Imagine 3D realistă. Crearea de imagini realiste ale produselor

Arta 3D include o varietate de graffiti, grafică pe computer tridimensională, desene realiste care creează iluzia unei scene tridimensionale.

Artiștii s-au străduit întotdeauna pentru o reprezentare credibilă a naturii și a lucrurilor din jur. În epoca noastră modernă, acest lucru este ușor de realizat cu ajutorul dispozitivelor avansate. Cu toate acestea, există ceva fermecător și mai ales atrăgător în multele imagini 3D create de mâna omului. La urma urmei, tehnica desenului 3D necesită o mare îndemânare și răbdare, ca să nu mai vorbim de talent.

Vă oferim să admirați creațiile diferiților maeștri, ale căror lucrări sunt realizate într-un gen 3D realist.

1. Puncte.

Desen 3D simplu, elegant și capricios, care arată realist.

2. Sala Uriașilor, Palazzo Te, Mantua, Italia

Frescele iluzioniste din secolul al XVI-lea de Giulio Romano sunt creditate cu originile artei 3D.

3. Desen 3D în creion de Nagai Hideyuki

Artistul creează o iluzie tridimensională folosind doar un album și creioane colorate.

4. Muzeul de picturi 3D din orașul Chiang Mai, Thailanda

Există un întreg muzeu dedicat artei 3D în Thailanda. Salile sale sunt pline cu fresce mari care par complet reale.

5. Coca Cola este o iluzie

Adesea, inspirația pentru arta 3D vine de la obiecte populare din viața noastră de zi cu zi. Versiunea clasică este o sticlă de Cola.

6. CGI: Fată

Cine ar fi crezut că această fată nu există?

7. Coloane din ordinul corintian

Frumos desen 3D în creion cu două coloane corintice.

8. Cascada realistă în Dvur Kralove, Cehia

O parte dintr-un parc urban din Republica Cehă a fost transformată în iluzia unei frumoase cascade.

9. Glob

Adesea, arta 3D este folosită în marketing. Această imagine a globului încurajează oamenii să lupte împotriva sărăciei.

10. Igor Taritas

Tânărul artist creează tablouri folosind elementele de bază ale hiperrealismului. Această pânză radiază în profunzimea lumii reale, de parcă am putea urca pe scenă dacă am vrea.

11. Davy Jones de Jerry Groschke

Un personaj clasic din Pirații din Caraibe, creat de un artist 3D CG.

12. Kazuhiko Nakamura

Un artist 3D japonez care creează fotografii creative steampunk folosind software.

13. Kurt Wenner: Wild Rodeo în Calgary, Canada

Unul dintre cei mai faimoși artiști 3D contemporani, Kurt Wenner, a descris un rodeo fictiv într-un oraș canadian.

14. Leon Kier, Ruben Poncia, Remco van Schaik și Peter Westering

Patru artiști s-au unit pentru a crea această iluzie incredibilă a armatei Lego.

15. Lodz, Polonia

Piscina în apropierea unui centru comercial aglomerat din Lodz, Polonia. Sper că nimeni nu a sărit în el.

16. Piata

O frumoasă natură moartă 3D pictată pe asfalt lângă o piață de legume. Completează atmosfera cu un rafinament perfect.

17. MTO, Rennes, Franța

Artistul stradal MTO a creat o serie de picturi murale 3D la scară mare în Rennes, Franța. Picturile sale murale prezintă uriași care încearcă să pătrundă în casele oamenilor. Imaginile sunt atât șocante, cât și terifiante.

Lucrările realizate folosind grafica pe computer 3D atrag atenția atât a designerilor 3D, cât și a celor care au o idee destul de vagă despre cum s-a făcut totul. Cele mai de succes lucrări în 3D nu pot fi distinse de filmările reale. Astfel de lucrări, de regulă, dau naștere la dezbateri aprinse despre ce este: o fotografie sau un fals tridimensional. Inspirați de munca unor artiști 3D celebri, mulți se apucă de studiul editorilor tridimensionali, crezând că este la fel de ușor să le stăpânești ca și Photoshop. Între timp, programele pentru crearea de grafică 3D sunt destul de greu de stăpânit, iar învățarea lor necesită mult timp și efort. Dar chiar și după ce a studiat instrumentele unui editor tridimensional, nu este ușor pentru un designer 3D începător să obțină o imagine realistă. Odată ajuns într-o situație în care scena pare „moartă”, nu poate găsi întotdeauna o explicație pentru acest lucru. Ce s-a întâmplat?

Principala problemă a creării unei imagini fotorealiste este dificultatea de a simula cu acuratețe mediul. Imaginea, care se obține ca rezultat al redării (vizualizării) într-un editor tridimensional, este rezultatul unor calcule matematice conform unui algoritm dat. Este dificil pentru dezvoltatorii de software să aleagă un algoritm care să ajute la descrierea tuturor proceselor fizice care au loc în viața reală. Prin urmare, modelarea mediului se află pe umerii artistului 3D însuși. Există un anumit set de reguli pentru crearea unei imagini 3D realiste. Indiferent de editorul 3D pe care îl utilizați și de complexitatea scenelor pe care le creați, acestea rămân aceleași. Rezultatul lucrului într-un editor tridimensional este un fișier static sau o animație. În funcție de care va fi produsul final în cazul dvs., abordările pentru crearea unei imagini realiste pot diferi.

