Cei care se dezvoltă Grafică 3D, stiu foarte bine ca succesul in stapanirea acestui domeniu depinde doar de rabdare. Este imposibil să stăpânești această știință cu un „swoop”; acest lucru necesită o pregătire lungă. Prin încercare și eroare, după ce a citit multă literatură educațională, după multe așteptări plictisitoare pentru redarea scenei finale, vine în sfârșit intuiția: „Deci așa ar fi trebuit să se facă!”.

Ca un atlet care își perfecționează abilitățile echipament sportiv, designer grafica pe computer folosește din nou și din nou aceleași construcții șablon care îl ajută să înțeleagă complexitatea lucrului cu programul. Imaginile și modelele familiare lui au fost folosite pentru testarea diferitelor funcții ale editorului 3D atât de mult încât par a fi instrumente destul de obișnuite. Între timp, multe dintre ele nu seamănă deloc cu mijloacele „standard”. Un model de ceainic, un cap de maimuță 3D și alte lucruri ciudate - de unde au venit?

Mulți oameni cred că prezența în programele de dezvoltare a graficii tridimensionale a unor astfel de modele neobișnuite precum Suzanne sau Teapot este o descoperire genială pentru dezvoltatori. Într-adevăr, spre deosebire de obiectele simple corecte, cum ar fi o sferă, un cilindru, un cub sau un con, modelele cu geometrie neobișnuită arată mai natural. Mai sunt formă complexă vă permite să detectați rapid imperfecțiunile de iluminat și materiale. Cu aceste obiecte este foarte convenabil să experimentezi și să exersezi modelarea.

⇡ Viața dificilă a unui simplu ceainic

Soarta unor lucruri este uneori foarte neobișnuită. Când Martin Newell și soția sa Sandra au cumpărat un ceainic de la un magazin universal din Salt Lake City în 1974, nu și-au imaginat niciodată că întreaga lume va ști literalmente despre acest lucru în viitor.

A fost cel mai comun ceainic din ceramică produs de compania germană Melitta. Forma foarte simpla - usor rotunjita, cu capac. Nici măcar nu avea nici un design sau model pe el, doar un ceainic alb elegant.

Newell a fost implicat în dezvoltarea algoritmilor de randare pentru un editor grafic la Universitatea din Utah (Universitatea din Utah). De aici a venit numele ceainicului, a devenit cunoscut sub numele de „ceainic Utah”. Interesant este ca initial modelul ceainicului a fost insotit de un set de cani si lingurite. Arăta așa.


Atunci modelele setului de ceai s-au încurcat și a mai rămas un singur ceainic. Cei mai atenți utilizatori au observat probabil că, în comparație cu ceainicul din programul 3ds max, proporțiile ceainicului original Utah sunt oarecum diferite.


Așa este - obiectul original este puțin mai înalt decât modelul computerului. De ce este asta? „Părinții” primului model de calculator înșiși sunt confuzi în explicațiile lor. Cel mai probabil, motivul este că framebuffer-ul de pe computerul cu care a lucrat Newell avea pixeli non-pătrați. În loc să distorsioneze imaginea, Martin i-a cerut colegul său Jim Blinn să ajusteze scara modelului pentru a elimina deformațiile întinse. Jim însuși susține că le-a plăcut doar forma la scară verticală a ceainicului, pe care l-au folosit într-o demonstrație în laboratorul lor.

Ceainicul a devenit obiectul preferat al dezvoltatorilor de grafică 3D. Cumva imperceptibil, au început să-l folosească oriunde a fost posibil. De exemplu, computerele Commodore CBM care au fost vândute la începutul anilor 1980 aveau instalat programul demo Grafikdemo. Rulându-l, utilizatorul putea vedea rama ceainicului pe ecran. Această bază ar putea fi rotită folosind tastatura, vizând din toate părțile. Astfel de manipulări simple trebuiau să facă o impresie puternică asupra utilizatorilor și să convingă un potențial cumpărător la o achiziție costisitoare.


Fierbătorul a fost văzut și în popularul screensaver 3Dpipes ("Pipeline") de la Windows.


De asemenea, a apărut din când în când în diverse animații 3D - de exemplu, în celebrul film Pixar Toy Story, unde personajul principal bea ceai din ceainic Newell.


Chiar și desenul animat Homer Simpson dintr-unul dintre episoadele din seria Simpsons a căpătat brusc o a treia dimensiune, iar ceainicul Utah a intrat imediat în cadru (pentru fani - al șaselea episod al celui de-al șaptelea sezon din Treehouse of Horror VI).


Și, de asemenea, ceainicul lui Utah (după o mică editare, el și-a schimbat forma) a intrat în cadru când a văzut o altă poză Pixar - „Monsters Inc.”.


Apropo, Pixar are și o tradiție amuzantă. În fiecare an, la următorul spectacol Siggraph, ei dăruiesc ceainice de suvenir din Utah - jucării de plimbare care promovează motorul de randare RenderMan. De obicei, aceste ceainice sunt ambalate într-o cutie de ceai. Un suvenir minunat al expoziției pentru un iubitor de 3D.

Modelul tridimensional al ceainicului a devenit semnul distinctiv al unuia dintre cei mai populari editori 3D - Autodesk 3ds max. În acest program, orice utilizator poate crea cu ușurință un ceainic, chiar și cineva care nu a fost niciodată implicat în modelarea tridimensională.


De obicei, vasele din ceramică nu durează mult. Dar această regulă nu funcționează în cazul ceainicului Newell. Nu numai că este încă în stare excelentă, dar a trecut, ca să spunem așa, în domeniul public. Proprietarul a donat-o Muzeului de Calculatoare din Boston, unde a rămas până în 1990. În prezent, această expoziție poate fi găsită în Muzeu istoricul computeruluiîn Mountain View, California.

Din când în când, celebrul ceainic călătorește la diverse evenimente - precum expoziția Siggraph. În ciuda vârstei sale mijlocii, arată curat, strălucitor și suspect de nou. Și deși deținătorii rarității convin că tocmai acesta este ceainicul de la care a început istoria animației 3D, având în vedere distanțele pe care a trebuit să le parcurgă, este posibil să fi putut fi înlocuit în secret cu o altă instanță, deoarece modele similare sunt încă. vândut în cantitate mare.


⇡ Iepure Stanford

După apariția ceainicului Utah, pentru o lungă perioadă de timp, dezvoltatorii de grafică tridimensională nu au avut nicio alternativă. Trebuie să testați redarea? Desigur, se folosește un ceainic Newell. Dar în anii nouăzeci situația s-a schimbat ușor. Există noi instrumente pentru modelarea 3D și noi modele pentru testare. Cercetătorii de la Universitatea Stanford Greg Turk și Marc Levoy s-au alăturat cazului.


În 1994, de Paște, Greg a mers pe University Avenue și s-a oprit la un magazin care vindea articole decorative pentru casă și grădină. Acolo a văzut o colecție de iepuri de lut. Îi plăcea foarte mult culoarea teracotă a argilei roșii și lui Turk i s-a gândit că această figurină ar fi ideală pentru scanarea 3D și utilizarea în experimente 3D.


