Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Grafika Trójwymiarowa. Grafika 3D (grafika trójwymiarowa) – nazwa jednej z dziedzin grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Grafika Trójwymiarowa. Grafika 3D (grafika trójwymiarowa) – nazwa jednej z dziedzin grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów."— Zapis prezentacji:

1 Grafika Trójwymiarowa

2 Grafika 3D (grafika trójwymiarowa) – nazwa jednej z dziedzin grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów trójwymiarowych. Nazwa pochodzi od angielskiego sformułowania Three-Dimensional Graphics. grafiki komputerowej angielskiego sformułowaniagrafiki komputerowej angielskiego sformułowania

3 Geometria Geometria obiektów trójwymiarowych może być reprezentowane na kilka sposobów: Siatka wielokątówSiatka wielokątów – obiekt jest budowany z płaskich wielokątów (najczęściej trójkątów lub czworokątów), które mają wspólne wierzchołki i krawędzie. W ten sposób można tworzyć proste bryły, albo – jeśli siatka jest dostatecznie gęsta – dobrze przybliżać skomplikowane obiekty. Siatka wielokątów VoxeleVoxele (woksele) – obiekt jest budowany z elementarnych sześcianów (trójwymiarowych pikseli). Tego rodzaju reprezentacja jest rozpowszechniona szczególnie w diagnostyce medycznej, gdzie uzyskuje się szereg przekrojów (obrazów bitmapowych) ciała pacjenta i na ich podstawie tworzy trójwymiarowe modele. diagnostyce medycznejobrazów bitmapowych Voxelediagnostyce medycznejobrazów bitmapowych Opis matematyczny – obiekty są określone równaniami. Mogą to być np. kule, płaszczyzny, oraz szczególnie użyteczne i powszechnie stosowane powierzchnie parametryczne (płaty powierzchni), np. powierzchnie Béziera, Hermite'a czy NURBS.kulepowierzchnie BézieraNURBS

4 Dane trójwymiarowe mogą zostać pobrane ze świata rzeczywistego, np. za pomocą wspomnianych tomografów komputerowych, skanerów trójwymiarowych, ze zdjęć satelitarnych (topografia terenów) a także ze zdjęć stereoskopowych. W animacji komputerowej wykorzystywana jest również technika motion capture, która polega na nagrywaniu ruchu człowieka – czujniki położenia umieszczane są w kluczowych punktach ciała: na rękach, nogach, głowie, karku itp. Przeniesienie nagranych w ten sposób ruchów na sztuczne postacie nadaje ich ruchom naturalność, trudną do uzyskania klasycznymi metodami animacji. skanerów trójwymiarowych stereoskopowychskanerów trójwymiarowych stereoskopowych Obiekty trójwymiarowe mogą również zostać stworzone przez człowieka w procesie modelowania. modelowania Duże znaczenie mają też techniki komputerowe, które automatycznie modelują skomplikowane efekty (takie jak dym, ogień, śnieg, deszcz) i obiekty (chmury, góry, drzewa).

5 Wizualizacja Ponieważ obecnie wszystkie urządzenia komputerowe wyświetlają dwuwymiarowe obrazy, dlatego z grafiką trójwymiarową związana jest bezpośrednio geometria wykreślna. Głównie w zastosowaniach inżynierskich (CAD) sceny trójwymiarowe przedstawione są w rzucie prostokątnym, natomiast w pozostałych w rzucie perspektywicznym. geometria wykreślnaCADrzucie prostokątnymgeometria wykreślnaCADrzucie prostokątnym Efekty wizualny rzutu perspektywicznego (skrót perspektywiczny) jest bardzo podobny do efektów obserwowanych w fotografii oraz w systemie wzrokowym człowieka. Przez analogię do aparatu fotograficznego (lub kamery), w grafice trójwymiarowej istnieje pojęcie wirtualnej kamery, która tworzy "zdjęcie" sceny istniejącej w pamięci komputera. Kamerę wirtualną charakteryzują następujące parametry: położenie, kierunek w jakim jest skierowana oraz ogniskowa – mają one swoje odbicie w matematycznym modelu kamery. fotografii Obrazy trójwymiarowe są tworzone głównie w technice rastrowej, wektorowo przedstawia się co najwyżej obrysy, szkice itp. technice rastrowejwektorowotechnice rastrowejwektorowo Głównym problemem w obu przypadkach jest wyznaczanie powierzchni widocznych, a więc selekcja tych obiektów (lub ich części), które są widoczne w danym rzucie. Robi się to np. za pomocą bufora Z, sortowania względem głębokości, śledzenia promieni. bufora Zbufora Z Ponadto przeważnie obserwujemy niewielki fragment sceny, a dodatkowo scena może składać się z wielkiej liczby obiektów (sięgającej nawet setek milionów), dlatego równie ważne jest określenie, które obiekty mogą być widoczne, aby przetwarzać tylko te dane, które naprawdę są potrzebne. Zobacz: usuwanie niewidocznych powierzchni. usuwanie niewidocznych powierzchniusuwanie niewidocznych powierzchni

