grafika 3D
Metodat e modelimit 3D.
· Modelimi spline është modelimi me vija matematikisht të lëmuara - splina.
· Modelimi poligonal është renditja e këndeve, kulmeve të shumëkëndëshave në hapësirën tredimensionale.
Një imazh tre-dimensional në një aeroplan ndryshon nga ai dydimensional në atë që përfshin ndërtimin e një projeksioni gjeometrik të një modeli tre-dimensional të skenës në një aeroplan (për shembull, një ekran kompjuteri) duke përdorur programe të specializuara. Në këtë rast, modeli mund të korrespondojë ose me objekte nga bota reale (makina, ndërtesa, uragan, asteroid), ose të jetë plotësisht abstrakt (projeksion i një fraktal katër-dimensional).
Për të marrë një imazh tredimensional në një aeroplan, kërkohen hapat e mëposhtëm:
· Modelimi - krijimi i një modeli matematikor tredimensional të skenës dhe objekteve në të.
Rendering (vizualizimi) - ndërtimi i një projeksioni në përputhje me modelin fizik të zgjedhur. (Sistemet e interpretimit: V-Ray, FinalRender, Brazil R / S, BusyRay).
Avantazhet dhe disavantazhet e grafikës 3D.
Disavantazhet:
Madhësia e rëndësishme e skedarit
Varësia e softuerit
Kostoja e lartë e redaktuesve të ndryshëm 3-D
Përparësitë:
Realizmi
· Aftësia për të përdorur objekte tredimensionale për të krijuar aplikacione (lojëra, etj.)
Liria e transformimeve të objekteve
Ku përdoret
Përdoret për të krijuar lojëra, filma, etj.
Software
3D Studio Max, MAYA, Blender, Solid Age, Compass.
grafika 3D- seksion i grafikës kompjuterike, një grup teknikash dhe mjetesh (si softuer ashtu edhe harduer), i krijuar për të përfaqësuar objekte vëllimore.
Një imazh tre-dimensional në një aeroplan ndryshon nga ai dydimensional në atë që përfshin ndërtimin e një projeksioni gjeometrik të një modeli tredimensional skenë në një aeroplan (për shembull, një ekran kompjuteri) duke përdorur programe të specializuara (megjithatë, me krijimin dhe zbatimin e ekraneve 3D dhe printerëve 3D, grafika tredimensionale nuk përfshin domosdoshmërisht projeksionin në një aeroplan). Në këtë rast, modeli ose mund të korrespondojë me objekte nga bota reale (makina, ndërtesa, uragan, asteroid), ose të jetë plotësisht abstrakt (projeksion i një fraktal katër-dimensional)
Metodat e modelimit 3D.
Modelet 3D krijohen në sistemet CAD (ose në sistemet CAD / CAM) duke përdorur mjetet e modelimit gjeometrik të disponueshëm në to. Modeli ruhet në sistem si një përshkrim matematikor dhe shfaqet në ekran si objekt hapësinor.
Ndërtimi i një modeli gjeometrik hapësinor të një produkti është një detyrë qendrore e dizajnit kompjuterik. Është ky model që përdoret për të zgjidhur më tej problemet e formimit të dokumentacionit të vizatimit dhe projektimit, dizajnimin e pajisjeve teknologjike, zhvillimin e programeve të kontrollit për makinat CNC. Përveç kësaj, ky model transferohet në sistemet e analizës inxhinierike (CAE-sistemet) dhe përdoret atje për llogaritjet inxhinierike. Një mostër fizike e një produkti mund të merret nga një model kompjuterik duke përdorur metoda dhe mjete të shpejta të prototipit. Një model 3D jo vetëm që mund të ndërtohet duke përdorur këtë sistem CAD, por, në një rast të veçantë, mund të merret nga një sistem tjetër CAD përmes një prej ndërfaqeve të dakorduara, ose të gjenerohet nga rezultatet e matjes së një produkti prototip fizik në një makinë matëse koordinative.
Mënyrat për të paraqitur modele.
Dalloni midis modelimit të sipërfaqes (kornizë-sipërfaqe) dhe modelimit të ngurtë. Në modelimin e sipërfaqes, së pari ndërtohet një kornizë - një strukturë hapësinore e përbërë nga segmente vijash, harqe rrethore dhe vija. Korniza luan një rol ndihmës dhe shërben si bazë për ndërtimin e mëvonshëm të sipërfaqeve që "tërhiqen" mbi elementët e kornizës.
Në varësi të mënyrës së ndërtimit, dallohen këto lloje të sipërfaqeve: të rregulluara; rrotullimi; kinematike; çiftëzimi i filetove; duke kaluar nëpër seksione gjatësore dhe tërthore; sipërfaqet për "shtrëngimin e dritareve" ndërmjet tre ose më shumë sipërfaqeve ngjitur; Sipërfaqet NURBS të përcaktuara duke specifikuar pikat e kontrollit të seksioneve gjatësore dhe tërthore; sipërfaqet planare.
Megjithëse sipërfaqet përcaktojnë kufijtë e një trupi të ngurtë, koncepti i një "ngurtë" nuk ekziston në modalitetin e modelimit të sipërfaqes, edhe nëse sipërfaqet përcaktojnë një vëllim të mbyllur. Ky është ndryshimi më i rëndësishëm midis modelimit të sipërfaqes dhe të ngurtë.
Një veçori tjetër është se elementët e modelit të sipërfaqes së kornizës nuk janë të lidhura me njëri-tjetrin në asnjë mënyrë. Ndryshimi i njërit prej elementeve nuk ndryshon automatikisht të tjerët. Kjo jep shumë liri në modelim, por në të njëjtën kohë e ndërlikon shumë punën me modelen.
Të mirat dhe të këqijat e grafikës 3D
Grafikat 3D do t'ju ndihmojnë në rastet kur duhet të futni një skenë imagjinare në imazhin e botës reale. Kjo situatë është tipike për detyrat e projektimit arkitektonik. Në këtë rast, grafika 3D eliminon nevojën për të krijuar një plan urbanistik dhe ofron mundësi fleksibël për sintetizimin e një imazhi të skenës për çdo kusht moti dhe nga çdo kënd shikimi.
Mund të imagjinohet një situatë tjetër: jo një objekt imagjinar është i ngulitur në sfondin real, por përkundrazi, imazhi i një objekti real është i ngulitur në një skenë tredimensionale si përbërës i tij. Kjo metodë e përdorimit të grafikës 3D përdoret, për shembull, për të krijuar salla ekspozite virtuale ose galeri, në muret e të cilave janë varur imazhe të pikturave reale.
Lojra kompjuterike- një nga fushat më të gjera dhe më të testuara të aplikimit të grafikës 3D. Ndërsa softueri i modelimit 3D përmirësohet, produktiviteti rritet dhe burimet e kujtesës kompjuterike rriten, botët virtuale 3D bëhen më komplekse dhe më realiste.
Grafikat tredimensionale ndihmojnë gjithashtu aty ku zbatimi i fotografisë reale është i pamundur, i vështirë ose kërkon kosto të konsiderueshme materiale, dhe gjithashtu ju lejon të sintetizoni imazhe të ngjarjeve që nuk ndodhin në jetën e përditshme. 3D Studio MAX 3.0 ofron mjete për të simuluar efektin e forcave fizike si graviteti, fërkimi ose inercia në objektet 3D, si dhe për të riprodhuar rezultatet e përplasjeve midis objekteve.