„Dacă aș ști că acest iepure este atât de popular, da, le-aș cumpăra pe toate!” — spuse Greg câțiva ani mai târziu. A cumpărat acest iepure și l-a adus la laborator, unde împreună cu Mark i-au digitalizat forma. Iepurele avea un singur dezavantaj - erau găuri în geometria lui. Pentru a simplifica rețeaua poligonului, Greg le-a pus pur și simplu de mână. Modelul iepurelui Stanford, care a fost obținut după digitalizarea figurinei, conținea 69451 de suprafețe triunghiulare, în timp ce figurina originală în sine avea 19 centimetri înălțime.


De atunci, acest model poate fi descărcat de oricine direct de pe site-ul Universității Stanford.

Pe lângă iepure, depozitul Stanford găzduiește mult mai multe modele, dintre care multe au devenit, de asemenea, foarte populare în comunitățile de dezvoltare 3D. Printre modelele 3D gratuite disponibile pentru descărcare, se numără, de exemplu, o figurină Buddha fericită, un dragon chinez popular, o frumoasă statuie thailandeză și așa mai departe.


⇡ Maimuță în Blender

Editorul 3D al Blender este de neegalat. Este singurul pachet profesional de grafică 3D gratuit care poate concura mai mult sau mai puțin cu „balenele” precum Maya sau Lightwave.


Open source, multi-platformă și capabilități uriașe de modelare - puteți vorbi despre meritele acestui program pentru o perioadă foarte lungă de timp. Dezvoltatorii au făcut tot posibilul pentru a se asigura că acest program nu este în niciun fel inferior omologilor comerciali. Și parcă ca răspuns la ceainicul din Utah, Blender și-a integrat propriul obiect „non-standard” - o maimuță pe nume Suzanne.


Modelul acestei maimuțe are o geometrie nu foarte complexă, dar netrivială, care este ideală pentru scenele de testare și studierea setărilor de randare. Acesta este un model low poly cu 500 de suprafețe.


Capul de cimpanzeu a apărut pentru prima dată în Blender 2.25. Atunci, în ianuarie-februarie 2002, a devenit clar că compania NaN, care promova editorul 3D încă plătit de atunci, Blender, era în faliment și, prin urmare, nu va putea dezvolta în continuare acest proiect. Programatorii săi au adăugat o maimuță ca un fel de ou de Paşte la cea mai recentă versiune a programului, creată de NaN. După aceea, licența Blender a fost schimbată în GNU GPL, s-au strâns bani de la creditori, iar editorul 3D a devenit gratuit.

El a modelat faimoasa maimuță Willem-Paul van Overbruggen, cunoscută și sub porecla SLiD3. El a dat și numele, luând-o din comedia foarte specifică a lui Kevin Smith, Jay and The Silent Bob Strike Back. În acest film era un urangutan pe nume Suzanne.


Suzanne a devenit un adevărat simbol al editorului 3D gratuit. În 2003, a fost stabilit chiar și un concurs special pentru artiștii care lucrează în Blender. Competiția anuală se numește Premiile Suzanne, iar câștigătorilor li se acordă o figurină a maimuței Suzanne.

⇡ Cutia Cornell: experimente cu lumină

Una dintre cele mai repere lucru pe o scenă tridimensională - vizualizare. Și aici, trebuie să spun, nu totul depinde de utilizator. În unele cazuri, chiar și o cunoaștere aprofundată a parametrilor de randare nu este o garanție a unui realism ridicat al imaginii. Calitatea imaginii finale este determinată de condițiile de vizualizare și, cel mai important, de algoritmul de calcul al luminii.

În lumea reală, totul este controlat de procese fizice. Legile opticii, precum și proprietățile materialelor, determină imaginea lumii din jurul nostru. Obiectele din sticlă sunt percepute de ochii noștri ca fiind transparente, coaja de lămâie pare să fie în relief, iar gheața este mată. Algoritmul de randare 3D folosit pentru randare încearcă să reproducă toate aceste fenomene și proprietăți materiale prin simularea proceselor fizice. Totuși, problema este că acest algoritm nu este perfect și, ca în orice problemă școlară de fizică, folosește multe ipoteze și convenții.

De exemplu, cel mai simplu principiu pentru calcularea umbrelor este trasarea. Oferă doar o idee despre unde va merge conturul umbrei aruncate. Cu toate acestea, în viata reala umbrele nu sunt întotdeauna ascuțite - cel mai adesea există o reflexie multiplă a luminii, atunci când fasciculul este reflectat de mai multe ori de la obiecte, transferând culoarea obiectelor învecinate în alte zone și făcând umbrele „moale”. În grafica 3D, această proprietate este descrisă de algoritmi globali de iluminare.


În 1984, o echipă de oameni de știință din departamentul de grafică de la Universitatea Cornell dezvolta noi algoritmi de urmărire a luminii. Lucrarea lor s-a numit „Modelarea interacțiunii luminii cu suprafețele difuze”. Pentru profan, acest nume nu va spune nimic, dar un specialist în grafică tridimensională va ghici cu precizie în această frază unul dintre principiile de calcul al luminii într-o scenă tridimensională - „iluminarea globală”. În același an, la populara expoziție Siggraph, experții Universității Cornell au demonstrat avantajul sistemului lor pe exemplul unei scene tridimensionale simple - un cub gol, în interiorul căruia se aflau cele mai simple primitive.


Acest cub a jucat rolul unei camere, o cameră închisă, a servit ca model simplificat pentru simularea propagării realiste a luminii. Modelul cu cutie, numit cutie Cornell, este extrem de simplu, lumina din el face reflexii previzibile, iar prin urmare designul simplu s-a dovedit a fi foarte practic si convenabil. Atât de convenabil încât este încă folosit de specialiștii în grafică 3D până în prezent, creând algoritmi de vizualizare și testând noi metode de calcul al iluminării.

Pereții din interiorul cutiei Cornell sunt vopsiți în culori diferite. Asa de, partea stângă are culoarea roșie, cea dreaptă este verde, peretele din spate, precum și „tavanul” și „podeaua” sunt albe. Acest lucru este necesar pentru ca cercetătorul care efectuează experimente pe acest model să poată vedea transferul de culoare către suprafețele învecinate. Cel mai simplu exemplu puteți observa singur un astfel de efect - puneți ceva galben foarte strălucitor pe o foaie de hârtie albă curată și veți vedea cum foaia capătă o nuanță gălbuie în jurul perimetrului acestui obiect. Dacă randați folosind algoritmi de iluminare globală, un efect similar va avea loc în caseta Cornell.

⇡ Primele animații 3D pe computer

Laboratoarele Bell a fost întotdeauna una dintre cele mai mari și mai promițătoare echipe de cercetare din lume. S-au ocupat de cele mai presante probleme din diverse domenii ale științei. De-a lungul anilor de existență, oamenii de știință de la Bell Laboratories au primit de șapte ori Premiul Nobel.


Și este destul de firesc că prima simulare tridimensională a fost realizată de specialiștii acestui centru. În 1963, un angajat al Laboratoarelor Bell pe nume Edward E. Zajac a demonstrat un program scris în Fortran pentru a simula mișcarea unui satelit.

El nu și-a propus scopul de a crea prima animație tridimensională, dar așa s-a dovedit.


