3d графика анимация създаване на модели на руски език. Къде се използва 3D графиката? Програми за триизмерно моделиране

3D графика и нейното приложение

3D графиката е процесът на създаване на триизмерен модел с помощта на специални компютърни програми. Този вид компютърна графикаабсорбира много векторна, както и растерна компютърна графика. Въз основа на чертежи, чертежи, подробни описания или друга графична или текстова информация, 3D дизайнер създава триизмерно изображение. В специална програма моделът може да се разглежда от всички страни (отгоре, отдолу, отстрани), вграден във всяка равнина и във всяка среда. Триизмерната компютърна графика, подобно на векторната графика, е обектно-ориентирана, което ви позволява да променяте както всички елементи на триизмерна сцена, така и всеки обект поотделно. Този тип компютърна графика има голям потенциал да поддържа техническо рисуване. С помощта на графични редактори на триизмерна компютърна графика можете да правите визуални изображения на части и продукти на машиностроенето, както и да правите оформления на сгради и архитектурни обекти, изучавани в съответния раздел на архитектурния и строителен чертеж. Заедно с това може да се осигури графична поддръжка за такива участъци от описателна геометрия като перспективни, аксонометрични и ортогонални проекции, т.к. принципите за конструиране на изображения в триизмерната компютърна графика са частично заимствани от тях.

Триизмерната графика може да бъде с всякаква сложност. Можете да създадете прост 3D модел с ниска детайлност и опростена форма. Или може да бъде по-сложен модел, в който има изследване на най-малките детайли, текстури, използвани професионални техники (сенки, отражения, пречупване на светлината и т.н.). Разбира се, това сериозно се отразява на цената на готовия 3D модел, но ви позволява да разширите използването на 3D модела.

Къде се използва 3D графиката?

Триизмерното моделиране (3d графика) се използва днес в много области. Разбира се, на първо място, това е строителството. Това може да бъде модел на бъдещ дом, както частен, така и многоквартирна или офис сграда, а всъщност и всяко индустриално съоръжение. Освен това визуализацията се използва активно в проекти за интериорен дизайн.

3D моделите са много популярни в изграждането на уебсайтове. За да създадат специален ефект, някои създатели на уебсайтове добавят не просто графични елементи към дизайна, а триизмерни модели, понякога дори анимирани. Програмите и технологиите за 3D моделиране се използват широко в производството, например при производството на корпусни мебели, и в строителството, например, за създаване на фотореалистичен проект за бъдещи помещения. Много дизайнери отдавна са преминали от използването на линийка и молив към модерни триизмерни компютърни програми. Постепенно други компании, предимно производствени и търговски, овладяват нови технологии.

Разбира се, за демонстрационни цели се използват предимно 3D модели. Те са незаменими за презентации, изложби, а се използват и при работа с клиенти, когато е необходимо ясно да се покаже какъв ще бъде крайният резултат. Освен това методите 3D моделиранеса необходими там, където е необходимо да се покажат в обем вече готови обекти или онези обекти, които са съществували някога. Триизмерното моделиране е не само бъдещето, но и миналото и настоящето.

Предимства на 3D моделирането

Има доста предимства на 3D моделирането пред другите методи за визуализация. Триизмерното моделиране дава много точен модел, максимално близък до реалността. Съвременните програми помагат за постигане на висока детайлност. Това значително увеличава видимостта на проекта. Изразяването на триизмерен обект в двуизмерна равнина не е лесно, докато 3D визуализацията ви позволява внимателно да работите и, най-важното, да видите всички детайли. Това е по-естествен начин на изобразяване.

Много лесно е да направите почти всякакви промени в триизмерен модел. Можете да промените проекта, да премахнете някои детайли и да добавите нови. Вашето въображение е практически неограничено и можете бързо да изберете опцията, която ви подхожда най-добре.

3D моделирането обаче е удобно не само за клиента. Професионалните програми носят много предимства и на производителя. От триизмерен модел можете лесно да изберете чертеж на всякакви компоненти или на цялата структура. Въпреки факта, че създаването на триизмерен модел е доста трудоемък процес, работата с него в бъдеще е много по-лесна и по-удобна, отколкото с традиционните чертежи. В резултат на това времето, изразходвано за проектиране, се намалява значително и разходите намаляват.

Специалните програми позволяват интеграция с всеки друг професионален софтуер като инженерни изчисления, програми за машинни инструменти или счетоводни програми. Въвеждането на такива решения в производството осигурява значителни икономии на ресурси, значително разширява възможностите на предприятието, опростява работата и подобрява нейното качество.

Програми за триизмерно моделиране

Има доста голям брой различни програми за 3D моделиране. И така, една от популярните програми, които са специално проектирани за създаване на триизмерни графики и интериорен дизайн, е програмата 3D Studio MAX. Позволява ви реалистично да визуализирате обекти с различна сложност. Освен това "3D Studio MAX" дава възможност да ги композирате, да зададете траекторията на движенията и в крайна сметка дори да създадете пълноценно видео с участието на 3D модели. Въпреки че такава работа, разбира се, изисква сериозни умения от специалист, както и големи компютърни ресурси, предимно памет и скорост на процесора.

