختلف (بدنه کشتی، بدنه ماشین) در عمل مهندسی مکانیک رایج بود. در نتیجه، شکل بدنه با استفاده از مجموعه‌ای از بخش‌های میدان بسیار دقیق ساخته شد. ظهور کامپیوترها این امکان را فراهم کرد که از این روش پلازا-الگو به روشی موثرتر برای تعریف سطح یک بدنه ساده حرکت کنیم. این رویکرد برای توصیف سطوح مبتنی بر استفاده از فرمول های نسبتاً ساده ای است که امکان بازتولید ظاهر یک محصول را با دقت لازم فراهم می کند.

هنگام مدل‌سازی با اسپلاین‌ها، روشی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، اسپلاین‌های دو مکعبی منطقی B روی یک شبکه غیریکنواخت (NURBS) است. ظاهر سطح توسط شبکه ای از نقاط مرجع واقع در فضا تعیین می شود. به هر نقطه یک ضریب اختصاص داده می شود که مقدار آن میزان تأثیر آن را در قسمتی از سطح که از نزدیک نقطه عبور می کند تعیین می کند. شکل و "صافی" سطح به موقعیت نسبی نقاط و بزرگی ضرایب بستگی دارد.

تغییر شکل جسم با حرکت دادن نقاط کنترل تضمین می شود. روش دیگر مش تغییر شکل نام دارد. یک توری سه بعدی در اطراف یک جسم یا قسمتی از آن قرار می گیرد که حرکت هر نقطه از آن باعث تغییر شکل الاستیک هم خود مش و هم جسم احاطه شده می شود.

پس از تشکیل "اسکلت" جسم، لازم است سطح آن را با مواد بپوشانید. تمام ویژگی‌های مختلف در مدل‌سازی رایانه‌ای به تجسم سطح، یعنی محاسبه ضریب شفافیت سطح و زاویه شکست پرتوهای نور در مرز ماده و فضای اطراف خلاصه می‌شود. برای ساخت سطوح مواد، از پنج مدل فیزیکی اصلی استفاده می شود:

· Bouknight - سطح با بازتاب منتشر بدون تابش خیره کننده (به عنوان مثال، پلاستیک مات).

· فونگ - سطحی با ریزسطحهای ساختار یافته (به عنوان مثال، فلز).

· Blinn - سطحی با توزیع ویژه ریز زبری با در نظر گرفتن همپوشانی متقابل (به عنوان مثال، براق).

· Whitted - مدلی که به شما امکان می دهد قطبش نور را نیز در نظر بگیرید.

· هال - مدلی که به شما امکان می دهد جهت انعکاس و پارامترهای شکست نور را تنظیم کنید.

رنگ آمیزی سطح با استفاده از روش های Gouraud یا Phong انجام می شود. در حالت اول، رنگ اولیه در رأس آن محاسبه می شود و سپس به صورت خطی در امتداد سطح درون یابی می شود. در حالت دوم، یک نرمال به جسم به عنوان یک کل ساخته می شود، بردار آن در امتداد سطح اجزای اولیه درون یابی می شود و روشنایی برای هر نقطه محاسبه می شود.

نوری که از یک سطح در یک نقطه خاص به سمت ناظر خارج می شود، مجموع اجزای آن ضرب در یک عامل مرتبط با ماده و رنگ سطح در آن نقطه است. این اجزا عبارتند از:

· نوری که از پشت سطح می آید، یعنی نور شکسته (شکسته)؛

· نور به طور مساوی توسط سطح پراکنده شده (Diffuse)؛

· نور منعکس شده خاص (بازتاب شده).

تابش خیره کننده، یعنی نور منعکس شده از منابع (Specular)؛

· خود روشنایی سطح.

خواص سطح در آرایه های بافت تولید شده (2 بعدی یا 3 بعدی) توضیح داده شده است. بنابراین، آرایه حاوی داده هایی در مورد میزان شفافیت مواد است. ضریب شکست؛ ضرایب جابجایی اجزا (لیست آنها در بالا آورده شده است). رنگ در هر نقطه، رنگ برجسته، عرض و وضوح آن. رنگ نور پراکنده (پس زمینه)؛ انحرافات محلی بردارها از حالت عادی (یعنی زبری سطح در نظر گرفته می شود).

