Основни понятия на триизмерна графика

Тримерна графика е широко използвани в области като научни изчисления, инженерно проектиране, компютърна симулация на физически обекти.

За създаване на реалистичен модел на обекта се използва геометрични примитиви (куб, сфера, конус и т.н.) и гладка, така наречените сплайн повърхности. Тип повърхност разположена в пространството, определено от мрежата на референтни точки. Всяка точка се определя коефициент, чиято стойност се определя от степента на неговото въздействие върху плоската част, простираща се в близост до точката. От взаимното положение на точки и стойности на коефициентите зависима форма и гладкостта на повърхността като цяло.

Деформацията на обекта е осигурено чрез преместване на контролните точки, намиращи се в близост. Всяка контролна точка е свързана с най-близките отправни точки, степента на въздействие върху тях се определя от разстояние. Друг метод се нарича мрежа деформация. Около предмет или част от него се намира триизмерната мрежа, обем на всяка точка, която причинява еластичната деформация както на окото и заобиколен обект.

Друг начин да се изгради обекти от примитиви е твърдотелно моделиране. Обектите са представени с твърди вещества, които при взаимодействие с други органи по различни начини (съюз, изваждане, сливащите и др.) Се подлагат на желаните трансформация.

Всички различни свойства в моделирането на компютъра се редуцира до повърхността на изображения, т.е. повърхността за изчисляване на коефициента на предаване и на ъгъла на пречупване на светлинните лъчи на границата на материала и околното пространство. Свойствата на повърхността са описани в генерираните текстура масиви, които съдържат данни за степента на прозрачност на материала, индекс на пречупване, цвят във всяка точка, цвят връхната, неговата ширина и остротата и др.

След завършване на проектирането и визуализиране на обекта да започнат своята "възраждане", т.е. определяне на параметрите на движение. Компютърна анимация, се основава на ключови кадри.

Използването на сложни математически модели за симулиране на различни физически ефекти: експлозии, дъжд, сняг, огън, дим, мъгла и други.

Тримерна графика е широко използвани в области като научни изчисления, инженерно проектиране, компютърна симулация на физически обекти (фиг. 3). Като пример, помислете за най-сложната версия на триизмерното моделиране - създаване на движеща се картина в реално физическото тяло.

В опростена форма за обект пространствено моделиране изисква:

- да проектира и създаде виртуален скелет ( "гръбнак") на обекта, който най-добре съответства на действителния му вид;

- за проектиране и създаване на виртуални материали, физични свойства, подобни на Real Imaging;

- възлага материали с различни части на повърхността на обекта (в жаргон - "дизайн текстура обект");

- конфигуриране на физическите параметри на пространството, което ще работи на обекта - да осветителни тела, гравитацията, атмосферни свойства, свойствата на взаимодействие предмети и повърхности;

- определяне на траекторията на обекти;

- изчисляване на получената последователност на рамки;

- наслагват повърхностни ефекти на крайния анимацията.

За създаване на реалистичен модел на обекта се използва геометрични форми (квадрат, куб, сфера, конус и т.н.), и гладки, така наречените сплайн повърхности. Последното е най-често се използва метод на bicubic рационални В-шпонки на неправилна решетка (NURBS). Тип повърхност, докато се намира в пространството, определено от мрежата на референтни точки. Всяка точка се определя коефициент, чиято стойност се определя от степента на неговото въздействие върху плоската част, простираща се в близост до точката. На относителното положение на точки и величината на коефициентите зависи от формата и "гладка" повърхност като цяло.

След образуване на "скелета" на обекта да бъде покрит на повърхността на материалите. Всички различни свойства в моделирането на компютъра се редуцира до повърхността на изображения, т.е. повърхността за изчисляване на коефициента на предаване и на ъгъла на пречупване на светлинните лъчи на границата на материала и околното пространство.

Засенчване означава повърхности направени Guro (Gouraud) или Фонг (Phong). В първия случай, цветът на примитивни се изчислява само в своите върхове, и след това линейно интерполирани по повърхността. Във втория случай, нормална към обекта като цяло, неговите векторни компоненти интерполирани в примитивите повърхност и покритието се изчислява за всяка точка.

Светлинният изходящи от повърхността в определен момент по посока на наблюдателя, е сумата от компонентите умножен по коефициент, свързан с материала и цвета на повърхността в този момент. За тези компоненти включват:

- светлина, идваща от задната страна на повърхността, т.е. пречупена светлина (пречупена);

- светлина равномерно дифузна повърхност (дифузно);

- огледално отразената светлина (отразени);

- отблясъци, който е отразените светлинни източници (огледални);

- вътрешна повърхност на емисиите (излъчване на светлина).

Следващата стъпка е за наслагване ( "дизайн") текстури на определени части от трупа на обекта. Необходимо е да се вземат под внимание тяхното взаимно влияние на границата на примитиви. Проектиране материали по темата - задача, е трудно да се формализира, това е равносилно на художествения процес и изисква от изпълнителя поне минимален творчество.

След приключване на дизайн и визуализация съоръжение започва своята "възраждане", което е задача на параметрите за движение. Компютърна анимация, се основава на ключови кадри. В първия кадър, обектът е изложен в първоначалната си позиция. След определен период от време (например, осмият блок) се дава нова позиция на обекта и така нататък до крайното положение. Междинните стойности се изчисляват от програмата със специален алгоритъм. Когато това не е просто линейно приближение и постепенната промяна в позицията на референтни точки на обекта в съответствие с посочените условия.

Тези условия се определят от йерархия на обекти (т.е. законите на тяхното взаимодействие една с друга), оставя се равнини движение ограничаващи въртене ъгли, стойностите на ускорение и скорост. Този подход се нарича методът за обратна кинематика движение. Тя работи добре в симулация на механични устройства. В случай на имитация на живот нещата използват т.нар скелетната модел. Това означава, че се създаде рамка, местите точките характеристика на обекта, които се моделират. движение точки се изчисляват предишния метод. След това, на рамка наслагва обвивката, състояща се от моделираните повърхности, за които рамката е набор от контролни точки, т.е. генерира скелета модел. Рамкова модел визуализира наслагване на повърхностни структури, за да отговарят на условията на осветеност. По време на движението на обекта, се получава много правдоподобно имитация на движението на живи същества.

процес на изчисление, наречен оказване на реалистични изображения (рендиране). Повечето съвременни програми за оказване са базирани на проследяване обратния лъч (Backway Ray Tracing). Използването на сложни математически модели за симулиране на физически ефекти като експлозии, дъжд, огън, дим, мъгла. При сключването на оказване на триизмерен компютърна анимация се използва или като независим продукт, или като отделни части или кадри крайния продукт.

Специална област на триизмерна симулация в реално време симулатори представлява технически средства - автомобили, кораби, самолети и космически кораби. Те трябва да бъдат много точно изпълнение на техническите параметри на обектите и свойствата на физическата среда. В по-прости варианти, например при обучението на шофьори сухопътни превозни средства, симулатори, изпълнявани на персонални компютри.