Редакторът на Maya е кръстен на санскритска дума, която означава илюзия. Maya е разработена от Alias ​​Systems. Alias ​​се сля с Autodesk през октомври 2005 г. Maya се използва по-често за създаване на анимация и 3D ефекти във филми.

• режим на възстановяване

Всички сме чували за 3D графиката (наричана по-нататък просто 3D, да не се бърка с метода на показване - холограми, 3D монитори и т.н.), много хора знаят отлично какво е 3D и с какво се яде. Но въпреки това има и такива, които смътно си представят какво се крие под това кратко съкращение. Статията е предназначена за тези, които нямат представа от компютърната графика. Ще има и малко екскурзия в историята на компютърната графика (в следващите планирани части).
Защо 3D? Както може би се досещате, говорим за 3 Dimension или три измерения. И не е необходимо в същото време дисплеят да е в 3D. Става дума за това как се изгражда изображението.

Част 1. Всъщност моделиране
Традиционно те рисуват в 2D (по осите X и Y) - върху хартия, платно, дърво и т.н. В същото време се показва една от страните на обекта. Самата картина е плоска. Но ако искаме да добием представа за всички страни на темата, тогава трябва да нарисуваме няколко рисунка. Ето как работи традиционната ръчно нарисувана анимация. Но в същото време има (между другото, в СССР беше доста добре развит) т.нар. куклена анимация. След като куклата е направена, тя се снима в необходимите пози и ъгли, получавайки серия от „плоски снимки“. 3D (координата на дълбочината Z се добавя към X и Y) визуализацията е същите „кукли“, съществуващи само в цифрова форма. С други думи, в специални програми (Blender, 3ds Max, Maya, Cinema 4D и др.) се създава триизмерно изображение, например кола.

Предимството на този метод е, че, да речем, аниматорът разполага с триизмерен модел, той трябва само да го постави правилно в кадъра, да анимира (зададе траекторията на движение или да изчисли с помощта на симулатора), ако е необходимо, и показването на автомобила в крайната снимка попада върху специална програма, наречена рендер. Друго предимство е, че е достатъчно да нарисувате модела веднъж и след това да го използвате в други проекти (чрез копиране), модифицирате, деформирате и т.н. по ваша преценка. За обикновен 2D чертеж, като цяло, това е невъзможно. Третото предимство е, че можете да създавате почти безкрайно детайлни модели, например могат да се моделират дори зъбчетата на часовник и т.н. Най-общо казано, този винт може да е неразличим, но веднага щом приближим камерата, програмата за визуализатор автоматично ще изчисли какво се вижда в кадъра и какво не.

Има няколко начина за моделиране, но най-популярният е полигоналното моделиране. Често можете да видите в реклами за 3D или научнофантастични филми как този или онзи обект е представен под формата на т.нар. решетки. (вижте снимката по-горе) Това е пример за полигонално моделиране. Същността му е, че повърхностите се представят като прости геометрични двуизмерни примитиви. AT компютърни игритова са триъгълници, за други цели обикновено се използват четириъгълници и фигури с голям брой ъгли. Тези примитиви, които съставляват модела, се наричат многоъгълници. Но когато създават 3D обект, те се опитват да се справят, като правило, с четириъгълници. Ако е необходимо, четириъгълниците (многоъгълниците) лесно се превръщат в триъгълници, когато се експортират в двигателя на играта, а ако е необходимо изглаждане или теселация, като правило се получава модел от четириъгълници без артефакти.
Какво е теселация? Ако някакъв обект е представен под формата на многоъгълници (особено органични обекти, като човек), тогава е ясно, че колкото по-малък е размерът на многоъгълниците, толкова повече има, толкова по-близо може да бъде моделът до оригинала. Методът на теселация се основава на това: първо се прави груба заготовка от малък брой многоъгълници, след това се прилага операцията на теселация, като всеки многоъгълник е разделен на 4 части. Така че, ако многоъгълникът е четириъгълен (или дори по-добре, близо до квадрат), тогава алгоритмите за теселация дават по-добър и по-предвидим резултат. Също така операцията за изглаждане, а това е същата теселация, само с промяна на ъглите към по-тъпи, с многоъгълници, близки до квадрат, ви позволява да получите добър резултат.

Както бе споменато по-горе, колкото повече полигони, толкова повече моделът може (може би защото моделът все пак трябва да е подобен на оригинала, а това е въпрос на уменията на моделиращия, а не на многоъгълници) да прилича на оригинала. Но голям брой полигони имат недостатък: влошаване на производителността. Колкото повече полигони, толкова повече точки, върху които са изградени, толкова повече данни трябва да обработи процесорът. Следователно 3D графиката винаги е компромис между детайлите на модела и производителността. В тази връзка дори възникнаха термините: hight poly и low poly, съответно, high polygonal model и low poly model. Игрите използват модели с нисък полигон, защото се изобразяват в реално време. Между другото, моделите в игрите са представени от триъгълници за подобряване на производителността: графичните процесори могат бързо да обработват стотици милиони триъгълници в секунда на хардуерно ниво.