Începând cu Compoziția

De mare importanță pentru rezultatul final este amplasarea obiectelor într-o scenă tridimensională. Ele ar trebui să fie amplasate în așa fel încât privitorul să nu se piardă în conjecturi, privind partea obiectului care a căzut accidental în cadru, dar dintr-o privire ar putea recunoaște toate componentele scenei. Când creați o scenă 3D, trebuie să acordați atenție poziției obiectelor față de camera virtuală. Amintiți-vă că obiectele care sunt mai aproape de obiectivul camerei par vizual mai mari. Prin urmare, trebuie să vă asigurați că obiectele de aceeași dimensiune sunt pe aceeași linie. Indiferent care este intriga unei scene tridimensionale, aceasta trebuie să reflecte în mod necesar consecințele unor evenimente care au avut loc în trecut. Deci, de exemplu, dacă urmele cuiva duc la o casă acoperită cu zăpadă, atunci, privind o astfel de imagine, privitorul va concluziona că cineva a intrat în casă. Când lucrați la un proiect 3D, acordați atenție stării generale a scenei. Poate fi transmis printr-un element de decor bine ales sau o anumită gamă de culori. De exemplu, adăugarea unei lumânări la scenă va sublinia romantismul decorului. Dacă modelați personaje de desene animate, culorile ar trebui să fie strălucitoare, dacă creați un monstru hidos, alegeți nuanțe închise.

Nu uita de detalii

Când lucrați la un proiect 3D, ar trebui să țineți întotdeauna cont de cât de vizibil este obiectul în scenă, cât de mult este iluminat etc. În funcție de aceasta, obiectul ar trebui să aibă un grad mai mare sau mai mic de detaliu. Lumea tridimensională este o realitate virtuală, în care totul seamănă cu un decor de teatru. Dacă nu puteți vedea spatele obiectului, nu-l modelați. Dacă aveți un șurub cu piuliță filetată, nu modelați filetul sub piuliță; dacă fațada casei este vizibilă în scenă, nu este nevoie să modelați interiorul; dacă modelați o scenă de pădure noaptea, concentrați-vă doar pe acele obiecte care sunt în prim-plan. Copacii aflați în fundal vor fi cu greu vizibili în imaginea redată, așa că nu are sens să-i modelați cu acuratețea unei frunze.

Adesea, atunci când se creează modele tridimensionale, micile detalii care fac obiectul mai realist joacă aproape rolul principal. Dacă întâmpinați probleme în a obține realism în scena dvs., încercați să creșteți cantitatea de detalii în obiecte. Cu cât scena conține mai multe detalii, cu atât imaginea finală va arăta mai credibilă. Opțiunea cu creșterea detaliilor scenei este aproape de câștig-câștig, dar are un dezavantaj - un număr mare de poligoane, ceea ce duce la o creștere a timpului de randare. Pentru a vă asigura că realismul scenei depinde direct de gradul de detaliu, puteți folosi acest exemplu simplu. Dacă creați trei modele de fir de iarbă într-o scenă și le vizualizați, atunci imaginea nu va face nicio impresie asupra privitorului. Cu toate acestea, dacă acest grup de obiecte este clonat în mod repetat, imaginea va arăta mai spectaculoasă. Detalierea poate fi controlată în două moduri: așa cum este descris mai sus (prin creșterea numărului de poligoane din scenă) sau prin creșterea rezoluției texturii. În multe cazuri, are mai mult sens să se concentreze mai mult pe crearea texturii decât pe modelul obiectului în sine. În același timp, veți economisi resursele de sistem necesare pentru a reda modele complexe, reducând astfel timpul de randare. Este mai bine să faci o textură mai bună decât să crești numărul de poligoane. Un exemplu excelent al utilizării judicioase a texturii este peretele unei case. Puteți modela fiecare cărămidă individual, ceea ce va necesita atât timp, cât și resurse. Este mult mai ușor să folosești o fotografie a unui perete de cărămidă.

Dacă vrei să creezi un peisaj

Una dintre cele mai dificile sarcini cu care se confruntă adesea designerii 3D este modelarea naturii. Care este problema creării mediului natural din jurul nostru? Chestia este că orice obiect organic, fie el un animal, o plantă etc., este eterogen. În ciuda structurii aparente simetrice, forma unor astfel de obiecte sfidează orice descriere matematică cu care se ocupă editorii 3D. Chiar și acele obiecte care, la prima vedere, au un aspect simetric, la o examinare mai atentă, se dovedesc a fi asimetrice. Deci, de exemplu, părul de pe capul unei persoane este situat inegal pe partea dreaptă și stângă, cel mai adesea îl pieptănează spre dreapta, iar o frunză de pe o ramură de copac poate fi deteriorată de o omidă într-un loc etc. Cea mai bună soluție pentru simularea organicelor în 3D este algoritmul fractal, care este adesea folosit în setările materialelor și diverse instrumente de modelare 3D. Acest algoritm este mai bun decât alte expresii matematice pentru a ajuta la simularea organicelor. Prin urmare, atunci când creați obiecte organice, asigurați-vă că utilizați capacitățile algoritmului fractal pentru a le descrie proprietățile.