În acea perioadă a lucrat în departamentul de cercetare matematică și s-a angajat în modelare matematică pentru a crea mecanisme cu un sistem de stabilizare cu două giroscopii, care ar putea fi folosit în primii sateliți de comunicații. Folosind programul ORBIT (scris de un alt angajat al Bell Laboratories), omul de știință și-a procesat calculele, primind un set de carduri perforate cu rezultatele. Folosind un înregistrator de computer General Dynamics Electronics Stromberg-Carlson 4020, el a tipărit microfilmul de animație.


Intriga sa este simplă - două obiecte sunt conectate între ele prin forța gravitației și un obiect se învârte în jurul celui de-al doilea, cum ar fi, de exemplu, Luna în jurul Pământului. Grafica, după cum puteți vedea, este minimă, dar este 1963 și este într-adevăr prima animație 3D.

Un alt angajat al Bell Laboratories care a căutat să găsească o modalitate de a face computerul să deseneze animație tridimensională este Michael Noll (A. Michael Noll).


Folosind un computer IBM 7094 în anii 1965-66, a realizat mai multe scurtmetraje, precum „baletul pe computer”, unde, cu o bună imaginație, se pot vedea figuri de dansatori cu un singur picior mișcându-se în spațiul tridimensional. Cel mai probabil, acesta este balet pe gheață. O structură articulată constând din mai multe puncte nodale a fost luată drept „dansatorii”. Această opțiune ne-a permis să simplificăm calculele greșite.


Și pentru ca nimeni să nu aibă îndoieli că această animație este tridimensională, Michael Knoll a vizualizat-o în modul stereoscopic, desenând videoclipul separat pentru ochiul drept și cel stâng. Pe lângă „baletul pe computer”, Michael a avut câteva animații stereoscopice mai interesante, cu un cub cu patru dimensiuni, o sferă cu patru dimensiuni, etc. Toate imaginile din animație sunt „inversate”, adică în stânga este imaginea. pentru ochiul drept, iar în dreapta este poza pentru ochiul stâng. Așadar, dacă vrei să le urmărești, concentrează-ți vederea în fața ecranului monitorului.

⇡ Primul model de mașină 3D: cum să scanați manual

Producția multor lucruri la mijlocul secolului trecut a fost mult mai lentă în comparație cu ceea ce este acum. Procesul de creare a unui prototip, să zicem, a unei mașini, a fost foarte lung și complicat. Dar totul s-a schimbat atunci când Ivan Edward Sutherland și-a propus să dezvolte o interfață interactivă care să ajute oamenii și computerele să „comunice” între ele.


Ivan Sutherland a fost întrebat odată - cum a putut un timp scurt veniți cu și creați atât de multe idei revoluționare, de la conceptul de interfață a tuturor sistemelor CAD până la abordarea orientată pe obiecte a programării. Ca răspuns, Sutherland a zâmbit doar și și-a desfășurat brațele: „Dar nu am știut atunci că totul a fost atât de greu!”

În 1963, ca parte a tezei sale, Ivan Sutherland a demonstrat un „robot de desenare” (acesta este numele neoficial al proiectului - Robot Draftsman). Acest program a fost prima verigă în evoluția sistemelor de proiectare asistată de computer, care astăzi sunt cunoscute sub numele de Sketchpad.


Cu ajutorul unui computer și a unui stilou luminos conectat, casierul putea desena direct pe ecranul de afișare. Computerul a determinat coordonatele punctelor de atingere ale stiloului luminos și apoi a calculat geometria curbei, liniei drepte sau figură geometricăși a afișat aproape instantaneu rezultatul pe ecran.

Simplu după standardele actuale, Sketchpad necesita puterea fantastică de calcul a vremii. Funcționa pe un computer TX-2 care ocupa mai multe camere la Laboratorul de Cercetare Lincoln al MIT.


În videoclipul de mai jos, Sutherland demonstrează capacitățile noii interfețe om-mașină.

Sistemul său a făcut posibilă realizarea unor lucruri incredibile pentru anii 1960 - trageți linii punct cu punct și creați desene reale pe ecran. Sketchpad vă permitea, de asemenea, să faceți modificări pe măsură ce lucrați și să scalați elementele de desen deja terminate.

Una dintre cele mai importante cerințe pentru Sketchpad pe care Ivan le-a propus a fost să urmeze întocmai instrucțiunile operatorului. A fost destul de dificil de implementat, deoarece utilizatorul putea „rata” la punctul potrivit, iar dispozitivul de intrare în sine era imperfect. Pentru a remedia această problemă, Sketchpad a folosit un sistem de așa-numite limitatoare. Aceste constrângeri au făcut posibilă manipularea detaliilor desenului cu precizie absolută, de exemplu, pentru a face paralele linii drepte sau pentru a da două segmente de aceeași lungime. Pentru a utiliza aceste limitatoare, a fost folosit un întreg set de taste funcționale, care se afla lângă ecranul de introducere a datelor.


Dar la această prezentare, autorul primei software pentru CAD arată deja o versiune destul de funcțională a interfeței interactive cu mai multe ferestre de proiecție și vorbește foarte sensibil despre posibilitățile potențiale de lucru cu 3D.

Pentru dezvoltarea sistemului Sketchpad, Ivan a fost distins cu cel mai prestigios premiu în informatică, acordat de Asociație informatică, premiul Turing.

Profesorii moderni pot învăța multe de la Sutherland. Acest om s-a dedicat complet științei. Dar ce zici de el însuși - literalmente nu a cruțat mașina în acest scop. Împreună cu studenții săi, Ivan a realizat prima scanare digitală 3D a unui Volkswagen Beetle manual. Da, cu mana.


Sarcina a fost foarte grea. Atunci nu existau scanere digitale sau fotografie digitală, așa că totul trebuia făcut direct. Elevii s-au târât ca furnicile peste mașină și, folosind rigle speciale de măsurare, au desenat pe ea o rețea poligonală, ceea ce astăzi experții în grafică 3D numesc un cadru de sârmă sau un cadru de model 3D. Înainte de a începe lucrul, unele detalii au fost eliminate din mașină - roți, bară de protecție etc., deoarece o bază a fost „digitizată” - din toate părțile, de sus în jos. A fost justificat un astfel de sacrificiu? Cu siguranță! Prin hărțuirea „gândacului”, Sutherland a dezvoltat o tehnică de proiectare a rețelelor poligonale pe un obiect, datorită căreia a apărut grafica 3D modernă.


De asemenea, Ivan a reușit să intereseze o mulțime de oameni cu munca sa, care au continuat să dezvolte direcția graficii 2D și 3D pe computer. Și pe fundalul succesului, toată lumea a uitat cumva că Volkswagen Beetle îi aparținea de fapt soției lui Ivan, iar reacția ei la actul soțului ei a rămas un mister.


Și cine erau studenții ăștia „furnici”? Printre ei au fost multe personalități remarcabile. Unul dintre cei care au făcut modelul de mașină se numea John Edward Warnock. La zece ani de la această poveste, el va deveni co-fondator al cunoscutei companii Adobe.



B˘i T˝ờng Phong, un cercetător junior, a contribuit și el la crearea acestui model. Modelul lui Phong este folosit astăzi în multe motoare 3D.

Pe modelul primei mașini tridimensionale, Phong a testat faimosul său sistem de umbrire, care mai târziu a primit numele - Phong. În orice editor 3D care are capacitatea de a personaliza materialele, printre alte opțiuni, puteți selecta algoritmul de umbrire Phong. Metoda Phong se bazează pe interpolarea normalelor de suprafață prin poligoane rasterizate și vă permite să calculați culoarea pixelilor, ținând cont de normala interpolată și de modelul de reflexie a luminii.