Argumentet kryesore në favor të grafikës 3D shfaqen kur bëhet fjalë për krijimin e animacionit kompjuterik. 3D Studio MAX 3.0 ju lejon të thjeshtoni ndjeshëm punën në videoklipe të animuara përmes përdorimit të teknikave të animacionit për skenat tredimensionale. Më lart, ne shqyrtuam tiparet e grafikës tre-dimensionale, të cilat mund t'i atribuohen avantazheve të saj në krahasim me grafikat konvencionale dy-dimensionale. Por, siç e dini, nuk ka avantazhe pa disavantazhe. ... Disavantazhet e grafikës tredimensionale, të cilat duhet të merren parasysh kur zgjidhni mjete për zhvillimin e projekteve tuaja grafike të ardhshme, mund të merren parasysh me kusht:
Kërkesa të shtuara për harduerin e kompjuterit, veçanërisht për sasinë e RAM-it, disponueshmërinë e hapësirës së lirë në hard disk dhe shpejtësinë e procesorit;
Nevoja për shumë punë përgatitore por krijimi i modeleve të të gjitha objekteve në skenë që mund të bien në fushën e shikimit të kamerës dhe caktimi i materialeve për to. Megjithatë, kjo punë zakonisht shpërblehet me rezultatin e marrë;
Më pak liri në formimin e imazhit sesa kur përdorni grafikë 2D. Do të thotë që duke vizatuar një figurë me laps në letër ose me anë të grafikëve dydimensionale në një ekran kompjuteri, ju keni mundësinë të shtrembëroni plotësisht lirshëm çdo proporcion të objektit, të shkelni rregullat e perspektivës etj., nëse është e nevojshme për të. mishërojnë qëllimin artistik. Në 3D Studio MAX 3.0, kjo është gjithashtu e mundur, por kërkon përpjekje shtesë;
Nevoja për të kontrolluar pozicionin relativ të objekteve në skenë, veçanërisht gjatë kryerjes së animacionit. Për shkak të faktit se objektet e grafikës tredimensionale janë "të pa trupit", është e lehtë të pranohet depërtimi i gabuar i një objekti në një tjetër ose mungesa e gabuar e kontaktit të nevojshëm midis objekteve.
Grafikat 3D nuk përfshijnë domosdoshmërisht projeksionin në një aeroplan ...
YouTube kolegjial
1 / 5
✪ Teoria e Grafikës 3D Mësimi 01 - Hyrje në Grafikën 3D
✪ Grafika kompjuterike në kinema
✪ Leksioni 1 | Grafika kompjuterike | Vitaly Galinsky | Lektorium
✪ 12 - Grafika kompjuterike. Konceptet themelore të grafikës kompjuterike
✪ Leksioni 4 | Grafika kompjuterike | Vitaly Galinsky | Lektorium
Titra
Aplikacion
Grafikat tredimensionale përdoren në mënyrë aktive për të krijuar imazhe në rrafshin e një ekrani ose fletë të materialit të shtypur në shkencë dhe industri, për shembull, në sistemet e automatizimit të projektimit (CAD; për krijimin e elementeve të ngurta: ndërtesa, pjesë makine, mekanizma), arkitektonike vizualizimi (kjo përfshin edhe të ashtuquajturën "Arkeologji Virtuale"), në sistemet moderne të imazhit mjekësor.
Aplikimi më i gjerë është në shumë lojëra kompjuterike moderne, si dhe si një element i kinemasë, televizionit dhe materialeve të printuara.
Grafikat 3D zakonisht kanë të bëjnë me një hapësirë virtuale, imagjinare tre-dimensionale që shfaqet në një sipërfaqe të sheshtë dy-dimensionale të një ekrani ose fletë letre. Aktualisht, ekzistojnë disa metoda për shfaqjen e informacionit tre-dimensional në një formë vëllimore, megjithëse shumica e tyre përfaqësojnë karakteristika vëllimore shumë të kushtëzuara, pasi ato punojnë me një imazh stereo. Nga kjo zonë mund të vërehen syze stereo, helmeta virtuale, ekrane 3D të afta për të treguar një imazh tredimensional. Disa prodhues kanë demonstruar ekrane 3D të gatshme për prodhim. Sidoqoftë, ekranet 3D ende nuk lejojnë krijimin e një kopjeje të plotë fizike, të prekshme të një modeli matematik të krijuar nga metodat grafike tredimensionale. Teknologjitë e shpejta të prototipizimit që janë zhvilluar që nga vitet 1990 po e mbushin këtë boshllëk. Duhet të theksohet se teknologjitë e prototipizimit të shpejtë përdorin paraqitjen e një modeli matematikor të një objekti në formën e një solid (modeli voxel).
Krijim
Për të marrë një imazh tredimensional në një aeroplan, kërkohen hapat e mëposhtëm:
- modelimi- krijimi i një modeli matematikor tredimensional të skenës dhe objekteve në të;
- teksturim- caktimi i teksturave raster ose procedurale në sipërfaqet e modeleve (nënkupton gjithashtu vendosjen e vetive të materialeve - transparencë, reflektime, vrazhdësi, etj.);
- ndriçimi- instalimi dhe konfigurimi;
- animacion(në disa raste) - duke u dhënë lëvizje sendeve;
- simulimi dinamik(në disa raste) - llogaritja automatike e ndërveprimit të grimcave, trupave të fortë / të butë, etj. me forcat e simuluara të gravitetit, erës, shtytjes, etj., si dhe me njëri-tjetrin;
- pasqyrimi(vizualizimi) - ndërtimi i një projeksioni në përputhje me modelin fizik të zgjedhur;
- duke përbërë(faqosje) - përsosje e imazhit;
- nxjerrja e imazhit që rezulton në një pajisje dalëse - një ekran ose një printer special.
Modelimi
Paketat më të njohura për modelim të pastër janë:
- Robert McNeel & Assoc. Rhinoceros 3D;
Për të krijuar një model tre-dimensional të një personi ose një krijese, një skulpturë mund të përdoret si prototip (në shumicën e rasteve).
Teksturimi
SketchUp
Rendering 3D në lojëra dhe aplikacione
Ekzistojnë një numër bibliotekash softuerësh për paraqitjen e grafikave 3D në programet e aplikimit - DirectX, OpenGL, etj.
Ekzistojnë një numër qasjesh për të përfaqësuar grafikat 3D në lojëra - 3D e plotë, pseudo-3D.
Paketa të tilla as nuk e lejojnë gjithmonë përdoruesin të përdorë drejtpërdrejt një model 3D, për shembull, ekziston një paketë OpenSCAD, në të cilën modeli formohet duke ekzekutuar një skript të krijuar nga përdoruesi i shkruar në një gjuhë të specializuar.
Ekranet 3D
Ekrane 3D ose stereoskopike, (ekranet 3D, ekranet 3D) - shfaq, me anë të një efekti stereoskopik ose ndonjë efekt tjetër, duke krijuar iluzionin e volumit real në imazhet e shfaqura.
Aktualisht, shumica dërrmuese e imazheve tredimensionale shfaqen duke përdorur efektin stereoskopik, si më i lehtë për t'u zbatuar, megjithëse përdorimi i vetëm i stereoskopisë nuk mund të quhet i mjaftueshëm për perceptimin vëllimor. Syri i njeriut, si në çift ashtu edhe i vetëm, i dallon po aq mirë objektet vëllimore nga imazhet e sheshta [ ] .
grafika 3D
| Emri i parametrit | Kuptimi |
| Tema e artikullit: | grafika 3D |
| Kategoria (kategoria tematike) | teknologjitë |
Grafikat tredimensionale kanë gjetur aplikim të gjerë në fusha të tilla si llogaritjet shkencore, dizajni inxhinierik, modelimi kompjuterik i objekteve fizike.