Subtilități ale creării materialelor

Materialele care sunt simulate în grafica 3D pot fi foarte diverse - de la metal, lemn și plastic la sticlă și piatră. Mai mult, fiecare material este determinat de un număr mare de proprietăți, printre care se numără topografia suprafeței, specularitatea, modelul, dimensiunea și luminozitatea strălucirii etc. Atunci când redați orice textură, trebuie să vă amintiți că calitatea materialului din imaginea rezultată depinde foarte mult de mulți factori, inclusiv de parametrii de iluminare (luminozitate, unghi de incidență a luminii, culoarea sursei de lumină etc.), randarea algoritm (tipul de redare utilizat și setările acestuia), rezoluția texturii bitmap. De asemenea, de mare importanță este și metoda de proiectare a texturii pe obiect. O textură aplicată fără succes poate „da” un obiect tridimensional format dintr-o cusătură sau un model care se repetă suspect. În plus, de obicei, în realitate, obiectele nu sunt perfect curate, adică au mereu urme de murdărie pe ele. Dacă modelați o masă de bucătărie, atunci, în ciuda faptului că modelul de pe cârpă de bucătărie se repetă, suprafața sa nu ar trebui să fie aceeași peste tot - pânza de ulei poate fi purtată la colțurile mesei, poate avea tăieturi de la un cuțit, etc. Pentru a preveni ca obiectele dvs. 3D să arate nenatural de curate, puteți utiliza hărți de murdărie realizate manual (de exemplu, în Adobe Photoshop) și le puteți amesteca cu texturile originale, obținând un material „uzat” realist.

Adăugarea de mișcare

La crearea unei animații, geometria obiectelor joacă un rol mai important decât în ​​cazul unei imagini statice. În timpul mișcării, privitorul poate vedea obiectele din diferite unghiuri, așa că este important ca modelul să arate realist din toate unghiurile. De exemplu, atunci când modelați copaci într-o scenă statică, puteți lua un truc și vă simplifica sarcina: în loc să creați un arbore „adevărat”, puteți face două planuri perpendiculare care se intersectează și le puteți aplica o textură folosind o mască de transparență. Atunci când creați o scenă animată, această metodă nu este potrivită, deoarece un astfel de copac va arăta realist doar dintr-un punct și orice rotație a camerei va „emite” un fals. În cele mai multe cazuri, odată ce obiectele 3D dispar din obiectivul camerei virtuale, cel mai bine este să le eliminați din scenă. În caz contrar, computerul va îndeplini o sarcină de care nimeni nu are nevoie, calculând geometria invizibilă.

Al doilea lucru de luat în considerare atunci când creați scene animate este mișcarea în care se află majoritatea obiectelor în realitate. De exemplu, draperiile din cameră se leagănă în vânt, acele ceasului ticăie etc. Prin urmare, atunci când creați o animație, este necesar să analizați scena și să identificați acele obiecte pentru care trebuie să setați mișcarea. Apropo, mișcarea conferă realism scenelor statice. Totuși, spre deosebire de cele animate, în ele mișcarea ar trebui ghicită în lucruri mărunte înghețate - într-o cămașă care alunecă din spătarul unui fotoliu, omizi târându-se pe un trunchi, un copac îndoit de vânt. Dacă este relativ ușor să creați animație realistă pentru obiecte de scenă mai simple, atunci este aproape imposibil să simulați mișcarea unui personaj fără instrumente auxiliare. În viața de zi cu zi, mișcările noastre sunt atât de naturale și obișnuite încât nu ne gândim, de exemplu, dacă ar trebui să ne aruncăm capul pe spate în timp ce râdem sau să ne aplecăm când trecem pe sub un baldachin jos. Modelarea unui astfel de comportament în lumea graficii tridimensionale este asociată cu multe capcane și nu este atât de ușor să recreați mișcările, și mai ales expresiile faciale, ale unei persoane. De aceea, pentru a simplifica sarcina, se folosește următoarea metodă: un număr mare de senzori sunt atârnați pe corpul uman, care înregistrează mișcarea oricărei părți a acestuia în spațiu și trimit semnalul corespunzător către computer. Acesta, la rândul său, prelucrează informația primită și o folosește în raport cu un model scheletic al personajului. Această tehnologie se numește captura de mișcare. La mutarea carcasei, care este pusă pe baza scheletului, este necesar să se țină seama și de deformarea musculară. Acei animatori 3D care sunt angajați în animația personajelor vor beneficia de învățarea anatomiei pentru a naviga mai bine în sistemele oaselor și mușchilor.

Iluminarea nu este doar lumină, ci și umbre

Crearea unei scene cu iluminare realistă este o altă provocare care trebuie rezolvată pentru a face imaginea finală mai realistă. În lumea reală, razele de lumină sunt reflectate și refractate în mod repetat în obiecte, rezultând umbrele proiectate de obiecte cu margini neclare și neclare. Aparatul de vizualizare este responsabil în principal pentru calitatea afișajului umbrelor. Există cerințe separate pentru umbrele aruncate într-o scenă. Umbra aruncată de la un obiect poate spune multe - cât de sus este deasupra solului, care este structura suprafeței pe care cade umbra, ce sursă este luminat obiectul etc. Dacă uiți de umbrele din scenă, o astfel de scenă nu va arăta niciodată realistă, deoarece în realitate fiecare obiect are propria sa umbră. În plus, umbra poate sublinia contrastul dintre prim-plan și fundal, precum și „da” un obiect care nu se află în câmpul vizual al lentilei camerei virtuale. În acest caz, privitorului i se oferă posibilitatea de a-și imagina împrejurimile scenei. De exemplu, pe cămașa unui personaj tridimensional, el poate vedea o umbră care cădea din ramuri și frunze și poate ghici că un copac crește pe partea opusă a punctului de tragere. Pe de altă parte, prea multe umbre nu vor face imaginea să pară mai realistă. Asigurați-vă că obiectul nu aruncă umbre de la sursele de lumină auxiliare. Dacă în scenă există mai multe obiecte care emit lumină, cum ar fi felinarele, atunci toate elementele scenei trebuie să arunce umbre din fiecare dintre sursele de lumină. Cu toate acestea, dacă utilizați surse de lumină auxiliare într-o astfel de scenă (de exemplu, pentru a ilumina părți întunecate ale scenei), nu este nevoie să creați umbre din aceste surse. Sursa auxiliară ar trebui să fie invizibilă pentru privitor, iar umbrele îi vor da prezența.