Proiectul Sutherland nu avea practic analogi. Singurul sistem care avea un principiu similar a fost dezvoltarea comercială a General Motors și IBM, care se numea DAC-1 (Design Augmented by Computers). Această consolă era, de asemenea, controlată de un stilou, dar era mai puțin convenabilă și, de asemenea, costisitoare.

⇡ Unul rămas: prima animație computerizată a mâinii

Obiceiul de a urmări puterea hardware-ului computerului a dus la răspândire printre utilizatori credința că fără o placă video modernă este imposibil să obțineți o imagine 3D. Dar nu este deloc cazul. Imaginează-ți că a treia dimensiune a fost amenințată cu mai bine de jumătate de secol în urmă. Chiar înainte de momentul în care computerul a devenit cu adevărat personal, inginerii au putut (și au făcut) animație 3D. Și viitorul fondator și președinte al Pixar, precum și șeful Walt Disney Animation Studios și DisneyToon Studios, Edwin Catmull, au contribuit în acest sens.


Și a făcut-o în sensul literal al cuvântului - și-a digitalizat mâna stângă și a creat o animație demonstrativă a mișcărilor degetelor pe ea.

Catmull a fost interesat de procesul de animație încă din copilărie. A avut chiar și propriul său stand improviz, unde Edwin a încercat să facă primele desene primitive. Cu toate acestea, la fel ca mulți alți absolvenți de superioare institutii de invatamant Nu și-a găsit imediat chemarea. Imediat după absolvirea Universității din Utah, a plecat mai întâi să lucreze pentru Boeing, dar un an mai târziu, criza economică a forțat Boeing să concedieze mii de angajați, iar Ed se numără printre aceștia. După aceea, proaspătul absolvent s-a întors din nou la universitate pentru a-și continua studiile postuniversitare.

Ivan Edward Sutherland, pe atunci profesor la Universitatea din Utah, a devenit mentorul lui Catmull și l-a încurajat pe tânărul absolvent să exploreze grafica interactivă pe computer. Catmull a folosit aceeași metodă ca și Ivan pentru a-și digitaliza mașina. Animația mâinii 3D a fost creată în mai multe etape. În comparație cu proiectul de digitizare pe scară largă Volkswagen Beetle al lui Ivan, lui Catmull i s-a părut puțin mai ușor - a pictat pur și simplu o turnare a mâinii stângi, marcând locația marginilor și nodurilor rețelei poligonale pe ea. Apoi, în laborator, această grilă a fost citită de un dispozitiv special, iar pe baza datelor obținute a fost alcătuit un model tridimensional.


Catmull a scris un program pentru a anima acest model. Această animație a fost redată și folosită ca un plus frumos pentru proiect de absolvire. Suprafața mâinii era deformată, degetele erau îndoite și neîndoite, iar mâna însăși se întorcea pe ecran. Pentru un efect mai mare, Catmull a permis chiar să „se uite” în interiorul modelului, demonstrând privitorului că brațul 3D este gol în interior.

Munca tinerilor oameni de știință nu a fost în zadar. Un model al unei mâini 3D care se învârte a fost folosit în filmul științifico-fantastic Futureworld din 1976. Vorbea despre un hotel de stațiune cu personal robotizat. Pentru a imita tehnologiile înalte, totul a fost folosit - atât animația redată, cât și wireframe-ul unui model tridimensional.

Pe lângă această mână tridimensională, elevii au realizat o lucrare și mai complexă - un model animat al unui cap uman.


A fost pregătit de prietenul și colegul lui Catmull, Fred Parke, care a participat și la digitalizarea modelului mâinii stângi a lui Edward.

A încercat chiar să sincronizeze sunetul și mișcarea buzelor modelului de computer. Și asta în 1974!

Elevii au numit între ei modelul uman Baldy, adică „chel”. Cadrul său era format din 900 de triunghiuri.

La mijlocul anilor optzeci, laboratorul lui Dominic Massaro a continuat să lucreze la acest model și, folosind o tehnică mai avansată, a „reînviat” capul, dotându-l cu un set mare de expresii faciale de vorbire. Profesorul Massaro însuși a schimbat ușor numele în stilul italian - Baldi și l-a înregistrat ca marcă comercială. Și nu cu mult timp în urmă, sub conducerea sa, a fost lansată lansarea unei aplicații pentru iOS, în care există un cap 3D vorbitor, realizat încă în anii șaptezeci.


Termenul de „animație pe computer” la mijlocul secolului trecut era ceva foarte exotic. Calculatoarele, precum și dispozitivele de imprimare, erau doar la dispoziția organizațiilor de cercetare și, desigur, a armatei. Ei bine, în Uniunea Sovietică, oamenii nu au auzit deloc despre animația pe computer, cu excepția unui mic grup de entuziaști care au presupus că este foarte posibil să „deseneze” animația cu ajutorul tehnologiei computerizate. Unul dintre acești oameni este matematicianul Nikolai Nikolaevich Konstantinov.


Acest om este o adevărată legendă a matematicii rusești. Konstantinov este unul dintre cei mai talentați și extraordinari oameni de știință care a reușit nu numai să aducă o contribuție uriașă sistemului național de știință și educație, ci și să transmită cunoștințele sale generațiilor viitoare. Printre studenții săi se numără o mulțime de matematicieni și oameni de știință proeminenți, ca să nu mai vorbim de câștigătorii concursurilor și olimpiadelor de matematică.

În 1968, a creat prima animație pe computer timp de un minut și jumătate. Obiectul atenției sale a fost o pisică, de unde și denumirea mini-animației - „Pisicuță”.

Matematicianul a decis să creeze un desen animat programând mișcările unei pisici și imprimând fiecare cadru al animației cu o siluetă redesenată. Realizarea unei astfel de idei ar putea apărea numai de la o persoană care nu numai că are o înțelegere excelentă a matematicii superioare, dar vede și aplicarea sa practică.

Deoarece mușchii animalului, prin contractare, controlează accelerația anumitor părți ale corpului, Konstantinov a decis că ecuațiile diferențiale de ordinul doi ar putea deveni baza algoritmului de mișcare a animalului. Interpretarea grafică a siluetei pisicii a fost realizată folosind o matrice de caractere. Matematicianul a spart conturul pisicii în „bare” parametrice, iar apoi, folosind formule ipotetice care descriu mersul animalului, a recreat un scenariu simplu de mișcări care includea mai mulți pași, o întoarcere a capului și decelerare.


În această lucrare, el a fost asistat de doi studenți ai Universității de Stat din Moscova - Vladimir Ponomarenko și Viktor Minakhin. Nikolai Nikolaevich și-a amintit mai târziu un detaliu amuzant al acestui proiect: pentru a obține formula corectă pentru mișcările unei pisici, Viktor a încercat să portretizeze o pisică - s-a pus în patru picioare și a mers pe podea, încercând să înțeleagă ce mușchi sunt implicați. în lucru.

Deși Konstantinov însuși a respins ulterior realismul rezultatului obținut, referindu-se la natura ipotetică a calculelor matematice, este greu de observat cât de realist se mișcă animalul în cadru.