Paraqitja e një figure të sheshtë në vizatim nuk është shumë e vështirë, pasi një model gjeometrik dydimensional është i ngjashëm me figurën e paraqitur, e cila është gjithashtu dy-dimensionale.
Objektet gjeometrike tredimensionale përshkruhen në vizatim si një grup projeksionesh në plane të ndryshme, gjë që jep vetëm një paraqitje të përafërt të kushtëzuar të këtyre objekteve si figura hapësinore. Kur është jashtëzakonisht e rëndësishme të reflektoni në vizatimin e ndonjë detaji, kërkohen detaje të objektit, seksione shtesë, prerje, etj. ...
Kur ndërtoni një objekt duke përdorur një kompjuter, kohët e fundit është zhvilluar një qasje e bazuar në krijimin e paraqitjeve gjeometrike tre-dimensionale - modele.
Modelimi gjeometrik i referohet krijimit të një modeli të objekteve gjeometrike që përmbajnë informacion në lidhje me gjeometrinë e objektit. Një model i një objekti gjeometrik zakonisht kuptohet si një grup informacioni që përcakton në mënyrë unike formën e tij. Për shembull, një pikë duhet të përfaqësohet nga dy (modeli 2D) ose tre (modeli 3D) koordinata; rrethi - sipas koordinatave të qendrës dhe rrezes, etj. Modeli gjeometrik tredimensional, i ruajtur në kujtesën e kompjuterit, jep një ide mjaft të plotë (në masën e një rëndësie ekstreme) të objektit që modelohet. Një model i tillë zakonisht quhet virtual ose dixhital.
Në modelimin tredimensional, vizatimi luan një rol ndihmës, dhe metodat e krijimit të tij bazohen në metodat e grafikës kompjuterike, metodat e shfaqjes së modelit hapësinor. Me këtë qasje, modeli gjeometrik i një objekti mund të përdoret jo vetëm për të krijuar një imazh grafik, por edhe për të llogaritur disa nga karakteristikat e tij, për shembull, masën, vëllimin, momentin e inercisë, etj., si dhe për forcën, inxhinieri termike dhe llogaritje të tjera.
Teknologjia e modelimit 3D është si më poshtë:
· Dizajnimi dhe krijimi i një kornize virtuale (“skelet”) të një objekti “që i përgjigjet plotësisht formës së tij reale;
· Projektimi dhe krijimi i materialeve virtuale me veti fizike të vizualizimit të ngjashme me ato reale;
· Caktimi i materialeve në pjesë të ndryshme të sipërfaqes së objektit (projektimi i një teksture në një objekt);
· Vendosja e parametrave fizikë të hapësirës në të cilën do të funksionojë objekti - vendosja e ndriçimit, gravitetit, vetitë e atmosferës, vetitë e objekteve dhe sipërfaqeve që ndërveprojnë, përcaktimi i trajektores së lëvizjes së objekteve;
· Llogaritja e sekuencës rezultuese të kornizave;
· Imponimi i efekteve sipërfaqësore në klipin përfundimtar të animacionit.
Model. Për të shfaqur objekte tredimensionale në një ekran monitori, kërkohen një sërë procesesh (zakonisht të quajtura transportues), të ndjekur nga përkthimi i rezultatit në formë dydimensionale. Fillimisht, një objekt përfaqësohet si një grup pikash ose koordinatash në hapësirën tredimensionale. Një sistem koordinativ tredimensional përcaktohet nga tre boshte: horizontale, vertikale dhe thellësi, që zakonisht quhen përkatësisht boshtet X, Y dhe Z. Objekti duhet të jetë një shtëpi, person, makinë, aeroplan ose e gjithë bota 3D. dhe koordinatat përcaktojnë pozicionin e kulmeve (pikave të ankorimit), nga të cilat përbëhet objekti, në hapësirë. Duke i lidhur kulmet e objektit me vija, marrim një model kornizë teli, i quajtur kështu sepse shihen vetëm skajet e sipërfaqeve të trupit tredimensional. Korniza e telit përcakton zonat që përbëjnë sipërfaqen e një objekti, të cilat janë të mbushura me ngjyra, tekstura dhe të ndriçuara nga rrezet e dritës.
Varietetet e grafikës 3D. Ekzistojnë llojet e mëposhtme të grafikës 3D: poligonale, analitike, fractal, spline.
Grafikat poligonale janë më të zakonshmet. Kjo është kryesisht për shkak të shpejtësisë së lartë të përpunimit. Çdo objekt i grafikës poligonale përcaktohet nga një grup poligonesh. Shumëkëndësh - ϶ᴛᴏ shumëkëndësh i sheshtë. Opsioni më i thjeshtë janë shumëkëndëshat trekëndësh, sepse, siç e dini, një aeroplan mund të tërhiqet nëpër çdo tre pikë në hapësirë. Çdo shumëkëndësh përcaktohet nga një grup pikash. Pika përcaktohet nga tre koordinata - X, Y, Z. Kështu, ju mund të specifikoni një objekt 3-dimensional si një grup ose strukturë.
Grafika analitike në thelb konsiston në faktin se objektet vendosen në mënyrë analitike, domethënë me formula. Për shembull: një top me rreze r me qendër në pikën (x 0, y 0, z 0) përshkruhet me formulën (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2. Duke kombinuar formula të ndryshme me njëra-tjetrën, mund të merrni objekte me forma komplekse. Por e gjithë vështirësia qëndron në gjetjen e formulës për objektin e kërkuar.
Një mënyrë tjetër për të krijuar objekte analitike është krijimi i trupave të revolucionit. Pra, duke rrotulluar një rreth rreth një boshti, mund të merrni një torus, dhe njëkohësisht duke rrotulluar një elips fort të zgjatur rreth boshteve të veta dhe të jashtme, mund të merrni një torus mjaft të bukur të valëzuar.
Grafikat fraktale bazohen në konceptin e një fraktal - vetëngjashmëri. Një objekt quhet i vetëngjashëm kur pjesët e zmadhuara të objektit i ngjajnë vetë objektit dhe njëra-tjetrës. Klasa "vetë e ngjashme" përfshin terrenin. Pra, skaji i dhëmbëzuar i një guri të thyer është si një kreshtë në horizont. Grafikat fraktale, si grafika vektoriale, bazohen në llogaritjet matematikore. Elementi bazë i grafikës fraktal është një formulë matematikore, në këtë drejtim, asnjë objekt nuk ruhet në kujtesën e kompjuterit dhe imazhi ndërtohet ekskluzivisht sipas ekuacioneve.
Në këtë mënyrë ndërtohen si strukturat më të thjeshta të rregullta ashtu edhe ilustrimet komplekse që imitojnë peizazhe natyrore dhe objekte tredimensionale. Algoritmet fraktale mund të krijojnë imazhe të pabesueshme 3D.
Grafikat Spline bazohen në konceptin e një spline. Termi "spline" është nga anglishtja spline. Pra, është zakon të quhet një shirit fleksibël prej çeliku, me ndihmën e të cilit hartuesit tërheqin kthesa të lëmuara nëpër pikat e dhëna. Në kohët e vjetra, një metodë e ngjashme e kontureve të lëmuara të trupave të ndryshëm (byku i anijes, trupi i makinës) ishte i përhapur në praktikën e inxhinierisë mekanike. Si rezultat, forma e trupit u vendos duke përdorur një grup të seksioneve të sheshit të prodhuara me saktësi. Ardhja e kompjuterëve bëri të mundur kalimin nga kjo metodë e shabllonit të sheshit në një mënyrë më efikase për të specifikuar sipërfaqen e një trupi të efektshëm. Në themel të kësaj qasjeje për përshkrimin e sipërfaqeve është përdorimi i formulave relativisht të thjeshta që bëjnë të mundur riprodhimin e pamjes së një produkti me saktësi jashtëzakonisht të rëndësishme.