Atunci când creați o scenă, este important să nu exagerați cu numărul de surse de lumină. Este mai bine să petreci puțin timp încercând să găsești cea mai bună poziție pentru el decât să folosești mai multe surse de lumină unde poți face. În cazul în care este necesară utilizarea mai multor surse, asigurați-vă că fiecare dintre ele aruncă umbre. Dacă nu puteți vedea umbre de la o sursă de lumină, atunci poate că o altă sursă, mai puternică, le supraexpune. Când aranjați sursele de lumină într-o scenă, asigurați-vă că acordați atenție culorii lor. Sursele de lumină naturală au o nuanță albastră, dar pentru a crea o sursă de lumină artificială, trebuie să îi dai o culoare gălbuie. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că culoarea sursei care simulează lumina zilei depinde și de ora din zi. Prin urmare, dacă intriga scenei implică seara, iluminarea poate fi, de exemplu, în nuanțele roșiatice ale apusului.

Cel mai important lucru este calculul greșit

Vizualizarea este ultimul și cu siguranță cel mai important pas în crearea unei scene 3D. Editorul de grafică 3D calculează imaginea, ținând cont de geometria obiectelor, de proprietățile materialelor din care sunt realizate, de locația și parametrii surselor de lumină etc. Dacă comparați lucrul în 3ds max cu filmarea video, atunci valoarea motorului de randare poate fi comparată cu filmul pe care este filmat materialul. În același mod în care două filme de la companii diferite pot produce imagini luminoase și estompate, rezultatul muncii tale poate fi realist sau doar satisfăcător, în funcție de algoritmul de redare a imaginii pe care îl alegi. Existența unui număr mare de algoritmi de randare a dus la creșterea numărului de randere externe conectate. Adesea, același renderer se poate integra cu diferite pachete de grafică 3D. În ceea ce privește viteza și calitatea imaginii redate, randarele externe, de regulă, depășesc aparatul de randare standard al editorilor 3D. Cu toate acestea, este imposibil să dai un răspuns fără echivoc la întrebarea care dintre ele dă cel mai bun rezultat. Conceptul de „realism” în acest caz este subiectiv, deoarece nu există criterii obiective prin care să se poată evalua gradul de realism al vizualizatorului.

Totuși, putem spune cu siguranță că pentru ca imaginea finală să fie mai realistă, algoritmul de redare trebuie să țină cont de toate caracteristicile propagării unei unde luminoase. După cum am spus mai sus, căzând pe obiecte, un fascicul de lumină este reflectat și refractat în mod repetat. Este imposibil să se calculeze iluminarea în fiecare punct al spațiului, ținând cont de un număr infinit de reflexii, așa că se folosesc două modele simplificate pentru a determina intensitatea luminii: trasarea (Raytracing) și metoda de iluminare globală (Global Illumination). Până de curând, cel mai popular algoritm de randare era trasarea luminii. Această metodă a constat în faptul că editorul tridimensional a urmărit traseul fasciculului emis de sursa de lumină, cu un număr dat de refracții și reflexii. Trasarea nu poate oferi o imagine foto-realistă, deoarece acest algoritm nu oferă substanțe caustice reflectorizante și refractive (strălucire rezultată din reflectarea și refracția luminii), precum și proprietăți de împrăștiere a luminii. Astăzi, utilizarea metodei de iluminare globală este o condiție prealabilă pentru obținerea unei imagini realiste. Dacă numai acele părți ale scenei care sunt lovite de razele de lumină sunt redate în timpul trasării, metoda de iluminare globală calculează împrăștierea luminii în părțile neluminate sau umbrite ale scenei pe baza analizei fiecărui pixel din imagine. Acest lucru ia în considerare toate reflexiile razelor de lumină din scenă.

Una dintre cele mai comune moduri de a calcula iluminarea globală este Photon Mapping (urmărirea fotonilor). Această metodă implică calculul iluminării globale, bazat pe crearea așa-numitei hărți fotonice - informații despre iluminarea scenei, colectate cu ajutorul trasării. Avantajul Photon Mapping este că, odată stocate ca hartă fotonică, rezultatele urmăririi fotonului pot fi utilizate ulterior pentru a crea un efect de iluminare globală în scenele de animație 3D. Calitatea iluminării globale, calculată folosind trasarea fotonului, depinde de numărul de fotoni, precum și de adâncimea urmăririi. Folosind Photon Mapping, puteți calcula și causticele. Pe lângă calculul iluminării globale, rendererele externe vă permit să randați materialele ținând cont de efectul împrăștierii sub suprafață (Sub-Surface Scattering). Acest efect este o condiție prealabilă pentru obținerea realismului în materiale precum piele, ceară, țesătură subțire etc. Razele de lumină care cad pe un astfel de material, pe lângă refracție și reflexie, sunt împrăștiate în materialul însuși, provocând astfel o ușoară strălucire din interior.