6 Realizm Odbicie i załamanie światła, miękkie cienie Rozpraszanie światła pod powierzchnią obiektu (ang. subsurface scattering) Realizm obrazów generowanych przez komputer jest w większości zastosowań bardzo ważny. Aby go uzyskać modeluje się oświetlenie: definiuje światła, powierzchniom obiektów trójwymiarowych nadaje kolor i fakturę, określa cienie rzucane przez obiekty, odbicia zwierciadlane, załamanie i rozpraszanie światła itd., itp. oświetlenie Metody, które pozwalają na bardzo dokładne przedstawienie scen trójwymiarowych są również bardzo kosztowne obliczeniowo (np. raytracing, radiosity). Z kolei szybkie, przybliżone metody cieniowania obiektów, tworzenia cieni, odbić zwierciadlanych są z powodzeniem wykorzystywane w grach komputerowych. raytracingradiosityraytracingradiosity W przypadku animacji ważne jest także aby ruch obiektów, był możliwie najbardziej zbliżony do zachowania przedmiotów w świecie rzeczywistym

7 Oprogramowanie Do tworzenia grafiki 3D zostało stworzonych wiele programów na różne platformy sprzętowe i systemy operacyjne. Zwykle programy te dzieli się na modelery (tworzenie i obróbka scen trójwymiarowych) oraz renderery (generowanie trójwymiarowego obrazu lub animacji, wraz z nakładaniem tekstur, efektami świetlnymi, itp.). programów platformy sprzętowesystemy operacyjne modeleryrendereryprogramów platformy sprzętowesystemy operacyjne modeleryrenderery Niektóre bardziej znane programy tego rodzaju to: 3D Studio Max 3D Studio Max Amapi 3D Amapi 3D Anim8or Blender Cinema 4D Cinema 4D LightWave Maya Poser POV-Ray Rhinoceros SOFTIMAGE|XSI Terragen Truespace Zmodeler 3d Zmodeler 3d Istnieją również specjalizowane biblioteki programistyczne służące do tworzenia interakcyjnej grafiki 3D. Najbardziej znane to OpenGL i DirectX. biblioteki programistyczneOpenGLDirectXbiblioteki programistyczneOpenGLDirectX

8 Szczegółowe pojęcia modelowanie polygon polygon polygon SubPatches SubPatches SubPatches siatka siatka siatka mapa UV mapa UV mapa UV mapa UV subdivision surfaces subdivision surfaces subdivision surfaces subdivision surfaces box modeling box modeling box modeling box modeling wierzchołek (vertex) wierzchołek (vertex) wierzchołek (vertex) wierzchołek (vertex) teksturowanie mapowanie mapowanie mapowanie tekstura proceduralna tekstura proceduralna tekstura proceduralna tekstura proceduralna image map image map image map image map materiał materiał materiał shader shader shader titling titling titling rigging bone bone bone łańcuch kinematyczny łańcuch kinematyczny łańcuch kinematyczny łańcuch kinematyczny kinematyka odwrotna (IK) kinematyka odwrotna (IK) kinematyka odwrotna kinematyka odwrotna weight map weight map weight map weight map