Kur modeloni me splina, metoda më e zakonshme është splinat racionale bikubike B në një rrjet jo uniform (NURBS). Në këtë rast, lloji i sipërfaqes përcaktohet nga një rrjet pikash kontrolli të vendosura në hapësirë. Secilës pikë i caktohet një koeficient, vlera e të cilit përcakton shkallën e ndikimit të saj në pjesën e sipërfaqes që kalon pranë pikës. Forma dhe "butësia" e sipërfaqes varen nga pozicioni relativ i pikave dhe nga madhësia e koeficientëve.
Deformimi i objektit sigurohet duke lëvizur pikat e kontrollit. Një metodë tjetër quhet rrjetë deformimi. Rreth objektit ose pjesës së tij vendoset një rrjetë tredimensionale, lëvizja e çdo pike të së cilës shkakton deformim elastik si të vetë rrjetës ashtu edhe të objektit të rrethuar.
Pas formimit të “skeletit” të objektit, është jashtëzakonisht e rëndësishme që sipërfaqja e tij të mbulohet me materiale. E gjithë shumëllojshmëria e vetive në modelimin kompjuterik reduktohet në vizualizimin e sipërfaqes, d.m.th., në llogaritjen e koeficientit të transparencës së sipërfaqes dhe këndit të thyerjes së rrezeve të dritës në kufirin e materialit dhe hapësirës përreth. Pesë modele bazë fizike përdoren për të ndërtuar sipërfaqe materiale:
Bouknight - një sipërfaqe me një reflektim të përhapur pa shkëlqim (për shembull, plastike mat);
· Phong - një sipërfaqe me mikrosipërfaqe të strukturuara (për shembull, metal);
· Blinn - një sipërfaqe me një shpërndarje të veçantë të mikrovrazhdësive, duke marrë parasysh mbivendosjet e ndërsjella (për shembull, shkëlqim);
· Whitted - një model që ju lejon të merrni gjithashtu parasysh polarizimin e dritës;
· Hall - një model që ju lejon të rregulloni drejtimin e parametrave të reflektimit dhe thyerjes së dritës.
Sipërfaqet pikturohen duke përdorur metodat gouraud ose Phong. Në rastin e parë, ngjyra primitive llogaritet në kulmet e saj, dhe më pas interpolohet në mënyrë lineare mbi sipërfaqe. Në rastin e dytë, ndërtohet një normale për objektin në tërësi, vektori i tij interpolohet mbi sipërfaqen e primitivëve përbërës dhe për çdo pikë llogaritet ndriçimi.
Drita që buron nga një sipërfaqe në një pikë specifike drejt vëzhguesit është shuma e përbërësve të shumëzuar me një faktor që lidhet me materialin dhe ngjyrën e sipërfaqes në atë pikë. Këta komponentë përfshijnë:
· Drita që vinte nga ana e pasme e sipërfaqes, d.m.th., drita e përthyer (E përthyer);
· E lehtë, e shpërndarë në mënyrë të barabartë nga sipërfaqja (Difuze);
· Drita e reflektuar në pasqyrë (Reflected);
· Shkëlqim, d.m.th. burime të dritës së reflektuar (Specular);
· Vetëndriçimi i sipërfaqes.
Karakteristikat e sipërfaqes përshkruhen në grupet e teksturave të krijuara (2D ose 3D). Tᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, grupi përmban të dhëna për shkallën e transparencës së materialit; indeksi i thyerjes; koeficientët e zhvendosjes së komponentëve (lista e tyre tregohet më lart); ngjyra në çdo pikë, ngjyra e theksimit, gjerësia dhe mprehtësia e saj; ngjyra e ndriçimit të shpërndarë (sfondi); devijimet lokale të vektorëve nga normalja (d.m.th., vrazhdësia e sipërfaqes merret parasysh).
Hapi tjetër është imponimi (“dizajni”) i teksturave në zona të caktuara të kornizës së objektit. Në këtë rast, është jashtëzakonisht e rëndësishme të merret parasysh ndikimi i tyre i ndërsjellë në kufijtë e primitivëve. Projektimi i materialeve për një objekt është një detyrë e vështirë për t'u zyrtarizuar, është e ngjashme me një proces artistik dhe kërkon të paktën aftësi minimale krijuese nga interpretuesi.
Nga të gjithë parametrat e hapësirës në të cilën vepron objekti i krijuar, nga pikëpamja e vizualizimit, më i rëndësishmi është përcaktimi i burimit të dritës. Në grafikë tre-dimensionale, është zakon të përdoren ekuivalentët virtualë të burimeve fizike:
· Drita e tretur (Ambitnt Light), e cila është një analog i një sfondi të njëtrajtshëm të dritës. Nuk ka parametra gjeometrikë dhe karakterizohet vetëm nga ngjyra dhe intensiteti.
· Një burim i largët jo-pikor quhet Dritë e Largët. Atij i caktohen parametra (koordinata) specifike. Analogu në natyrë është Dielli.
· Burimi i dritës së pikës lëshon dritë në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet dhe gjithashtu ka koordinata. Një analog në teknologji është një llambë elektrike.
· Burimi i dritës me drejtim (Direct Light Source) përveç vendndodhjes karakterizohet nga drejtimi i fluksit të dritës, këndet e konit të plotë të dritës dhe pika e saj më e ndritshme. Një analog në teknologji është një prozhektues.
Procesi i llogaritjes së imazheve realiste quhet rendering. Shumica e renderuesve modernë bazohen në teknikën e gjurmimit të rrezeve të pasme. Thelbi i saj është si më poshtë:
· Nga pika e vëzhgimit të skenës, një rreze virtuale dërgohet në hapësirë përgjatë trajektores së së cilës imazhi duhet të vijë në pikën e vëzhgimit.
· Për të përcaktuar parametrat e rrezes hyrëse, të gjitha objektet në skenë kontrollohen për kryqëzim me shtegun e vëzhgimit. Nëse shtypja nuk ndodh, atëherë konsiderohet se rrezja godet sfondin e skenës dhe informacioni në hyrje përcaktohet nga parametrat e sfondit. Nëse trajektorja kryqëzohet me objektin, atëherë në pikën e kontaktit llogaritet drita që shkon në pikën e vëzhgimit në përputhje me parametrat e materialit.
Pas përfundimit të projektimit dhe vizualizimit të objektit, ata fillojnë ta "ringjallin" atë, domethënë të vendosin parametrat e lëvizjes. Animacioni kompjuterik bazohet në korniza kyçe. Në kornizën e parë, objekti vendoset në pozicionin e tij origjinal. Pas një intervali të caktuar (për shembull, në bllokun e tetë) vendoset një pozicion i ri i objektit dhe kështu me radhë deri në pozicionin përfundimtar. Pozicionet e ndërmjetme llogariten nga programi sipas një algoritmi të veçantë. Në këtë rast, nuk ka vetëm një përafrim linear, por një ndryshim të qetë në pozicionin e pikave të kontrollit të objektit në përputhje me kushtet e specifikuara. Këto kushte përcaktohen nga hierarkia e objekteve (d.m.th., nga ligjet e ndërveprimit të tyre me njëri-tjetrin), planet e lejuara të lëvizjes, këndet kufizuese të kthesave, madhësitë e nxitimeve dhe shpejtësive.