Un alt motiv pentru care imaginile redate cu module de redare plug-in sunt mai realiste decât imaginile redate folosind algoritmi de randare standard este capacitatea de a utiliza efectele camerei. Acestea includ, în primul rând, adâncimea câmpului (Depth of Field), estomparea obiectelor în mișcare (motion blur). Efectul de adâncime a câmpului poate fi folosit atunci când doriți să atrageți atenția privitorului asupra unor detalii ale scenei. Dacă imaginea conține efectul de adâncime a câmpului, privitorul observă mai întâi elementele scenei care sunt focalizate. Efectul de adâncime a câmpului poate ajuta atunci când trebuie să redați ceea ce vede personajul. Cu ajutorul efectului de adâncime a câmpului, puteți concentra privirea personajului asupra unui obiect sau altul. Efectul adâncimii câmpului este o componentă obligatorie a unei imagini realiste chiar și atunci când atenția în scenă este atrasă asupra unui obiect mic - de exemplu, o omidă pe un trunchi. Dacă toate obiectele care sunt focalizate, inclusiv ramurile, frunzele, un trunchi și o omidă, sunt la fel de clar desenate în imagine, atunci o astfel de imagine nu va arăta realistă. Dacă o astfel de scenă ar exista în realitate, iar filmarea ar fi efectuată nu cu o cameră virtuală, ci cu o cameră reală, ar fi focalizat doar obiectul principal, omida. Orice se află la distanță de ea ar părea neclar. Prin urmare, efectul adâncimii de câmp trebuie să fie prezent într-o imagine tridimensională.

Concluzie

În fiecare zi, capacitățile hardware ale stațiilor de lucru cresc, ceea ce face posibilă utilizarea instrumentelor pentru lucrul cu grafica tridimensională și mai eficient. În același timp, arsenalul de editori grafici 3D este îmbunătățit. În același timp, abordările de bază pentru crearea de imagini fotorealiste rămân neschimbate. Îndeplinirea acestor cerințe nu garantează că imaginea rezultată va arăta ca o fotografie. Cu toate acestea, ignorarea lor va duce cu siguranță la eșec. Crearea unei imagini fotorealiste în timp ce lucrați numai la un proiect 3D este o sarcină incredibil de dificilă. De regulă, cei care se dedică graficii 3D și lucrează cu ea profesional se arată doar la una dintre etapele creării unei scene 3D. Unii cunosc toate subtilitățile modelării, alții știu să creeze cu pricepere materiale, alții „văd” iluminarea corectă a scenelor etc. Prin urmare, atunci când începeți să lucrați cu 3D, încercați să găsiți zona în care vă simțiți cel mai încrezător și să vă dezvoltați talentele.

Sergey și Marina Bondarenko, http://www.3domen.com

Imaginează-ți cum se va potrivi obiectul în clădirea existentă. Vizualizarea diferitelor versiuni ale proiectului este foarte convenabilă într-un model tridimensional. În special, puteți schimba materialele și acoperirea (texturile) elementelor proiectului, puteți verifica iluminarea zonelor individuale (în funcție de ora din zi), puteți plasa diverse elemente interioare etc.

Spre deosebire de o serie de sisteme CAD care utilizează module suplimentare sau programe terțe pentru vizualizare și animație, MicroStation are instrumente încorporate pentru crearea de imagini fotorealiste (BMP, JPG, TIFF, PCX etc.), precum și pentru înregistrarea clipurilor de animație. în formate standard (FLI, AVI) și un set de imagini cadru cu cadru (BMP, JPG, TIFF etc.).

Crearea de imagini realiste

Crearea de imagini fotorealiste începe cu alocarea de materiale (texturi) diferitelor elemente ale proiectului. Fiecare textură este aplicată tuturor elementelor de aceeași culoare aflate în același strat. Avand in vedere ca numarul maxim de straturi este de 65.000, iar culorile sunt 256, se poate presupune ca un material individual poate fi aplicat cu adevarat pe orice element al proiectului.

Programul oferă posibilitatea de a edita orice textură și de a crea una nouă pe baza unei imagini bitmap (BMP, JPG, TIFF etc.). În acest caz, două imagini pot fi folosite pentru textura, dintre care una este responsabilă pentru relief, iar cealaltă pentru textura materialului. Atât relieful, cât și textura au parametri diferiți de plasare pe element, cum ar fi: scară, unghi de rotație, offset, modul de umplere a suprafețelor neuniforme. În plus, denivelarea are un parametru de „înălțime” (schimbabil în intervalul de la 0 la 20), iar textura, la rândul său, are o greutate (modificabilă în intervalul de la 0 la 1).

Pe lângă model, materialul are următorii parametri ajustabili: împrăștiere, difuzie, luciu, lustruire, transparență, reflexie, refracție, culoare de bază, culoare de evidențiere, capacitatea materialului de a lăsa umbre.

Maparea texturii poate fi previzualizată pe solide 3D standard sau pe orice element de proiect și pot fi utilizate mai multe tipuri de umbrire a elementelor. Instrumentele simple pentru crearea și editarea texturilor vă permit să obțineți aproape orice material.

Un aspect la fel de important pentru crearea de imagini realiste este metoda de vizualizare (redare). MicroStation acceptă următoarele metode de umbrire bine-cunoscute: îndepărtarea liniilor ascunse, umbrirea liniei ascunse, umbrirea permanentă, umbrirea netedă, umbrirea Phong, urmărirea razelor, radiozitatea, urmărirea particulelor. În timpul redării, imaginea poate fi netezită (în afară), precum și poate fi creată o imagine stereo, care poate fi vizualizată folosind ochelari cu filtre speciale de lumină.