La Departamentul de Probleme Generale de Control al Facultății de Mecanică și Matematică a Universității din Moscova, partea teoretică a acestei probleme a fost pregătită și depanarea programului în sine prin calcul greșit ecuatii diferentiale iar funcționarea sa a fost efectuată la Centrul de calcul al Institutului Pedagogic de Stat din Moscova. Calculatorul care a fost folosit pentru a calcula această animație a fost numit cu mândrie BESM-4 („Mașină de calcul electronică mare”).

BESM-4 avea foarte puține în comun cu ceea ce numim acum un computer. Doar 30 de astfel de dispozitive au fost produse în toată țara. RAMîn BESM-4 a fost realizat pe miezuri de ferită (8192 de cuvinte, cuvinte de 45 de biți, organizate în două cuburi a câte 4k cuvinte fiecare). Performanța acestui „cabinet” a fost de până la patruzeci de mii de operații pe secundă. Imprimanta pentru o mașină electronică mare de calcul avea un nume nu mai puțin încăpător - imprimanta alfanumerică ATsPU-128.

Dacă te uiți îndeaproape la redarea cadru cu cadru, poți vedea artefacte minore nedorite aleatorii - în felul lor, acestea sunt primele „eșecuri” ale vizualizării pe computer, adică randarea.


În ceea ce privește fața pe care o face pisica la începutul scurtmetrajului, aceasta nu este opera unui matematician, ci a unui artist distractiv care a făcut și animație pentru un film sovietic de neuitat " Băieți amuzanți". De asemenea, a fost invitat să lucreze la acest proiect.

Interesant este că la acea vreme Konstantinov nu era singura persoană din URSS care folosea metoda animației pe computer. Cu toate acestea, alte încercări de a vizualiza pe un computer, cum ar fi, de exemplu, animarea proceselor din interiorul unei molecule de ADN, erau plictisitoare și obscure pentru un privitor nepregătit.

⇡ Concluzie

Acum computerul este un instrument universal. Poate fi folosit pentru desen, și pentru crearea de animație și pentru pregătirea videoclipurilor. Singurul lucru care îi lipsește este creativitatea. Cu toate acestea, poate că aceasta este o chestiune de timp.

Apariția tehnologiei computerizate și dezvoltarea graficii computerizate au permis unei persoane să arunce o privire nouă asupra lumii. O mare parte din ceea ce era anterior inaccesibil vederii umane, ceea ce era prea rapid sau prea lent, foarte mic sau prea mare, a devenit evident și de înțeles într-un model computerizat. Medicina, tehnologie, inginerie, spatiu - grafica computerizata este folosita in orice domeniu al activitatii umane. Ceea ce a început ca un simplu punct de lumină pe un ecran, un afișaj cu un singur pixel cu informații minime pe computer, transformat treptat într-o linie, o imagine în mișcare pe un ecran și apoi în realitate virtuală și augmentată. Iar limita acestei evoluții a pixelilor este undeva cu mult dincolo de înțelegerea umană. Și cel mai probabil, cel mai interesant urmează să vină.

Începutul dezvoltării graficii 3D este considerat o imagine 2D obișnuită. Timp de câteva decenii, grafica a ajuns la o dezvoltare uriașă. Datorită multor ani de dezvoltare, omenirea a învățat ce sunt designul video și imaginile tridimensionale.

Apariția 3D a fost precedată de o imagine bidimensională, care avea două axe de coordonate care formau lățimea și înălțimea desenelor. Și abia în anii 90 ai secolului al XX-lea a devenit cunoscut despre posibilitatea creării unei a treia dimensiuni - volumul. O astfel de descoperire a fost posibilă doar pentru o persoană cu un bun reprezentare spațială, unde vizualizarea obiectului său ar putea reflecta toate caracteristicile obiectului. Prin urmare, cele două axe de coordonate existente au fost completate cu un al treilea criteriu, adâncimea, respectiv axa „Z”. În secolul al XX-lea, primele computere la care trebuia să lucrezi erau foarte voluminoase, dar acest lucru nu i-a deranjat pe oamenii pentru care electronica era adevăratul sens al vieții.

Unul dintre cei mai străluciți cercetători a fost Ivan Sutherland. El, fiind doar un student absolvent, a dezvoltat un program prin care a fost posibilă construirea celor mai simple imagini tridimensionale. El a fost primul care a creat Departamentul de Grafică pe computer la universitatea sa natală. Aceste evenimente au deschis calea lumii către modelarea 3D, fără de care viața este acum chiar imposibil de imaginat. Studentul absolvent a fost asistat de cei mai buni studenți ai săi, Ed Catmull și Jim Blinn. Catmull, sub îndrumarea supraveghetorului său Ivan Sutherland, a modelat primul obiect tridimensional, care a fost propria sa mână.

Un alt student a introdus conceptul de animație 3D, a „învățat” figurile tridimensionale să se miște. Destul de ciudat, dar primul desen animat de acest tip a fost originar din URSS și a durat doar 40 de secunde. Creatorul său este matematicianul sovietic Konstantinov. Această lucrare s-a bazat pe o ilustrare 3D a unei pisici care se plimba prin cameră. Dezvoltarea treptată a tehnologiei a dus la crearea celor mai noi tehnologii, nu numai în domeniul cinematografiei, ci și îmbunătățiri ale jocurilor pe calculator. Acum, grafica computerizată a jocurilor moderne, în care personajele 3D înlocuiesc imaginile bidimensionale obișnuite, nu va surprinde pe nimeni.

În prezent, grafica tridimensională a atins cote extraordinare. Devine posibil să vizualizați exteriorul clădirilor și caselor. Acest concept este opusul termenului de interioare, încearcă să prezinte și să discute detaliile unei viitoare clădiri cât mai luminos și cât mai complet posibil sau să creeze un proiect unic și spectaculos.

Schimbul de independenți Web-lance.net oferă oportunități excelente de căutare de locuri de muncă atât pentru profesioniștii cu experiență în domeniul afacerilor pe Internet, cât și pentru începătorii care tocmai învață elementele de bază pentru a câștiga bani pe internetul mondial. Aici veți găsi sute de posturi interesante interesante în domeniul design, copywriting, programare, layout, content management și alte domenii de activitate la cerere în rândul utilizatorilor de internet. De asemenea, prin înregistrarea la bursă, vă puteți plasa aici profilul, indicând specializarea și detaliile de contact, ceea ce va permite clienților potențiali să vă contacteze pentru o cooperare ulterioară reciproc avantajoasă. Site-ul este structurat convenabil și împărțit în secțiuni tematice, ceea ce permite chiar și clienților fără experiență să determine cu exactitate categoria în care ar trebui publicat proiectul lor, în același timp, facilitând căutarea posturilor vacante de interes pentru interpreți. În plus, portalul are o secțiune Bloguri în care utilizatorii înregistrați pot publica materiale, precum și un Forum în care antreprenorii și clienții pot discuta despre momentele de lucru, precum și să comunice pe teme de interes pentru ei. Bucură-te de munca ta pe Web-lance.net - un schimb în care poți găsi cei mai buni performanți și cele mai interesante proiecte.

Grafica 3D este procesul de creare a unui model tridimensional folosind programe speciale de calculator. Acest tip de grafică pe computer a absorbit o mulțime de grafică vectorială, precum și grafică pe computer raster. Pe baza desenelor, desenelor, descrieri detaliate sau orice altă informație grafică sau textuală, designerul 3D creează o imagine tridimensională.