Kjo qasje quhet metoda e kinematikës së kundërt. Ai është i mirë në modelimin e pajisjeve mekanike. Në rastin e imitimit të objekteve të gjalla, përdoren të ashtuquajturat modele të skeletit. Kjo do të thotë, krijohet një kornizë e caktuar që është e lëvizshme në pikat karakteristike të objektit të modeluar. Lëvizjet e pikave llogariten duke përdorur metodën e mëparshme.
Metoda e modelimit gjeometrik tredimensional zbatohet në shumë produkte softuerike, përfshirë. të njohura si AutoCAD dhe ArchiCAD.
Grafika tredimensionale - koncepti dhe llojet. Klasifikimi dhe veçoritë e kategorisë "Grafika tredimensionale" 2017, 2018.
Grafika kompjuterike- një shkencë që studion metodat dhe metodat e krijimit, formimit, ruajtjes dhe përpunimit të imazheve duke përdorur softuer dhe sisteme kompjuterike harduerike.
Grafika tredimensionale (grafika 3D) - seksioni i grafikës kompjuterike, një grup teknikash dhe mjetesh softuerësh dhe harduerësh të krijuar për imazhin hapësinor të objekteve në një sistem koordinativ tredimensional.
Model - një objekt që pasqyron veçoritë thelbësore të objektit, dukurisë ose procesit të studiuar.
Modelimi 3D - studimi i një objekti, dukurie ose procesi duke ndërtuar dhe studiuar modelin e tij.
Redaktorët e grafikës 3D- programe dhe paketa softuerike të dizajnuara për modelim tredimensional.
Rrjetë poligonesh - një grup kulmesh, skajesh, faqesh që përcaktojnë formën e një objekti poliedrik në grafikë tredimensionale.
Shumëkëndëshi- elementi më i vogël i një rrjete poligonale, mund të jetë një trekëndësh, katërkëndësh ose një shumëkëndësh tjetër i thjeshtë konveks.
Spline- një objekt gjeometrik dydimensional që mund të shërbejë si bazë për ndërtimin e objekteve tredimensionale.
Motori grafik ("renderer"; ndonjëherë "render")- softuer, detyra kryesore e të cilit është vizualizimi (renderimi) i grafikës kompjuterike dy-dimensionale ose tredimensionale.
Metodat për krijimin e objekteve 3D
Sipas formës së tyre, objektet e botës reale ndahen në të thjeshta dhe komplekse. Një shembull i një objekti të thjeshtë është një tullë, dhe një kompleks është një makinë. Për çdo objekt në botën reale, pavarësisht nga kompleksiteti dhe natyra e tij, ju mund të krijoni një model tredimensional. Ekzistojnë metoda të ndryshme të modelimit 3D:
· Modelimi i bazuar në primitive;
· Modelimi me spline;
· Përdorimi i modifikuesve;
Modelimi me sipërfaqe të redaktueshme: Rrjetë e modifikueshme(Sipërfaqe e modifikueshme), Poli i modifikueshëm(Sipërfaqe poligonale e modifikueshme), Patch i modifikueshëm
· Krijimi i objekteve duke përdorur operacione boolean;
· Krijimi i skenave tredimensionale duke përdorur grimca;
· NURBS-simulimi (modelimi i bazuar në B-splines iracionale johomogjene).
Kur krijoni një objekt në skenë, është e nevojshme të merren parasysh veçoritë e gjeometrisë së tij. Në mënyrë tipike, i njëjti objekt mund të modelohet në disa mënyra, por gjithmonë ekziston një metodë që është më e përshtatshme dhe kërkon më pak kohë.
Në këtë punim, objektet krijohen për një sistem ndërveprues, i cili vendos disa kufizime në kompleksitetin e tyre. Nuk mund të krijoni objekte fotorealiste (objekte me poligonal të lartë), pasi ato kërkojnë shumë burime kompjuterike mbi të cilat do të nisë programi përfundimtar, dhe gjithashtu, sa më shumë objekte në skenë, aq më e madhe është ngarkesa në motorin grafik. Kur punoni në objekte tredimensionale për sisteme ndërvepruese, këto kufizime duhet të merren parasysh dhe është e nevojshme të krijohen objekte sa më të optimizuara, por jo në kurriz të cilësisë së pamjes. Ekuilibri midis cilësisë dhe kompleksitetit optimal është një nga problemet kryesore kur krijohen objekte për sisteme ndërvepruese.
Modelimi me primitivë
Kjo metodë përdoret në rastet kur mund të ndash mendërisht një objekt në disa primitivë të thjeshtë të lidhur me njëri-tjetrin. Është e nevojshme të kemi një mendim të mirë hapësinor, të imagjinojmë vazhdimisht objektin, të gjitha detajet kryesore të tij dhe vendndodhjen e tyre në raport me njëri-tjetrin. Duke përdorur primitivët, është e mundur të përshkruani pothuajse çdo objekt, por kur modeloni objekte komplekse, pas një numri të caktuar të madh primitivësh, përdorimi i kësaj metode është jopraktike.
Oriz. 1.
Procesi i krijimit të objekteve të bazuara në primitive mund të ndahet në faza:
· Ndarja mendore e objektit origjinal në primitivë;
· Krijimi i primitivëve;
· Rregullimi i primitivëve në raport me njëri-tjetrin sipas formës së objektit që krijohet;
· Korrigjimi i madhësive të primitivëve;
· Teksturimi, domethënë mbivendosja e materialit.
Primitivët përdoren më së miri kur përshkruajnë objekte relativisht të thjeshta. Përdorimi i tyre për shfaqjen e objekteve komplekse është i padëshirueshëm.
Modelimi me spline
Një nga mënyrat më efektive për të krijuar modele 3D. Krijimi i një modeli duke përdorur splines reduktohet në ndërtimin e një kornize teli spline, mbi bazën e të cilit krijohet një sipërfaqe gjeometrike tredimensionale.
Shumica e redaktuesve 3D kanë aftësi të modelimit spline, dhe paketa e veglave për këto programe përfshin format e mëposhtme:
Oriz. 2.
· Linjë
· Rretho
· Hark (Arc);
· Ngon (Poligon);
· Teksti (Tex);
· Seksioni
· Drejtkëndësh
· Ellipse (Elipse);
· Donut (Unaza);
· Yll (Poligoni në formën e një ylli);
· Helix
· Vezë
Si parazgjedhje, primitivet spline nuk shfaqen në kohën e renderimit dhe përdoren si objekte ndërtimi, por ato mund të jepen sipas nevojës.
Nga format e vijës, mund të krijoni objekte komplekse gjeometrike tre-dimensionale. Kjo metodë përdoret më shpesh gjatë modelimit të objekteve simetrike duke rrotulluar një profil splin rreth një boshti të caktuar, si dhe objekte asimetrike, duke i dhënë volum seksionit të një forme të zgjedhur të vijës.
Përdorimi i modifikuesve
Një modifikues është një operacion i veçantë që mund të zbatohet në një objekt, si rezultat i të cilit ndryshohen vetitë e objektit. Të gjithë redaktuesit e grafikës tredimensionale kanë një numër të madh modifikuesish që ndikojnë në objekt në mënyra të ndryshme, për shembull, duke e përkulur, shtrirë, zbutur ose përdredhur atë. Modifikuesit mund të përdoren gjithashtu për të kontrolluar pozicionin e një teksture në një objekt ose për të ndryshuar vetitë e tij fizike.