По принцип полигоналното моделиране се отнася до кухи моделиране, при което обектът има само обем, но е празен вътре. Това означава, че ако моделираме куб и след това премахнем една от стените, ще видим празнота вътре. Има и програми за твърдо моделиране, където един и същи куб е представен като монолитен обект. В такива програми (например Autodesk Inventor) се използват математически модели, които са различни от тези при полигоналното моделиране. Алгоритмите за твърдо моделиране са по-подходящи за механизми за моделиране в инженерната разработка. Програми като Autodesk Inventor имат инструменти за моделиране на процеси, като скосяване, пробиване на отвори, оразмеряване, допуски и т.н. Получените модели могат незабавно да бъдат изпратени до подходяща машина за получаване на продукт от метал или друг материал.
Съществуват и така наречените програми за 3D моделиране (ZBrush, Autodesk Mudbox), в които моделирането се свежда (грубо казано) до създаване на вдлъбнатини или издутини. Тази техника е подобна на това как скулпторите извайват от глина - премахват ненужното и добавят необходимото. С тези програми можете да постигнете реалистичен релеф на повърхността, като бръчки по кожата или гънки на тъканта. Понастоящем високополигоналните (а за моделиране моделът трябва да има солиден брой полигони) реалистични модели на хора и животинския свят като цяло се изпълняват в по-голямата си част с помощта на програма за моделиране. Често срещана практика е, когато заготовката на модела се създава с помощта на полигонално моделиране и след това в програмата за скулптура се добавят теселирани и малки детайли.

Но тук имаме готов модел, да речем, на танк. Но изобщо не прилича на танк. Какво става тук? На този етап имаме само математически модел, съдържащ данни само за геометричната форма. Но истинският обект, освен форма, има и цвят, плътност, отразяваща способност и, вероятно, мирис. Последният все още не се използва в 3D графиката, но всичко останало може да се моделира. Даване на модел желан цвята блясъкът се нарича текстуриране, от думата текстура.



По принцип текстурата е двуизмерен модел, който се наслагва върху 3D модел. Текстурата може да бъде или процедурна - генерирана с помощта на алгоритъм, или нарисувана в графичен редактор, или снимка на реален обект. Текстурата задава модела и цвета на модела, но реалната повърхност има и други параметри: отразяване, пречупване, релеф, прозрачност и т.н. Всички тези параметри са зададени в свойствата на материала. Тези. материалът от гледна точка на 3D графиката е вид математически модел, който описва параметрите на повърхността. Например за вода е необходимо да се посочи прозрачност и рефракционни, отразяващи способности.
Преди да „приложите“ материал върху 3D модел, е необходимо да създадете неговото разгъване, т.е. представят всички (няколко, една) повърхности като проекция върху равнина. Това е необходимо, за да може двуизмерната текстура да "лежи" правилно върху модела.
По този начин производството на 3D модел обикновено се състои от следните етапи:
1. Получаване на изображения на препратката (тоест това, от което ще бъде моделирано) или на самата препратка. Или рисуване на скица.
2. Геометрично моделиране на базата на справката.
3. Създайте размах.
4. Рисуване на текстури или получаването им по друг начин като файлове.
5. Задаване на параметри на материала (текстура, пречупване, отражение, прозрачност).
Сега 3D моделът е готов за изобразяване - получаване на снимка.
Първата и четвъртата точки могат да бъдат пропуснати, ако моделът е прост, но по правило добри резултати не могат да бъдат постигнати без всичките 5 стъпки.
Нека обобщим.
Има значителни разлики в процеса между конвенционален чертеж, да речем, на хартия, и изграждането на 3D изображение. Двуизмерната рисунка обикновено се създава на два етапа: скициране и оцветяване. В 3D графиката, след като моделът е направен, той трябва да бъде поставен в сцената с други обекти (или в т.нар. студио), осветление, да се добави камера и едва тогава може да се надява да се получи крайната картина . Изображението в 3D графиката се изчислява на базата на физически модел, като правило това е модел на разпространението на светлинен лъч, като се вземат предвид отражението, пречупването, разсейването и др. Когато рисуваме с бои, ние сами рисуваме сенки, светлини и т.н., а в 3D графиката подготвяме сцената, като отчитаме осветление, материали, геометрия, свойства на камерата, програмата сама изчислява крайното изображение.

Ето, това е всичко за днес. Коментарите, особено въпросите и съществените забележки, са добре дошли.

P.S. В следващите части (при интерес на Хабрабществото) ще говорим по-подробно за 3D моделиране за игри, визуализация, моделиране на динамични среди като вода, унищожаване на обекти и ще засегнем динамичното взаимодействие между 3D обекти, историята на 3D графиката.