مرحله بعدی اعمال ("طرح‌گذاری") بافت‌ها در قسمت‌های خاصی از قاب شی است. در این مورد، لازم است که تأثیر متقابل آنها را در مرزهای اولیه در نظر گرفت. طراحی مواد برای یک شی کار دشواری برای رسمی کردن است؛ این شبیه به فرآیند هنری است و حداقل حداقل توانایی های خلاقانه را از مجری می طلبد.

از بین تمام پارامترهای فضایی که شی ایجاد شده در آن عمل می کند، از نقطه نظر تجسم مهمترین آن تعریف منبع نور است. در گرافیک سه بعدی استفاده از معادل های مجازی منابع فیزیکی رایج است:

· نور محلول (Ambitnt Light) که آنالوگ پس زمینه نور یکنواخت است. هیچ پارامتر هندسی ندارد و فقط با رنگ و شدت مشخص می شود.

· منبع غیر نقطه ای دور را نور دور می گویند. به آن پارامترهای خاص (مختصات) اختصاص داده شده است. مشابه آن در طبیعت خورشید است.

· یک منبع نور نقطه ای نور را به طور یکنواخت در همه جهات ساطع می کند و همچنین دارای مختصاتی است. یک آنالوگ در فناوری یک لامپ الکتریکی است.

· یک منبع نور جهت دار (Direct Light Source)، علاوه بر موقعیت مکانی آن، با جهت شار نور، زوایای مخروط کامل نور و درخشان ترین نقطه آن مشخص می شود. یک آنالوگ در فناوری یک مرکز توجه است.

فرآیند محاسبه تصاویر واقعی را رندر (تجسم) می گویند. اکثر برنامه های رندر مدرن مبتنی بر ردیابی اشعه معکوس هستند. ماهیت آن به شرح زیر است:

· از نقطه رصد صحنه، یک پرتو مجازی در طول مسیر حرکت به فضا فرستاده می شود که تصویر باید به نقطه مشاهده برسد.

· برای تعیین پارامترهای پرتو ورودی، تمام اشیاء در صحنه از نظر تقاطع با مسیر مشاهده بررسی می شوند. اگر سرکوب اتفاق نیفتد، در نظر گرفته می‌شود که پرتو به پس‌زمینه صحنه برخورد کرده است و اطلاعات دریافتی توسط پارامترهای پس‌زمینه تعیین می‌شود. اگر مسیر با جسمی قطع شود، در نقطه تماس، نوری که به نقطه مشاهده می رود مطابق با پارامترهای ماده محاسبه می شود.

پس از تکمیل طراحی و تجسم جسم، آنها شروع به "احیای" آن می کنند، یعنی پارامترهای حرکت را تنظیم می کنند. انیمیشن کامپیوتری بر اساس فریم های کلیدی است. در فریم اول، جسم در موقعیت اصلی خود قرار می گیرد. پس از یک دوره معین (مثلاً در فریم هشتم) موقعیت جدیدی از جسم تنظیم می شود و به همین ترتیب تا موقعیت نهایی ادامه می یابد. موقعیت های متوسط ​​توسط برنامه با استفاده از یک الگوریتم خاص محاسبه می شود. در این مورد، نه تنها یک تقریب خطی رخ می دهد، بلکه یک تغییر آرام در موقعیت نقاط مرجع شی مطابق با شرایط مشخص شده رخ می دهد. این شرایط توسط سلسله مراتب اجسام (به عنوان مثال، قوانین تعامل آنها با یکدیگر)، سطوح مجاز حرکت، حداکثر زاویه چرخش، مقادیر شتاب و سرعت تعیین می شود.

این رویکرد را روش سینماتیک معکوس حرکت می نامند. هنگام مدل سازی دستگاه های مکانیکی به خوبی کار می کند. در مورد تقلید از اجسام زنده از مدل های به اصطلاح اسکلتی استفاده می شود. یعنی یک قاب مشخص ایجاد می شود که در نقاط مشخصه شیء مدل سازی شده قابل حرکت است. حرکت نقاط با استفاده از روش قبلی محاسبه می شود.

روش مدل‌سازی هندسی سه‌بعدی در بسیاری از محصولات نرم‌افزاری از جمله نرم‌افزارهای محبوبی مانند اتوکد و آرشی‌کد اجرا می‌شود.