Oriz. 3.
Në produktet profesionale me funksione të plota për 3D modelimi, për shembull "Autodesk 3ds Max"është e mundur që shpejt të shkoni te cilësimet e objektit dhe modifikuesit e aplikuar në të, të çaktivizoni ose aktivizoni veprimet e modifikuesve, si dhe të ndryshoni rendin e ndikimit të tyre në objekt.
Modelimi me sipërfaqe të redaktueshme
Mënyra e zakonshme për të krijuar 3D modele. Shumica e redaktuesve modernë 3D ju lejojnë të punoni me llojet e mëposhtme të sipërfaqeve të redaktueshme:
· Rrjetë e modifikueshme(Sipërfaqe e modifikueshme);
· Poli i modifikueshëm(Sipërfaqe poligonale e modifikueshme);
· Patch i modifikueshëm(Sipërfaqja e arnimit të modifikueshme);
Të gjitha metodat e mësipërme për ndërtimin e sipërfaqeve janë të ngjashme me njëra-tjetrën, dhe ndryshimet qëndrojnë në cilësimet e modelimit në nivelin e nën-objektit. Në objekte si Poli i modifikueshëm modeli përbëhet nga shumëkëndësha, në Rrjetë e modifikueshme- nga faqet trekëndore, dhe në Patch i modifikueshëm- nga arna të formës trekëndore ose katërkëndore, të cilat krijohen nga splinat Bezier.
Oriz. 4.
Një shembull i një pakete softuerike që ka aftësi modelimi duke përdorur sipërfaqe të redaktueshme mund të jetë "Autodesk 3ds Max". Kur punoni me objekte si Poli i modifikueshëm, përdoruesi mund të modifikojë kulmet ( Kulmi), skajet ( Buzë), kufijtë ( Kufiri), poligonet ( Shumëkëndëshi) dhe elementet ( Elementi) të objektit që redaktohet. Aftësitë e redaktimit të objekteve Mesh të modifikueshme dallohen nga aftësia për të ndryshuar fytyrat ( Fytyra) dhe mungesa e një regjimi të redaktimit të kufirit. Për të punuar me Patch i modifikueshëm ju mund të përdorni mënyrat e redaktimit të kulmeve, skajeve, arnimeve ( Patch), elementet dhe vektorët ( Doreza).
Oriz. 5. Aftësitë e redaktimit të sipërfaqes Poli i modifikueshëm Për shembull "Autodesk 3ds Max"
Duhet theksuar se "Politik i modifikueshëm"- metoda më e zakonshme e modelimit, e përdorur për të krijuar modele komplekse dhe modele të ulëta për sistemet ndërvepruese.
Krijimi i objekteve duke përdorur operacionet Boolean
Një nga mënyrat më të përshtatshme dhe më të shpejta të modelimit është krijimi 3D objektet duke përdorur operacione boolean. Thelbi i kësaj metode është se kur dy objekte kryqëzohen, mund të merrni një të tretë, i cili do të jetë rezultat i shtimit ( Bashkimi), zbritje ( Zbritja) ose kryqëzim ( Kryqëzimi) të objekteve origjinale.
Oriz. 6. Aplikimi i një operacioni boolean Zbritja
Kjo metodë është e përshtatshme për të punuar me elementë arkitektonikë dhe teknikë, por jo e dëshirueshme për të punuar me objekte organike si njerëz, kafshë dhe bimë.
Pavarësisht nga përhapja e operacioneve Boolean, ato kanë të meta që çojnë në gabime në ndërtimin e modelit që rezulton (shtrembërim i përmasave dhe formës së objekteve origjinale). Për këtë arsye, shumë përdorues përdorin module shtesë për të shmangur gabimet në gjeometrinë e objekteve përfundimtare.
Krijimi i skenave 3D duke përdorur grimca
Sistemi i grimcave - mënyra e paraqitjes 3D objekte që nuk kanë kufij të qartë gjeometrikë. Përdoret për të krijuar fenomene natyrore si retë, mjegulla, shiu, bora. Mjetet e animimit të vetive të sistemeve të grimcave të disponueshme në produktet e fuqishme softuerike bëjnë të mundur thjeshtimin e ndjeshëm të krijimit të fenomeneve të ndryshme atmosferike, efekteve speciale, të cilat do të ishin jopraktike dhe joefektive për t'u arritur me metoda joprocedurale. Një sistem grimcash përbëhet nga një numër fiks ose arbitrar grimcash. Çdo grimcë përfaqësohet si një pikë materiale me atribute të tilla si shpejtësia, ngjyra, orientimi në hapësirë, shpejtësia këndore dhe të tjera. Gjatë punës së programit që simulon grimcat, çdo grimcë ndryshon gjendjen e saj sipas një ligji të caktuar të përbashkët për të gjitha grimcat e sistemit. Duhet të theksohet se një grimcë mund të ekspozohet ndaj gravitetit, të ndryshojë madhësinë, ngjyrën, shpejtësinë. Pas kryerjes së llogaritjeve të nevojshme, grimca vizualizohet. Një grimcë mund të jepet si një pikë, trekëndësh, sprite, apo edhe një model i plotë 3D. Grimcat shpesh kanë një jetëgjatësi maksimale të caktuar, pas së cilës grimca zhduket.
Oriz. 7.
Modelimi i sistemeve të grimcave kërkon performancë të lartë kompjuterike. V 3D aplikimet, zakonisht supozohet se grimcat nuk hedhin hije mbi njëra-tjetrën dhe mbi gjeometrinë përreth, dhe se ato nuk thithin, por lëshojnë dritë, përndryshe sistemet e grimcave do të kërkojnë më shumë burime për shkak të një sasie të madhe llogaritjesh shtesë: rasti i thithjes së dritës, renditja e grimcave larg nga kamera, dhe në rastin e hijeve, çdo grimcë do të duhet të vizatohet disa herë.
Modelimi NURBS
NURBS (Racion jo i njëtrajtshëm B-spline) - një formë matematikore e përdorur në grafikën kompjuterike për të gjeneruar dhe paraqitur kthesa dhe sipërfaqe. NURBS-Kurbat janë gjithmonë të lëmuara. Më shpesh kjo metodë përdoret për modelimin e objekteve organike, animimin e fytyrave të personazheve. Është metoda më e vështirë për t'u mësuar, por në të njëjtën kohë më e personalizueshme. I pranishëm në paketa profesionale 3D modelimi, më së shpeshti kjo zbatohet duke përfshirë në këto aplikacione NURB-motor grafik i zhvilluar nga një kompani e specializuar.
Oriz. tetë. NURB-lakore
Grafikat tredimensionale kanë gjetur aplikim të gjerë në fusha të tilla si llogaritjet shkencore, dizajni inxhinierik, modelimi kompjuterik i objekteve fizike.
Paraqitja e një figure të sheshtë në vizatim nuk është shumë e vështirë, pasi një model gjeometrik dydimensional është i ngjashëm me figurën e paraqitur, e cila është gjithashtu dy-dimensionale.
Objektet gjeometrike tredimensionale përshkruhen në vizatim si një grup projeksionesh në plane të ndryshme, gjë që jep vetëm një paraqitje të përafërt të kushtëzuar të këtyre objekteve si figura hapësinore. Nëse është e nevojshme të reflektohet në vizatim kërkohet ndonjë detaj, detaje të objektit, seksione shtesë, prerje etj.. Duke marrë parasysh që dizajni zakonisht merret me objekte hapësinore, imazhi i tyre në vizatim nuk është gjithmonë një çështje e thjeshtë.