Există o serie de setări de calitate a afișajului (corespunzătoare vitezei de procesare a imaginii) pentru metodele de urmărire a razelor, radiozitate, urmărirea particulelor. Pentru a accelera procesarea informațiilor grafice, MicroStation acceptă metode de accelerare grafică - tehnologia QuickVision. Pentru a vizualiza și edita imaginile create, există, de asemenea, instrumente de modificare încorporate care acceptă următoarele funcții standard (care, desigur, nu pot concura cu funcțiile programelor specializate): corecție gama, ajustare a tonului, negativ, estompare, mod de culoare , decupați, redimensionați, rotiți, oglindiți, convertiți într-un alt format de date.

Atunci când se creează imagini realiste, o parte semnificativă a timpului este ocupată de plasarea și gestionarea surselor de lumină. Sursele de lumină sunt împărțite în iluminare globală și locală. Iluminarea globală, la rândul său, constă din lumină ambientală, flare, lumina soarelui, luminator. Iar pentru soare, împreună cu luminozitatea și culoarea, sunt setate unghiul azimut și unghiul deasupra orizontului. Aceste unghiuri pot fi calculate automat în funcție de locația geografică specificată a obiectului (în orice punct de pe glob indicat pe harta lumii), precum și de data și ora la care obiectul a fost vizualizat. Lumina cerului depinde de înnorire, de calitatea (opacitatea) aerului și chiar de reflexia din sol.

Sursele de lumină locale pot fi de cinci tipuri: la distanță, punctiforme, conice, de suprafață, cu deschidere către cer. Fiecare sursa poate avea urmatoarele proprietati: culoare, intensitate luminoasa, intensitate, rezolutie, umbra, atenuare la o anumita distanta, unghi de con etc.

Sursele de lumină pot ajuta la identificarea zonelor neluminate ale unui obiect unde este nevoie de iluminare suplimentară.

Camerele de luat vederi sunt folosite pentru a vizualiza elementele proiectului dintr-un anumit unghi și pentru a muta vizualizarea liber în întregul fișier. Folosind tastele de control de la tastatură și mouse, puteți seta nouă tipuri de mișcare a camerei: zbor, întoarcere, coborâre, alunecare, ocolire, rotire, înot, deplasare pe un cărucior, înclinare. Patru tipuri diferite de mișcare pot fi conectate la tastatură și mouse (modurile sunt comutate prin apăsarea tastelor Shift, Ctrl, Shift + Ctrl).

Camerele vă permit să vizualizați obiectul din diferite unghiuri și să priviți în interior. Variind parametrii camerei (distanța focală, unghiul obiectivului), puteți schimba perspectiva vederii.

Pentru a crea imagini mai realiste, este posibil să conectați o imagine de fundal, cum ar fi o fotografie a unui peisaj existent.

Majoritatea utilizatorilor știu care dintre componentele PC-ului le folosim pentru a obține imagini pe monitor - desigur, acesta este un adaptor video. Dar nu mulți oameni cunosc subtilitățile și nuanțele tehnologiilor pentru creșterea realismului unei imagini tridimensionale, deoarece în timpul nostru de dezvoltare rapidă a graficii 3D și apariția multor jocuri realiste pe computer, nu este suficient doar să afișați o imagine bună. imaginea pe un monitor, trebuie să o faceți cât mai realistă posibil.

Vom lua în considerare cele mai comune tehnologii care sunt deja bine stabilite și sunt utilizate activ de producătorii de plăci video. Acest material este destinat utilizatorilor experimentați și sugerează o introducere mai detaliată a tehnologiei decât o simplă prezentare superficială.

Tehnologia de cartografiere MIP

Să începem cu poate cea mai des folosită tehnologie, care se numește Maparea MIP. Scopul principal al acestei tehnologii este de a îmbunătăți calitatea texturii obiectelor 3D.

Pentru ca imaginea să pară mai realistă, dezvoltatorii trebuie să țină cont de concepte atât de importante precum profunzimea scenei. Realismul, în acest caz, implică o estompare calitativă pe măsură ce imaginea este îndepărtată, precum și o schimbare a nuanțelor de culoare. Prin urmare, pentru a construi orice fel de suprafețe, se folosesc multe texturi diferite, ceea ce face posibilă reglarea acestui fenomen. Dacă este necesar, de exemplu, să construiți o imagine a unui drum care tinde spre orizont, atunci în cazul utilizării unei texturi, puteți uita pur și simplu de realism, deoarece în fundal va apărea o culoare solidă sau o pâlpâire.

La fel, pentru a implementa acest set de texturi, se folosește tehnologia Maparea Mip, face posibilă utilizarea texturilor cu diferite grade de detaliu, ceea ce adaugă avantajele sale, de exemplu, la realismul drumului, care este descris mai sus.

Principiul de funcționare este de a determina pentru fiecare pixel de imagine harta Mip corespunzătoare, iar apoi există o selecție de un texel (hartă de pixeli), care este atribuită pixelului. Acesta este un sistem atât de complex, de texturare a imaginii, dar datorită acestui sistem simțim mult mai realism în jocuri și filme 3D.

Tehnologii de filtrare

Aceste tehnologii sunt de obicei utilizate împreună cu tehnologia de cartografiere Mip. Sunt necesare tehnologii de filtrare pentru a remedia diverse artefacte de texturare. Mai simplu spus, sensul filtrării este de a calcula culoarea unui obiect din pixelii vecini.

Există diferite tipuri de filtrare:

Biliniar. Când un obiect este în mișcare, pot fi văzute diferite tipuri de glisare a pixelilor, care la rândul său provoacă un efect de pâlpâire. Pentru a reduce acest efect, se folosește filtrarea biliniară, al cărei principiu este selectarea a patru pixeli vecini pentru a afișa suprafața celui curent.