9 animowanie klatka kluczowa klatka kluczowa klatka kluczowa klatka kluczowa ścieżka ścieżka ścieżka motion control motion control motion control motion control frame rate frame rate frame rate frame rate oświetlenie światło wolumetryczne światło wolumetryczne światło wolumetryczne światło wolumetryczne global illumination global illumination global illumination global illumination caustics caustics caustics shadow map shadow map shadow map shadow map flara flara flara cieniowanie płaskie cieniowanie płaskie cieniowanie płaskie cieniowanie płaskie cieniowanie Gourauda cieniowanie Gourauda cieniowanie Gourauda cieniowanie Gourauda cieniowanie Phonga cieniowanie Phonga cieniowanie Phonga cieniowanie Phonga HDR (High Dynamic Range) HDR (High Dynamic Range) HDR (High Dynamic Range) HDR (High Dynamic Range) rendering renderer renderer renderer scanline scanline scanline radiosity radiosity radiosity ray tracing ray tracing ray tracing ray tracing fotorealizm fotorealizm fotorealizm

10 Wytłumaczenie najważniejszych pojęć

11 Rendering Grafika z programu Terragen Terragen Rendering (ang.), renderowanie - to w grafice 3D przeliczenie danej sceny i utworzenie pliku wyjściowego w formie obrazu statycznego lub animacji. Podczas renderingu wyliczane są m.in. odbicia, cienie, załamania światła, mgła, atmosfera, efekty wolumetryczne. Jest to bardzo czasochłonna operacja nie wymagająca, poza przygotowaniem, żadnej ingerencji ze strony człowieka. Rendering może przeprowadzić praktycznie każdy program do grafiki 3D, nie będący tylko modelerem. Najczęściej wykorzystywaną metodą renderingu w programach do grafiki 3D typu 3D Studio Max jest ray tracing (śledzenie promieni). ang.grafice 3Dgrafiki 3D Studio Maxray tracingang.grafice 3Dgrafiki 3D Studio Maxray tracingHDR High dynamic range renderingHigh dynamic range rendering - technologia generowania sceny w grafice trójwymiarowej High dynamic range rendering High dynamic range imagingHigh dynamic range imaging - technika w fotografii High dynamic range imaging Obraz HDRObraz HDR - obrazy o rozszerzonym zakresie jasności (ang. High Dynamic Range images) Obraz HDR

12 Modelowanie w grafice 3D proces tworzenia i modyfikacji obiektów trójwymiarowych za pomocą specjalizowanego programu komputerowego, zwanego modelerem. Modeler dostarcza zestawu niezbędnych narzędzi, a także często zbioru podstawowych figur (w j. ang. primitives), np. prostopadłościanów, kul, torusów i innych, które można wykorzystać od razu przy budowaniu obiektów. grafice 3Dobiektów trójwymiarowychprostopadłościanówkul torusówgrafice 3Dobiektów trójwymiarowychprostopadłościanówkul torusów Obiekty 3D są przeważnie budowane z siatek wielokątów lub definiowane przy pomocy krzywych parametrycznych (np. NURBS), modelery używają obu reprezantacji. Siatka wielokątów ma tę przewagę, że łatwo można deformować obiekt (np. skręcać, wyginać, stosować system kości), z kolei krzywe parametryczne w naturalny sposób tworzą gładkie powierzchnie. siatek wielokątówNURBSsiatek wielokątówNURBS Modelowanie bardziej skomplikowanych obiektów jest możliwe dzięki kilku technikom: nadawanie dwuwymiarowym przekrojów głębokości, poprzez przesuwanie przekrojów wzdłuż ścieżki tworzenie brył obrotowych, poprzez obrót dwuwymiarowych przekrojów wokół osi definiowanie brył przez operacje boolowskie (suma, różnica, iloczyn) na innych bryłach (tzw. Constructive Solid Geometry (CSG), konstruktywna geometria brył) subdivision surfacessubdivision surfaces – nieskomplikowana bryła tworzy zarys obiektu, natomiast algorytm nadaje jej bardziej obły, organiczny kształt (poprzez rekursywny podział powierzchni i interpolację za pomocą krzywych parametrycznych) subdivision surfaces metakulemetakule (ang. metaballs) tworzona jest powierzchnia, dla której wartości w polu skalarnym są jednakowe, projektant rozmieszcza w przestrzeni trójwymiarowej źródła tego pola – początkowo wykorzystywano centralnie promieniujące punkty (których obraz jest podobny do zlewających się kul), obecnie używa się także promieniujących odcinków i płaszczyzn polu skalarnym metakulepolu skalarnym