Kur ndërtoni një objekt duke përdorur një kompjuter, kohët e fundit është zhvilluar një qasje e bazuar në krijimin e paraqitjeve gjeometrike tre-dimensionale - modele.
Modelimi gjeometrik i referohet krijimit të modeleve të objekteve gjeometrike që përmbajnë informacion në lidhje me gjeometrinë e objektit. Një model i një objekti gjeometrik kuptohet si një grup informacioni që përcakton në mënyrë unike formën e tij. Për shembull, një pikë mund të përfaqësohet nga dy (modeli 2D) ose tre (modeli 3D) koordinata; rrethi - nga koordinatat e qendrës dhe rrezes, etj. Modeli gjeometrik tredimensional, i ruajtur në kujtesën e kompjuterit, jep një ide mjaft të plotë (nëse është e nevojshme) për objektin e modeluar. Ky model quhet virtual ose dixhital.
Në modelimin tredimensional, vizatimi luan një rol ndihmës, dhe metodat e krijimit të tij bazohen në metodat e grafikës kompjuterike, metodat e shfaqjes së modelit hapësinor. Me këtë qasje, modeli gjeometrik i një objekti mund të përdoret jo vetëm për të krijuar një imazh grafik, por edhe për të llogaritur disa nga karakteristikat e tij, për shembull, masën, vëllimin, momentin e inercisë, etj., si dhe për forcën, inxhinieri termike dhe llogaritje të tjera.
Teknologjia e modelimit tredimensional është si më poshtë:
· Projektimi dhe krijimi i një skeleti virtual ("skeleti") i objektit, që i përgjigjet plotësisht formës së tij reale;
· Projektimi dhe krijimi i materialeve virtuale me veti fizike të vizualizimit të ngjashme me ato reale;
· Caktimi i materialeve në pjesë të ndryshme të sipërfaqes së objektit (projektimi i një teksture në një objekt);
· Vendosja e parametrave fizikë të hapësirës në të cilën do të funksionojë objekti - vendosja e ndriçimit, gravitetit, vetitë e atmosferës, vetitë e objekteve dhe sipërfaqeve që ndërveprojnë, përcaktimi i trajektores së lëvizjes së objekteve;
· Llogaritja e sekuencës rezultuese të kornizave;
· Imponimi i efekteve sipërfaqësore në klipin përfundimtar të animacionit.
Model. Për të shfaqur objekte tredimensionale në një ekran monitori, kërkohen një sërë procesesh (zakonisht të quajtura transportues), të ndjekur nga përkthimi i rezultatit në formë dydimensionale. Fillimisht, një objekt përfaqësohet si një grup pikash ose koordinatash në hapësirën tredimensionale. Një sistem koordinativ tredimensional përcaktohet nga tre boshte: horizontale, vertikale dhe thellësi, zakonisht të quajtura përkatësisht boshtet X, Y dhe Z. Objekti mund të jetë një shtëpi, person, makinë, aeroplan ose e gjithë bota 3D. dhe koordinatat përcaktojnë pozicionin e kulmeve (pikave të ankorimit) nga të cilat përbëhet objekti, në hapësirë. Duke i lidhur kulmet e objektit me vija, marrim një model kornizë teli, i quajtur kështu sepse shihen vetëm skajet e sipërfaqeve të trupit tredimensional. Korniza e telit përcakton zonat që përbëjnë sipërfaqet e një objekti që mund të mbushet me ngjyra, tekstura dhe rreze drite.
Varietetet e grafikës 3D. Ekzistojnë llojet e mëposhtme të grafikës 3D: poligonale, analitike, fractal, spline.
Grafikat poligonale janë më të zakonshmet. Kjo është kryesisht për shkak të shpejtësisë së lartë të përpunimit. Çdo objekt i grafikës poligonale përcaktohet nga një grup poligonesh. Një shumëkëndësh është një shumëkëndësh i sheshtë. Opsioni më i thjeshtë janë shumëkëndëshat trekëndësh, sepse, siç e dini, një aeroplan mund të tërhiqet nëpër çdo tre pikë në hapësirë. Çdo shumëkëndësh përcaktohet nga një grup pikash. Pika përcaktohet nga tre koordinata - X, Y, Z. Kështu, ju mund të specifikoni një objekt 3-dimensional si një grup ose strukturë.
Grafika analitike konsiston në faktin se objektet vendosen në mënyrë analitike, domethënë me formula. Për shembull: një top me rreze r me qendër në pikën (x 0, y 0, z 0) përshkruhet me formulën (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2. Duke kombinuar formula të ndryshme me njëra-tjetrën, mund të merrni objekte me forma komplekse. Por e gjithë vështirësia qëndron në gjetjen e formulës për objektin e kërkuar.
Një mënyrë tjetër për të krijuar objekte analitike është krijimi i trupave të revolucionit. Pra, duke rrotulluar një rreth rreth një boshti, mund të merrni një torus, dhe njëkohësisht duke rrotulluar një elips fort të zgjatur rreth boshteve të veta dhe të jashtme, mund të merrni një torus mjaft të bukur të valëzuar.
Grafikat fraktale bazohen në konceptin e një fraktal - vetëngjashmëri. Një objekt quhet i vetëngjashëm kur pjesët e zmadhuara të objektit i ngjajnë vetë objektit dhe njëra-tjetrës. Klasa "vetë e ngjashme" është lokaliteti. Pra, skaji i dhëmbëzuar i një guri të thyer është si një kreshtë në horizont. Grafikat fraktale, si grafika vektoriale, bazohen në llogaritjet matematikore. Elementi bazë i grafikës fraktal është një formulë matematikore, kështu që asnjë objekt nuk ruhet në memorien e kompjuterit dhe imazhi ndërtohet vetëm sipas ekuacioneve.
Në këtë mënyrë ndërtohen si strukturat më të thjeshta të rregullta ashtu edhe ilustrimet komplekse që imitojnë peizazhe natyrore dhe objekte tredimensionale. Algoritmet fraktale mund të krijojnë imazhe të pabesueshme 3D.
Grafikat Spline bazohen në konceptin e një spline. Termi "spline" është nga anglishtja spline. Ky është emri i një shiriti fleksibël prej çeliku, me ndihmën e të cilit hartuesit tërheqin kthesa të lëmuara nëpër pikat e dhëna. Në kohët e vjetra, një metodë e ngjashme e kontureve të lëmuara të trupave të ndryshëm (byku i anijes, trupi i makinës) ishte i përhapur në praktikën e inxhinierisë mekanike. Si rezultat, forma e trupit u vendos duke përdorur një grup të seksioneve të sheshit të prodhuara me saktësi. Ardhja e kompjuterëve bëri të mundur kalimin nga kjo metodë e shabllonit të sheshit në një mënyrë më efikase për të specifikuar sipërfaqen e një trupi të efektshëm. Kjo qasje në përshkrimin e sipërfaqeve bazohet në përdorimin e formulave relativisht të thjeshta që bëjnë të mundur riprodhimin e pamjes së një produkti me saktësinë e kërkuar.
Kur modeloni me splina, metoda më e zakonshme është splinat racionale bikubike B në një rrjet jo uniform (NURBS). Në këtë rast, lloji i sipërfaqes përcaktohet nga një rrjet pikash kontrolli të vendosura në hapësirë. Secilës pikë i caktohet një koeficient, vlera e të cilit përcakton shkallën e ndikimit të saj në pjesën e sipërfaqes që kalon pranë pikës. Forma dhe "lëmësia" e sipërfaqes varen nga pozicioni relativ i pikave dhe nga madhësia e koeficientëve.