Triliniar.Principiul de funcționare al filtrării triliniare este similar cu cel biliniar, dar mai avansat, aici, pentru a determina culoarea pixelului curent, se ia o valoare medie de 8 pixeli. Filtrarea triliniară rezolvă o mulțime de erori legate de texturarea obiectelor și calculul eronat al adâncimii scenei.

Filtrare anisotropic . Cel mai avansat tip de filtrare și este utilizat în prezent în toate adaptoare video noi. Folosind filtrarea anizotropă, un pixel este calculat de la 8-32 texeli (pixeli de textură).

Anti-aliasing (tehnologie Anti-aliasing)

Esența tehnologiei Anti-aliasing este eliminarea marginilor zimțate ale obiectelor, cu alte cuvinte, netezirea imaginii.

Principiul de funcționare al celei mai comune tehnologii anti-aliasing este de a crea o tranziție lină între margine și culoarea de fundal. Culoarea punctului care se află pe marginea obiectelor este determinată de valoarea medie a punctelor de frontieră.

Deci, cu durerea la jumătate, au fost luate în considerare principalele tehnologii pentru creșterea realismului unei imagini tridimensionale. Poate că nu totul a fost clar, dar în orice caz, astfel de informații aprofundate nu vor fi de prisos.

Imagini 3D

Odată cu creșterea puterii de calcul și disponibilitatea elementelor de memorie, odată cu apariția terminalelor grafice și dispozitivelor de ieșire de înaltă calitate, a fost dezvoltat un grup mare de algoritmi și soluții software care vă permit să formați o imagine pe ecran care reprezintă o anumite scene tridimensionale. Primele astfel de soluții au fost destinate sarcinilor de proiectare arhitecturală și mecanică.

Atunci când se formează o imagine tridimensională (statică sau dinamică), construcția acesteia este considerată într-un anumit spațiu de coordonate, care se numește etapă. Scena implică lucrul într-o lume tridimensională, tridimensională - de aceea direcția a fost numită grafică tridimensională (3-dimensională, 3D).

Pe scenă sunt amplasate obiecte separate, formate din corpuri geometrice volumetrice și secțiuni de suprafețe complexe (cel mai adesea, așa-numitele B-spline). Pentru a forma o imagine și a efectua operații ulterioare, suprafețele sunt împărțite în triunghiuri - cifre minime plate - și sunt prelucrate în continuare exact ca un set de triunghiuri.

În etapa următoare" lume” coordonatele nodurilor grilei sunt recalculate folosind transformări de matrice în coordonate specific, adică în funcţie de punctul de vedere al scenei. Poziția punctului de vedere, numit de obicei pozitia camerei.

Sistem de pregătire spațiu de lucru
Grafică 3D Blender (exemplu de pe site
http://www.blender.org)

După formare cadru(„plasă de sârmă”) se execută umbrire- conferirea unor proprietăţi suprafeţelor obiectelor. Proprietățile unei suprafețe sunt determinate în primul rând de caracteristicile sale de lumină: luminozitate, reflectivitate, absorbție și putere de împrăștiere. Acest set de caracteristici vă permite să definiți materialul a cărui suprafață este modelată (metal, plastic, sticlă etc.). Materialele transparente și translucide au o serie de alte caracteristici.

De regulă, în timpul executării acestei proceduri, tăierea suprafețelor invizibile. Există multe metode pentru a efectua această tăiere, dar cea mai populară metodă a fost
Z-tampon, când este creată o matrice de numere care denotă „adâncime” - distanța de la un punct de pe ecran la primul punct opac. Următoarele puncte de suprafață vor fi procesate numai atunci când adâncimea lor este mai mică, iar apoi coordonata Z va scădea. Puterea acestei metode depinde direct de distanța maximă posibilă a punctului scenei față de ecran, adică privind numărul de biți pe punct din buffer.

Calculul unei imagini realiste. Efectuarea acestor operațiuni vă permite să creați așa-numitul modele solide obiecte, dar această imagine nu va fi realistă. Pentru a forma o imagine realistă pe scenă sunt plasate surse de lumină si executat calcul de iluminare fiecare punct de pe suprafețele vizibile.

Pentru a face obiectele mai realiste, suprafața obiectelor este „montată” textură - imagine(sau procedura care o formează), determinarea nuantelor aspectului. Procedura se numește „texturare”. În timpul mapării texturii, se aplică metode de întindere și anti-aliasing - filtrare. De exemplu, filtrarea anizotropă, menționată în descrierea plăcilor video, nu depinde de direcția transformării texturii.

După determinarea tuturor parametrilor, este necesar să se efectueze procedura de formare a imaginii, adică. calculul culorii punctelor de pe ecran. Procesul de numărare este numit redare.La efectuarea unui astfel de calcul este necesara determinarea luminii care cade in fiecare punct al modelului, tinand cont de faptul ca poate fi reflectata, ca suprafata poate bloca alte zone din aceasta sursa etc.

Două metode principale sunt utilizate pentru a calcula iluminarea. Prima este metoda trasarea razelor din spate. Cu această metodă se calculează traiectoria acelor raze care cad în cele din urmă în pixelii ecranului- în sens invers. Calculul se efectuează separat pentru fiecare dintre canalele de culoare, deoarece lumina din diferite spectre se comportă diferit pe diferite suprafețe.

A doua metoda - metoda stralucirii - prevede calcularea luminozității integrale a tuturor zonelor care se încadrează în cadru și schimbul de lumină între ele.