13 Teksturowanie W grafice 3D modelowanie rzeczywistych obiektów i oddanie za pomocą geometrii wszystkich szczegółów powierzchni jest trudne, a najczęściej niewykonalne. Dlatego stosuje się teksturowanie, czyli nakładanie na względnie proste obiekty trójwymiarowe obrazów (tekstur), które przedstawiają brakujące szczegóły. grafice 3Dgrafice 3D Tekstury dzieli się na: BitmapoweBitmapowe są to na ogół zdjęcia powierzchni rzeczywistych przedmiotów (ścian, tkanin, kory drzew, desek, itp.). Bitmapowe ProceduralneProceduralne parametryzowane obrazy generowane programowo, np.: Proceduralne szachownica, szachownica, marmur, marmur, drewno, drewno, granit, granit, chmury. chmury. Tekstury proceduralne mogą być również trójwymiarowe (przestrzenne), wówczas kolor jest funkcją współrzędnych punktu w przestrzeni trójwymiarowej

14 Mapowanie Mapowanie płaskie (lewa), mapowanie sferyczne (prawa) Odwzorowanie współrzędnych dwuwymiarowej tekstury na współrzędne obiektu trójwymiarowego nazywane jest mapowaniem (mapowaniem tekstury): Odwzorowanie może zostać utworzone w procesie generacji obiektu. Jeśli obiekt jest reprezentowany przez siatkę wielokątów projektant może określić współrzędne tekstury dla każdego wierzchołka. siatkę wielokątówprojektantsiatkę wielokątówprojektant Tekstura mapowana jest najpierw na jakąś prostą figurę przestrzenną, a następnie konkretne punkty są rzutowane na tę figurę. Używane figury: płaszczyzna (mapowanie płaskie), sfera (mapowanie sferyczne) lub elipsoida,mapowanie sferyczne powierzchnia walca (mapowanie cylindryczne),mapowanie cylindryczne sześcian (mapowanie sześcienne, ang. box mapping). Odwzorowanie jest wykonywane w lokalnym układzie współrzędnych obiektu, co sprawia, że tekstura jest przyklejona na stałe do obiektu, nadając jego powierzchni pożądany charakter. Rzadziej tekstura jest nieruchoma względem obiektu; w grafice czasu rzeczywistego (np. grach komputerowych) w ten sposób symuluje się metaliczne obiekty, które odbijają otoczenie (jest to tzw. mapowanie środowiska).

15 Opisy możliwości niektórych programów do grafiki 3d

16 SOFTIMAGE|XSI - profesjonalny program do tworzenia animacji i grafiki trójwymiarowej, stworzony przez firmę Softimage, będącej częścią Avid Technology. Jest wykorzystywany w przemyśle filmowym, grach komputerowych, prezentacjach multimedialnych i innych. SoftimageAvid TechnologySoftimageAvid Technology Aby zaspokoić rozmaite potrzeby i możliwości finansowe użytkowników program jest dostępny w trzech wersjach: Foundation (dostępna 30-dniowa wersja testowa). Najważniejsze funkcje to: silnik Gigapolygon Core pozwalający na wyświetlanie milionów wielokątów w czasie rzeczywistym oraz rendering bilionów wielokątów, szereg narzędzi do modelowania (modelowanie siatkowe, subdivions surfaces uznawane za jedno z najszybszych i najpotężniejszych na rynku, NURBS) i animacji (w tym postaci), wbudowane pre-ustawienia szkieletów, system animacji nieliniowej, pełna symulacja tkanin, płynów, cząstek i ciał miękkich, renderer mental ray ze wsparciem dla max. 2 procesorów, SDK oraz API dla języków C#, C++, VBScript, Python oraz JScript. renderingNURBSmental raySDKAPIC#C++VBScriptPythonJScriptrenderingNURBSmental raySDKAPIC#C++VBScriptPythonJScript Essentials - zawiera wszystkie funkcje Foundation, a oprócz tego m.in. symulację dynamiki bryły sztywnej, narzędzia do transferu właściwości (GATOR) oraz ruchu (MOTOR) pomiędzy różnymi obiektami, narzędzie do redukcji wielokątów, systemy kompozycji oraz malowania oparte na technologiach Avid Matador i Avid Media Illusion. Avid MatadorAvid Media IllusionAvid MatadorAvid Media Illusion Advanced - zawiera wszystkie funkcje poprzednich wersji a oprócz tego m.in. plugin Syflex (jedno z najlepszych i najszybszych na rynku narzędzi do symulacji tkanin i ciała) oraz narzędzia do symulacji tłumu, włosów i futra, renderer ze wsparciem dla max. 4 procesorów. Syflex Dla studentów i nauczycieli dostępna jest wersja Academic Edition (wyłącznie pod system Windows) - zawiera wszystkie funkcje wersji Advanced, jednak nie może być wykorzystywana do celów komercyjnych. Oprócz tego istnieje darmowa wersja SOFTIMAGE|XSI Mod Tool (wyłącznie pod system Windows) pozwalająca na tworzenie modów (obiektów, poziomów itd.) do gier. Zastosowanie Niektóre produkcje, przy tworzeniu których korzystano z programu SOFTIMAGE|XSI. Filmy: 300 Park Jurajski Park Jurajski Star Wars Star Wars Sin City Sin City Stuart Malutki 3 Stuart Malutki 3 Titanic Gry: Half-Life 2 Half-Life 2 Final Fantasy XI Final Fantasy XI Metal Gear Solid 4 Metal Gear Solid 4 Moto GP Moto GP