Deformimi i objektit sigurohet duke lëvizur pikat e kontrollit. Një metodë tjetër quhet rrjetë deformimi. Rreth objektit ose pjesës së tij vendoset një rrjetë tredimensionale, lëvizja e çdo pike të së cilës shkakton deformim elastik si të vetë rrjetës ashtu edhe të objektit të rrethuar.
Pas formimit të "skeletit" të objektit, është e nevojshme të mbulohet sipërfaqja e tij me materiale. E gjithë shumëllojshmëria e vetive në modelimin kompjuterik reduktohet në vizualizimin e sipërfaqes, d.m.th., në llogaritjen e koeficientit të transparencës së sipërfaqes dhe këndit të thyerjes së rrezeve të dritës në kufirin e materialit dhe hapësirës përreth. Pesë modele bazë fizike përdoren për të ndërtuar sipërfaqe të materialeve:
Bouknight - sipërfaqe me reflektim difuz pa shkëlqim (p.sh. plastikë mat);
· Phong - një sipërfaqe me mikrosipërfaqe të strukturuara (për shembull, metal);
Blinn - një sipërfaqe me një shpërndarje të veçantë të mikrovrazhdësive, duke marrë parasysh mbivendosjet e ndërsjella (për shembull, shkëlqim);
· Whitted - një model që ju lejon të merrni gjithashtu parasysh polarizimin e dritës;
· Hall - një model që ju lejon të rregulloni drejtimin e parametrave të reflektimit dhe thyerjes së dritës.
Sipërfaqet pikturohen duke përdorur metodat gouraud ose Phong. Në rastin e parë, ngjyra primitive llogaritet në kulmet e saj dhe më pas interpolohet në mënyrë lineare mbi sipërfaqe. Në rastin e dytë, ndërtohet një normale për objektin në tërësi, vektori i tij interpolohet mbi sipërfaqen e primitivëve përbërës dhe për çdo pikë llogaritet ndriçimi.
Drita që buron nga një sipërfaqe në një pikë specifike drejt vëzhguesit është shuma e përbërësve të shumëzuar me një faktor që lidhet me materialin dhe ngjyrën e sipërfaqes në atë pikë. Këta komponentë përfshijnë:
· Drita që vinte nga ana e pasme e sipërfaqes, d.m.th., drita e përthyer (E përthyer);
· E lehtë, e shpërndarë në mënyrë të barabartë nga sipërfaqja (Difuze);
· Drita e reflektuar në pasqyrë (Reflected);
· Shkëlqim, d.m.th. burime të dritës së reflektuar (Specular);
· Vetëndriçimi i sipërfaqes.
Karakteristikat e sipërfaqes përshkruhen në grupet e teksturave të krijuara (2D ose 3D). Kështu, grupi përmban të dhëna për shkallën e transparencës së materialit; indeksi i thyerjes; koeficientët e zhvendosjes së komponentëve (lista e tyre tregohet më lart); ngjyra në çdo pikë, ngjyra e ndezjes, gjerësia dhe mprehtësia e saj; ngjyra e ndriçimit të shpërndarë (sfondi); devijimet lokale të vektorëve nga normalja (d.m.th., vrazhdësia e sipërfaqes merret parasysh).
Hapi tjetër është imponimi ("projektimi") i teksturave në pjesë të caktuara të kornizës së objektit. Në këtë rast, është e nevojshme të merret parasysh ndikimi i tyre i ndërsjellë në kufijtë e primitivëve. Projektimi i materialeve për një objekt është një detyrë e vështirë për t'u zyrtarizuar, është e ngjashme me një proces artistik dhe kërkon të paktën aftësi minimale krijuese nga interpretuesi.
Nga të gjithë parametrat e hapësirës në të cilën funksionon objekti i krijuar, nga pikëpamja e vizualizimit, më i rëndësishmi është përcaktimi i burimit të dritës. Në grafikë tre-dimensionale, është zakon të përdoren ekuivalentët virtualë të burimeve fizike:
· Drita e tretur (Ambitnt Light), e cila është një analog i një sfondi të njëtrajtshëm të dritës. Nuk ka parametra gjeometrikë dhe karakterizohet vetëm nga ngjyra dhe intensiteti.
· Një burim i largët jo-pikor quhet Dritë e Largët. Atij i caktohen parametra (koordinata) specifike. Analogu në natyrë është Dielli.
· Burimi i dritës së pikës lëshon dritë në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet dhe gjithashtu ka koordinata. Një analog në teknologji është një llambë elektrike.
· Burimi i dritës me drejtim (Direct Light Source) përveç vendndodhjes karakterizohet nga drejtimi i fluksit të dritës, këndet e konit të plotë të dritës dhe pika e saj më e ndritshme. Një analog në teknologji është një prozhektues.
Procesi i llogaritjes së imazheve realiste quhet rendering. Shumica e renderuesve modernë bazohen në teknikën e gjurmimit të rrezeve të pasme. Thelbi i saj është si më poshtë:
· Nga pika e vëzhgimit të skenës, një rreze virtuale dërgohet në hapësirë përgjatë trajektores së së cilës imazhi duhet të vijë në pikën e vëzhgimit.
· Për të përcaktuar parametrat e rrezes hyrëse, të gjitha objektet në skenë kontrollohen për kryqëzim me shtegun e vëzhgimit. Nëse nuk ndodh shtypje, atëherë konsiderohet se rrezja ka goditur sfondin e skenës dhe informacioni në hyrje përcaktohet nga parametrat e sfondit. Nëse trajektorja kryqëzohet me objektin, atëherë në pikën e kontaktit llogaritet drita që shkon në pikën e vëzhgimit në përputhje me parametrat e materialit.
Pas përfundimit të projektimit dhe vizualizimit të objektit, ata fillojnë ta "ringjallin" atë, domethënë të vendosin parametrat e lëvizjes. Animacioni kompjuterik bazohet në korniza kyçe. Në kornizën e parë, objekti vendoset në pozicionin e tij origjinal. Pas një intervali të caktuar (për shembull, në kornizën e tetë), vendoset një pozicion i ri i objektit, dhe kështu me radhë deri në pozicionin përfundimtar. Pozicionet e ndërmjetme llogariten nga programi sipas një algoritmi të veçantë. Në këtë rast, nuk ka vetëm një përafrim linear, por një ndryshim të qetë në pozicionin e pikave të kontrollit të objektit në përputhje me kushtet e specifikuara. Këto kushte përcaktohen nga hierarkia e objekteve (d.m.th., nga ligjet e ndërveprimit të tyre me njëri-tjetrin), planet e lejuara të lëvizjes, këndet kufizuese të kthesave, madhësitë e nxitimeve dhe shpejtësive.
Kjo qasje quhet metoda e kinematikës së kundërt. Ai është i mirë në modelimin e pajisjeve mekanike. Në rastin e imitimit të objekteve të gjalla, përdoren të ashtuquajturat modele skeletore. Kjo do të thotë, krijohet një kornizë e caktuar që është e lëvizshme në pikat karakteristike të objektit të modeluar. Lëvizjet e pikave llogariten duke përdorur metodën e mëparshme.
Metoda e modelimit gjeometrik tredimensional zbatohet në shumë produkte softuerësh, duke përfshirë ato të njohura si AutoCAD dhe ArchiCAD.