Imaginea rezultată ține cont de caracteristicile specificate ale camerei, adică. telespectatori.

Astfel, ca urmare a unui număr mare de calcule, devine posibilă crearea unor imagini greu de distins de fotografii. Pentru a reduce numărul de calcule, se încearcă să reducă numărul de obiecte și, acolo unde este posibil, să înlocuiască calculul cu o fotografie; de exemplu, la formarea fundalului unei imagini.

Model solid și rezultatul final al calculului modelului
(exemplu de pe site http://www.blender.org)

Animație și realitate virtuală

Următorul pas în dezvoltarea tehnologiilor grafice realiste 3D a fost posibilitatea animației sale - mișcare și schimbare cadru cu cadru a scenei. Inițial, doar supercalculatoarele puteau face față unui astfel de volum de calcule și au fost folosite pentru a crea primele videoclipuri animate tridimensionale.

Mai târziu, a fost dezvoltat hardware special conceput pentru calcularea și formarea imaginilor - Acceleratoare 3D. Acest lucru a permis într-o formă simplificată să se efectueze o astfel de formare în timp real, care este folosită în jocurile moderne pe calculator. De fapt, acum chiar și plăcile video obișnuite includ astfel de facilități și sunt un fel de mini-calculatoare cu scop îngust.

La crearea de jocuri, filmarea filmelor, dezvoltarea simulatoarelor, în sarcinile de modelare și proiectare a diferitelor obiecte, sarcina de a forma o imagine realistă are un alt aspect semnificativ - modelarea nu doar mișcarea și schimbarea obiectelor, ci modelarea comportamentului acestora, corespunzătoare principiile fizice ale lumii înconjurătoare.

Această direcție, ținând cont de utilizarea tuturor tipurilor de hardware pentru transmiterea influențelor lumii exterioare și creșterea efectului prezenței, a fost numită realitate virtuala.

Pentru a întruchipa un astfel de realism, sunt create metode speciale pentru calcularea parametrilor și transformarea obiectelor - modificarea transparenței apei din mișcarea acesteia, calcularea comportamentului și aspectului incendiului, exploziilor, ciocnirilor de obiecte etc. Astfel de calcule sunt destul de complexe și au fost propuse o serie de metode pentru implementarea lor în programele moderne.

Una dintre ele este prelucrarea și utilizarea shaders - proceduri de iluminare.(sau poziția exactă)la punctele cheie conform unor algoritmi. O astfel de prelucrare vă permite să creați efectele unui „nor luminos”, „explozie”, să creșteți realismul obiectelor complexe etc.

Au apărut și sunt standardizate interfețe pentru lucrul cu componenta „fizică” a formării imaginii, ceea ce face posibilă creșterea vitezei și acurateței unor astfel de calcule și, prin urmare, a realismului modelului lumii create.

Grafica tridimensională este una dintre cele mai spectaculoase și de succes din punct de vedere comercial dezvoltări în tehnologia informației, adesea menționată drept unul dintre principalii factori de dezvoltare hardware. Instrumentele de grafică 3D sunt utilizate în mod activ în arhitectură, inginerie mecanică, în lucrări științifice, la filmarea filmelor, în jocurile pe calculator și în educație.

Exemple de produse software

Maya, 3DStudio, Blender

Subiectul este foarte atractiv pentru studenții de orice vârstă și apare în toate etapele studierii unui curs de informatică. Atractivitatea pentru studenți se explică printr-o componentă creativă mare în lucrările practice, un rezultat vizual, precum și un accent larg aplicat al subiectului. Cunoștințele și aptitudinile în acest domeniu sunt necesare în aproape toate ramurile activității umane.

În școala elementară, sunt luate în considerare două tipuri de grafică: raster și vector. Se discută problemele diferenței dintre o specie și alta, ca urmare - aspectele pozitive și dezavantajele. Domeniile de aplicare ale acestor tipuri de grafică vă vor permite să introduceți numele unor produse software specifice care vă permit să procesați unul sau altul tip de grafică. Prin urmare, materialele pe teme: grafică raster, modele color, grafică vectorială - vor fi solicitate într-o măsură mai mare în școala de bază. În liceu, acest subiect este completat prin luarea în considerare a caracteristicilor graficii științifice și a posibilităților graficii tridimensionale. Prin urmare, subiectele vor fi relevante: imagini fotorealiste, modelare a lumii fizice, compresie și stocare de date grafice și de streaming.

De cele mai multe ori este ocupat de lucrări practice privind pregătirea și prelucrarea imaginilor grafice folosind editori de grafică raster și vectorială. În școala elementară, acesta este de obicei Adobe Photoshop, CorelDraw și/sau Macromedia Flach. Diferența dintre studiul anumitor pachete software în liceu și liceu se manifestă mai mult nu în conținut, ci în formele de lucru. În școala de bază, aceasta este o muncă practică (de laborator), în urma căreia elevii stăpânesc produsul software. În liceu, principala formă de muncă devine un atelier sau un proiect individual, unde componenta principală este conținutul sarcinii, iar produsele software folosite pentru rezolvarea acesteia rămân doar un instrument.

Biletele pentru școala primară și liceu conțin întrebări legate atât de bazele teoretice ale graficii pe computer, cât și de abilitățile practice de prelucrare a imaginilor grafice. Asemenea părți ale subiectului, cum ar fi calculul volumului de informații al imaginilor grafice și caracteristicile codificării grafice, sunt prezente în materialele de măsurare de control ale examenului de stat unificat.