Într-un program special, modelul poate fi vizualizat din toate părțile (sus, jos, lateral), încorporat pe orice plan și în orice mediu. Grafica tridimensională pe computer, ca și grafica vectorială, este orientată pe obiecte, ceea ce vă permite să schimbați atât toate elementele unei scene tridimensionale, cât și fiecare obiect în mod individual. Acest tip de grafică pe computer are un mare potențial de a sprijini desenul tehnic. Cu ajutorul editorilor grafici de grafică tridimensională pe computer, puteți realiza imagini vizuale ale pieselor și produselor ingineriei mecanice, precum și să realizați machete ale clădirilor și obiectelor de arhitectură studiate în secțiunea corespunzătoare de desen arhitectural și de construcție. Odată cu aceasta, se poate asigura suport grafic pentru astfel de secțiuni de geometrie descriptivă precum proiecțiile de perspectivă, axonometrice și ortogonale, deoarece principiile pentru construirea imaginilor în grafica computerizată tridimensională sunt împrumutate parțial de la acestea.

Grafica tridimensională poate fi de orice complexitate. Puteți crea un model 3D simplu, cu detalii reduse și o formă simplificată. Sau ar putea fi mai mult model complex, în care se studiază cele mai mici detalii, se folosesc texturi, tehnici profesionale (umbre, reflexii, refracția luminii etc.). Desigur, acest lucru afectează serios costul modelului 3D finit, dar vă permite să extindeți utilizarea modelului 3D.

Unde este folosită grafica 3D?

Modelarea tridimensională (grafică 3d) este folosită astăzi în multe domenii. Desigur, în primul rând, aceasta este construcție. Acesta poate fi un model al unei viitoare case, atât private, cât și cu mai multe apartamente sau clădiri de birouri, și într-adevăr orice unitate industrială. În plus, vizualizarea este utilizată activ în proiectele de design interior.

Modelele 3D sunt foarte populare în crearea de site-uri web. Pentru a crea un efect special, unii creatori de site-uri adaugă nu doar elemente grafice în design, ci și modele tridimensionale, uneori chiar animate. Programele și tehnologiile de modelare 3D sunt utilizate pe scară largă în producție, de exemplu, în producția de mobilier de dulap și în construcții, de exemplu, pentru a crea un proiect de design fotorealist pentru spațiile viitoare. Mulți designeri au trecut de mult timp de la folosirea unei rigle și a unui creion la tridimensionalul modern programe de calculator. Treptat, alte companii, în primul rând companiile de producție și comerț, stăpânesc noile tehnologii.

Desigur, cele mai multe modele 3D sunt folosite în scopuri demonstrative. Sunt indispensabile pentru prezentări, expoziții și sunt folosite și în lucrul cu clienții atunci când este necesar să se arate clar care va fi rezultatul final. În plus, sunt necesare metode de modelare tridimensională acolo unde este necesar să se arate în volum obiecte deja finisate sau acele obiecte care au existat cu mult timp în urmă. Modelarea tridimensională nu este doar viitorul, ci și trecutul și prezentul.

Beneficiile modelării 3D

Există destul de multe avantaje ale modelării 3D față de alte metode de vizualizare. Modelarea tridimensională oferă un model foarte precis, cât mai aproape de realitate. Programele moderne ajută la obținerea detaliilor ridicate. Acest lucru crește semnificativ vizibilitatea proiectului. Exprimarea unui obiect tridimensional într-un plan bidimensional nu este ușoară, în timp ce vizualizarea 3D vă permite să lucrați cu atenție și, cel mai important, să vedeți toate detaliile. Acesta este un mod mai natural de redare.

Este foarte ușor să faci aproape orice modificări într-un model tridimensional. Puteți modifica proiectul, puteți elimina unele detalii și puteți adăuga altele noi. Imaginația ta este practic nelimitată și poți alege rapid varianta care ți se potrivește cel mai bine.

in orice caz Modelare 3D convenabil nu numai pentru client. Programe profesionale oferă numeroase avantaje producătorului. Dintr-un model tridimensional, puteți selecta cu ușurință un desen al oricăror componente sau al întregii structuri. În ciuda faptului că crearea unui model tridimensional este un proces destul de intensiv în muncă, lucrul cu acesta în viitor este mult mai ușor și mai convenabil decât cu desenele tradiționale. Ca rezultat, timpul de proiectare este redus semnificativ, iar costurile sunt reduse.

Programele speciale permit integrarea cu orice alt software profesional, cum ar fi calcule de inginerie, programe de mașini-unelte sau programe de contabilitate. Introducerea unor astfel de soluții în producție oferă economii semnificative de resurse, extinde semnificativ capacitățile întreprinderii, simplifică munca și îmbunătățește calitatea acesteia.

Programe de modelare tridimensională

Există destul un numar mare de o varietate de software de modelare 3D. Deci, unul dintre programele populare care sunt special concepute pentru crearea de grafică tridimensională și design interior este programul 3D Studio MAX. Vă permite să vizualizați în mod realist obiecte de complexitate diferită. În plus, „3D Studio MAX” face posibilă compunerea acestora, stabilirea traiectoriei mișcărilor și, în cele din urmă, chiar crearea unui videoclip cu drepturi depline cu participarea Modele 3D. Deși o astfel de muncă, desigur, necesită abilități serioase din partea unui specialist, precum și resurse mari de computer, în primul rând memorie și viteza procesorului.

Editorul Maya este numit după un cuvânt sanscrit care înseamnă iluzie. Maya a fost dezvoltat de Alias ​​​​Systems. Alias ​​a fuzionat cu Autodesk în octombrie 2005. Maya este folosită mai frecvent pentru a crea animație și efecte 3D în filme.

Probabil că citiți acest articol pe un monitor de computer sau pe un dispozitiv mobil - un afișaj care are dimensiunile reale, înălțime și lățime. Dar când vizionați, de exemplu, desenul animat Toy Story sau jucați jocul Tomb Raider, vedeți o lume tridimensională. Unul dintre cele mai uimitoare lucruri despre lumea 3D este că lumea pe care o vezi poate fi lumea în care trăim, lumea în care vom trăi mâine sau lumea care trăiește doar în mintea creatorilor unui film sau joc. Și toate aceste lumi pot apărea doar pe un singur ecran - acesta este cel puțin interesant.

Cum ne păcălește un computer ochii să creadă că ne uităm la un ecran plat pentru a vedea profunzimea imaginii prezentate? Cum fac dezvoltatorii de jocuri astfel încât să vedem personaje reale mișcându-se într-un peisaj real? Astăzi vă voi povesti despre trucurile vizuale folosite designeri grafici, și cum funcționează totul și ni se pare atât de simplu. De fapt, totul nu este simplu și pentru a afla cum este grafica 3D, mergi sub pisică - acolo vei găsi poveste fascinantăîn care sunt sigur că te vei cufunda cu o plăcere fără precedent.

Ce face o imagine 3D?