17 Blender jest programem do modelowania i renderowania obrazów oraz animacji trójwymiarowych z dość niekonwencjonalnym interfejsem użytkownika. Umożliwia także tworzenie prezentacji interaktywnych (np. gier) na własnym silniku graficznym (istnieje osobny program pozwalający uruchamiać takie prezentacje). Jego autorem jest firma NaN (Not A Number). Jest dostępny na różne platformy sprzętowe i programowe, począwszy od Windows i GNU/Linuksa a skończywszy na Solaris, IRIX, ZetaOS i Windows Mobile. modelowania renderowaniaobrazów oraz animacji trójwymiarowychWindowsGNU/Linuksa SolarisIRIXZetaOSWindows Mobilemodelowania renderowaniaobrazów oraz animacji trójwymiarowychWindowsGNU/Linuksa SolarisIRIXZetaOSWindows Mobile Do 13 listopada 2002 program (wielkość ok. 4 MB) był dostępny za darmo do użytku prywatnego, jak też do zastosowań komercyjnych (Blender jest popularnym narzędziem do produkcji reklam telewizyjnych, gier komputerowych), opłaty pobierane były za pomoc techniczną. Był też dostępny w sprzedaży kompletny pakiet wraz z obszerną dokumentacją. reklamtelewizyjnychgier komputerowychreklamtelewizyjnychgier komputerowych Od 13 listopada 2002 Blender jest programem wolnym rozprowadzanym na licencji GPL. "Uwolnienie" Blendera nastąpiło po odkupieniu przez Blender Foundation, za kwotę euro, praw do programu od jego właścicieli (NaN holding). Nastąpiło to po ogłoszeniu upadłości przez firmę NaN. Potrzebna suma została zgromadzona na drodze publicznej zbiórki w czasie zaledwie siedmiu tygodni. programem wolnymGPLeuroprogramem wolnymGPLeuro Blender RodzajProgram graficzny (grafika 3D) Pierwsze wydaniewersja 1.0: styczeń 1995; jako Otwarte Oprogramowanie: 13 listopada 2002styczeń 1995Otwarte Oprogramowanie 13 listopada 2002 Aktualna wersja2.44 / 14 maja maja2007 ProducentBlender Foundation LicencjaGNU GPL Platforma systemowa GNU/LinuxGNU/Linux, Mac OS X, Windows, Solaris, FreeBSD, IRIX, SkyOS, MorphOSMac OS XWindows SolarisFreeBSD IRIXSkyOS MorphOS

18 KONIEC


Pobierz ppt "Grafika Trójwymiarowa. Grafika 3D (grafika trójwymiarowa) – nazwa jednej z dziedzin grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów."

Podobne prezentacje


Reklamy Google