O imagine care are sau pare a avea înălțime, lățime și adâncime este tridimensională (3D). O imagine care are înălțime și lățime, dar fără adâncime, este bidimensională (2D). Amintește-mi unde vezi imagini bidimensionale? - Practic peste tot. Amintiți-vă chiar și de simbolul obișnuit de pe ușa toaletei, indicând o cabină pentru unul sau altul. Simbolurile sunt concepute astfel încât să le puteți recunoaște și să le recunoașteți dintr-o privire. De aceea folosesc doar formele de bază. Informații mai detaliate despre orice simbol vă pot spune ce fel de haine poartă acest personaj. om mic, atârnat pe ușă, sau culoarea părului, de exemplu, simbolismul ușii toaletei femeilor. Aceasta este una dintre principalele diferențe dintre modul în care sunt utilizate grafica 3D și 2D: grafica 2D este simplă și memorabilă, în timp ce grafica 3D utilizează mai multe detalii și încadrează mult mai multe informații într-un obiect aparent obișnuit.

De exemplu, triunghiurile au trei linii și trei unghiuri - tot ce ai nevoie pentru a spune din ce este făcut triunghiul și ce este el de fapt. Cu toate acestea, priviți triunghiul din cealaltă parte - piramida este o structură tridimensională cu patru laturi triunghiulare. Vă rugăm să rețineți că în acest caz există deja șase linii și patru colțuri - din aceasta constă piramida. Vedeți cum un obiect obișnuit se poate transforma într-un obiect tridimensional și conține mult mai multe informații necesare pentru a spune povestea unui triunghi sau a unei piramide.

De sute de ani, artiștii au folosit câteva trucuri vizuale care pot face dintr-o imagine 2D plată o adevărată fereastră către lumea reală. lume tridimensională. Puteți vedea un efect similar în fotografiile obișnuite pe care le puteți scana și vizualiza pe monitorul unui computer: obiectele din fotografie par mai mici atunci când sunt mai departe; obiectele din apropierea obiectivului camerei sunt focalizate, ceea ce înseamnă, în consecință, totul în spatele obiectelor focalizate este neclar. Culorile tind să fie mai puțin vibrante dacă subiectul nu este la fel de aproape. Când vorbim astăzi despre grafica 3D pe computere, vorbim despre imagini care se mișcă.

Ce este grafica 3D?


Pentru mulți dintre noi, jocul pe un computer personal, un dispozitiv mobil sau un sistem de jocuri avansat în general, este cel mai izbitor exemplu și cel mai comun mod în care putem contempla grafica tridimensională. Toate aceste jocuri, filme misto create cu ajutorul unui computer, trebuie să parcurgă trei pași de bază pentru a crea și prezenta scene 3D realiste:

  1. Crearea unei lumi virtuale 3D
  2. Determinarea ce parte a lumii va fi afișată pe ecran
  3. Determinarea cum va arăta un pixel de pe ecran, astfel încât imaginea completă să apară cât mai realistă posibil
Crearea unei lumi virtuale 3D
Lumea virtuală 3D nu este, desigur, la fel cu lumea reală. Crearea unei lumi virtuale 3D este o lucrare complexă de vizualizare pe computer a unei lumi asemănătoare celei reale, pentru crearea căreia se utilizează un număr mare de instrumente și care presupune detalii extrem de ridicate. Luați, de exemplu, o parte foarte mică din lumea reală - mâna dvs. și desktopul de sub ea. Mâna ta are calități speciale care determină modul în care se poate mișca și arăta în exterior. Articulațiile degetelor se îndoaie numai spre palmă și nu opus. Dacă loviți masa, atunci nu i se va întâmpla nicio acțiune - masa este solidă. În consecință, mâna nu poate trece prin desktop. Puteți dovedi că această afirmație este adevărată privind ceva natural, dar în lumea virtuală 3D lucrurile sunt destul de diferite - nu există natură în lumea virtuală, nu există lucruri naturale precum mâna ta, de exemplu. Obiectele din lumea virtuală sunt complet sintetice - acestea sunt singurele proprietăți care le oferă software-ul. Programatorii folosesc instrumente speciale și proiectează lumi virtuale 3D cu mare grijă, astfel încât totul în ele să se comporte întotdeauna într-un anumit fel.

Ce parte a lumii virtuale este afișată pe ecran?
În orice moment, ecranul arată doar o mică parte din lumea virtuală 3D creată pentru jocul pe calculator. Ceea ce se afișează pe ecran sunt anumite combinații de moduri în care este definită lumea, unde decideți unde să mergeți și ce să vedeți. Indiferent unde mergi - înainte sau înapoi, sus sau jos, stânga sau dreapta - lumea virtuală 3D din jurul tău determină ceea ce vezi atunci când te afli într-o anumită poziție. Ceea ce vezi are sens de la o scenă la alta. Dacă te uiți la un obiect de la aceeași distanță, indiferent de direcție, ar trebui să arate sus. Fiecare obiect ar trebui să arate și să se miște în așa fel încât să crezi că are aceeași masă ca obiectul real, că este la fel de dur sau moale ca obiectul real și așa mai departe.


Programatori care scriu jocuri pe calculator, depuneți mult efort să proiectați lumi virtuale 3D și să le faceți astfel încât să puteți rătăci prin ele fără să dați peste ceva care să vă facă să credeți „Asta nu s-ar putea întâmpla în această lume!”. Ultimul lucru pe care vrei să-l vezi sunt două obiecte solide care pot trece direct unul prin celălalt. Acesta este un memento dur că tot ceea ce vezi este o falsă. Al treilea pas implică cel puțin la fel de multe calcule ca și ceilalți doi pași și ar trebui să aibă loc și în timp real.



CGI în stânga, actor mocap în dreapta

Iluminare și perspectivă

Când intri într-o cameră, aprinzi lumina. Probabil că nu vă petreceți mult timp gândindu-vă la modul în care funcționează de fapt și cum vine lumina de la lampă, răspândindu-se prin încăpere. Dar oamenii cu care lucrează Grafică 3D, ar trebui să se gândească la asta, pentru că toate suprafețele, wireframes din jur și alte asemenea lucruri ar trebui să fie iluminate. O metodă, trasarea razelor, implică căi care preiau razele de lumină în timp ce părăsesc becul, se aruncă în oglinzi, pereți și alte suprafețe reflectorizante și, în final, aterizează pe obiecte la intensități diferite din diferite unghiuri. Acest lucru este dificil, deoarece dintr-un singur bec poate exista un singur fascicul, dar în majoritatea camerelor se folosesc mai multe surse de lumină - mai multe lămpi, lămpi de tavan(candelabre), lămpi de podea, ferestre, lumânări și așa mai departe.

Iluminarea joacă un rol cheie în două efecte care dau aspectul, greutatea și soliditatea exterioară a obiectelor: umbrirea și umbrele. Primul efect, întunecarea, este în cazul în care mai multă lumină cade pe o parte a unui obiect decât pe cealaltă. Dimming-ul oferă subiectului mult naturalism. Această umbrire este ceea ce face pliurile din pilota profunde și moi, iar pomeții înalți să pară izbitori. Aceste diferențe de intensitate a luminii întăresc iluzia generală că subiectul are adâncime, precum și înălțime și lățime. Iluzia de masă vine din al doilea efect, umbra.

Corpurile solide aruncă umbre atunci când lumina le lovește. Puteți vedea acest lucru când priviți umbra pe care un ceas de soare sau un copac o aruncă pe trotuar. Prin urmare, suntem obișnuiți să vedem obiecte reale și oameni care aruncă umbre. În 3D, umbra, din nou, întărește iluzia creând efectul de a fi în lumea reală, mai degrabă decât pe un ecran de forme generate matematic.

perspectivă
Perspectiva este un cuvânt care poate însemna mult, dar de fapt descrie un efect simplu pe care l-a văzut toată lumea. Dacă stai pe marginea unui drum lung și drept și privești în depărtare, pare că ambele părți ale drumului converg într-un punct de la orizont. De asemenea, dacă copacii sunt aproape de drum, copacii mai departe vor părea mai mici decât copacii mai aproape de tine. De fapt, va arăta ca și cum copacii converg într-un anumit punct al orizontului format în apropierea drumului, dar nu este cazul. Când toate obiectele din scenă par să ajungă să convergă într-un punct din distanță, aceasta este perspectiva. Există multe variații ale acestui efect, dar majoritatea graficelor 3D folosesc singurul punct de vedere pe care tocmai l-am descris.

Adancimea terenului

Un alt efect optic care a fost folosit cu succes pentru a crea grafică 3D este profunzimea câmpului. Folosind exemplul meu de arbore, mai există un lucru interesant care se întâmplă pe lângă cele de mai sus. Dacă te uiți la copacii care sunt aproape de tine, copacii mai departe par să nu fie focalizați. Realizatorii de film și animatorii pe computer folosesc acest efect, profunzimea câmpului, în două scopuri. Primul este de a întări iluzia de profunzime în scena văzută de utilizator. Al doilea obiectiv este ca regizorii să folosească profunzimea câmpului pentru a-și concentra atenția asupra subiectelor sau actorilor care sunt considerați cei mai importanți. Pentru a vă atrage atenția asupra unei non-eroine dintr-un film, de exemplu, se poate folosi „adâncimea mică de câmp”, unde doar actorul este în atenție. O scenă care este concepută să te impresioneze va folosi, dimpotrivă, „adâncimea de câmp”, astfel încât cât mai multe obiecte să fie focalizate și astfel vizibile pentru privitor.


Netezire


Un alt efect care se bazează și pe păcălirea ochiului este anti-aliasing. Sistemele grafice digitale sunt foarte potrivite pentru a crea linii clare. Dar se mai întâmplă și ca liniile diagonale să aibă mâna de sus (apar destul de des în lumea reală, iar apoi computerul reproduce linii care seamănă mai mult cu scări (cred că știi ce este o scară când te uiți la obiectul imagine în detaliu). )). Astfel, pentru a-și păcăli ochiul să vadă o curbă sau o linie netedă, un computer poate adăuga anumite nuanțe de culoare rândurilor de pixeli care înconjoară linia. Acest " în gri»Computerul cu pixeli doar vă înșală ochii și, între timp, credeți că nu mai sunt pași zimțați. Acest proces de adăugare de pixeli colorați suplimentari pentru a păcăli ochiul se numește anti-aliasing și este una dintre tehnicile care sunt create manual prin grafica pe computer 3D. O altă sarcină dificilă pentru un computer este să creeze animație 3D, un exemplu al căruia vă va fi prezentat în secțiunea următoare.

Exemple reale

Când toate trucurile pe care le-am descris mai sus sunt folosite împreună pentru a crea o scenă uimitor de reală, rezultatul merită efortul. Cele mai recente jocuri, filme, obiecte generate de computer sunt combinate cu fundaluri fotografice - acest lucru sporește iluzia. Puteți vedea rezultate uimitoare când comparați fotografii și o scenă generată de computer.

Fotografia de mai sus arată un birou tipic care folosește un trotuar pentru a intra. Într-una din fotografiile următoare, pe trotuar a fost amplasată o minge simplă, de culoare uni, după care a fost fotografiată scena. A treia fotografie este deja utilizarea unui program de grafică pe computer, care a creat mingea care de fapt nu există în această fotografie. Puteți spune dacă există diferențe semnificative între aceste două fotografii? Cred că nu.

Crearea de animație și aspectul de „acțiune live”

Până acum, ne-am uitat la instrumentele care fac ca orice imagine digitală să pară mai realistă - indiferent dacă imaginea este o imagine statică sau o parte dintr-o secvență de animație. Dacă este o secvență animată, atunci programatorii și designerii vor folosi și mai multe trucuri vizuale diferite pentru a da aspectul de „acțiune live”, mai degrabă decât imagini generate de computer.

Câte cadre pe secundă?
Când mergi să vezi un blockbuster chic la un cinema local, o secvență de imagini numită fotografii rulează cu 24 de cadre pe secundă. Deoarece retina noastră reține o imagine pentru puțin mai mult de 1/24 de secundă, ochii majorității oamenilor vor amesteca cadre într-o imagine continuă de mișcare și acțiune.

Dacă nu înțelegeți despre ce tocmai am scris, atunci priviți-l din cealaltă parte: asta înseamnă că fiecare cadru al filmului este o fotografie făcută la o viteză a obturatorului (expunere) de 1/24 de secundă. Astfel, dacă te uiți la unul dintre numeroasele cadre ale unui film de curse, vei vedea că unele dintre mașinile de curse sunt „încețoșate” deoarece circulau cu viteză mare în timp ce obturatorul camerei era deschis. Această neclaritate a lucrurilor create de mișcarea rapidă este ceea ce suntem obișnuiți să vedem și face parte din ceea ce face o imagine reală pentru noi atunci când o privim pe un ecran.


Cu toate acestea, imaginile digitale 3D nu sunt fotografii până la urmă, așa că nu apare niciun efect de estompare atunci când un obiect se mișcă prin cadru în timpul capturii. Pentru a face imaginile mai realiste, estomparea trebuie adăugată în mod explicit de către programatori. Unii designeri cred că este nevoie de mai mult de 30 de cadre pe secundă pentru a „depăși” această lipsă de estompare naturală, motiv pentru care au împins jocurile să atingă un nou nivel - 60 de cadre pe secundă. În timp ce acest lucru permite fiecărei imagini individuale să apară în detaliu și să afișeze obiecte în mișcare în trepte mai mici, crește foarte mult numărul de cadre pentru o anumită secvență de animație. Există și alte părți specifice ale imaginilor în care randarea exactă pe computer trebuie sacrificată de dragul realismului. Acest lucru este valabil atât pentru obiectele în mișcare, cât și pentru cele staționare, dar asta este o altă poveste.

Să ajungem la capăt


Grafica pe computer continuă să uimească întreaga lume prin crearea și generarea unei game largi de obiecte și scene cu adevărat realiste în mișcare și nemișcare. Cu 80 de coloane și 25 de linii de text monocrom, grafica a parcurs un drum lung, iar rezultatul este clar - milioane de oameni joacă jocuri și rulează tot felul de simulări cu tehnologia actuală. Noile procesoare 3D se vor face și ele simțite - datorită lor, vom putea explora literalmente alte lumi și vom experimenta lucruri pe care nu am îndrăznit niciodată să le încercăm în viața reală. În sfârșit, revenim la exemplul mingii: cum a fost creată această scenă? Răspunsul este simplu: imaginea are o minge generată de computer. Nu este ușor să spui care dintre cele două este autentică, nu-i așa? Lumea noastră este uimitoare și trebuie să fim la înălțimea ei. Sper că v-a interesat și ați învățat singur o altă porțiune de informații interesante.