Сетчатая модель

У пиксельной и векторной моделей имеется общая черта — обе они предназначе­ны для представления в памяти компьютера плоского (двухмерного) изображе­ния. Это позволяет авторам многих книг по компьютерной графике собирательно называть их моделями двухмерной графики. При работе над многими графическими проектами компьютерный художник вполне может обойтись одной из них или сочетанием обеих, но часть встречаются задачи, для решения которых возмож­ностей этих моделей оказывается явно недостаточно. Например, при изменении ракурса изображаемой сцены или взаимного расположения включенных в нее объектов некоторые из них видны «сбоку», и на новом варианте изображения художнику приходится размещать новые графические объекты. Кроме того, формирование геометрической перспективы на изображении и имитация эффектов освещения также должны выполняться художником путем введения в модель дополнительных объектов и согласования их параметров (зачастую довольно трудоемкого). Работа с сетчатой моделью позволяет преодолеть эти принципи­альные функциональные ограничения моделей двухмерной компьютерной гра­фики, предоставляя пользователю качественно новый уровень автоматизации.

Сетчатая модель предназначена для представления в памяти компьютера не изо­бражения, а трехмерных геометрических объектов, при проецировании которых на ту или иную картинную плоскость это изображение можно получить автома­тически. В рамках сетчатой модели трехмерные объекты представляются в виде пустотелых, не имеющих физической толщины оболочек, составленных из мно­гоугольных (в предельном случае —треугольных) плоских граней.

Если два или более треугольника сетки лежат в одной плоскости, они образуют многоугольник, или полигон. Последний термин дал другое название сетчатой мо­дели трехмерных объектов — полигональная модель. У каждой треугольной гра­ни имеются три вершины и три ребра, соединяющие эти вершины. В качестве физической аналогии сетчатой модели можно представить себе каркас, образо­ванный сваркой концов прямолинейных отрезков проволоки.

Таким образом, основными структурными единицами сетчатой модели являют­ся вершины, ребра, треугольные грани и полигоны. В простейшем варианте сет­чатая модель представляет собой совокупность дескрипторов, содержащих зна­чения пространственных координат вершин каждой из граней всех оболочек, моделирующих предметы, входящие в сцену. Граням сетчатой модели могут со­поставляться дополнительные параметры, управляющие, например, цветом. При этом используются стандартные цветовые модели, единые для всех систем ком­пьютерной графики.

В силу фундаментальных свойств трехмерного пространства любую трехмер­ную поверхность можно с любой наперед заданной точностью представить сеткой, составленной из треугольных граней, поэтому сетчатая модель универсальна. В виде сетки можно представить сколь угодно сложные объекты. Но чтобы точность аппроксимации сложной поверхности была достаточно высо­кой, может потребоваться огромное число граней. К счастью, программы трех­мерного моделирования предоставляют множество инструментов и приемов, позволяющих автоматизировать разбиение поверхностей моделируемых объ­ектов на грани.

Для построения изображения моделируемой сцены или ее части по сетчатой мо­дели выполняется операция рендеринга (или визуализации). В геометрическом плане она сводится к проецированию граней сетчатой модели на заданную кар­тинную плоскость с удалением невидимых граней (заслоненных другими граня­ми). Поскольку операция рендеринга не оказывает влияния на сетчатую модель, а параметры проецирования задаются отдельно, однажды построенная модель сцены может использоваться для создания изображений сцены во множестве ра­курсов.

Перечислим принципиальные достоинства сетчатой модели (благодаря которым трехмерное моделирование становится все более популярной областью компью­терной графики):

• Сетчатая модель соответствует не изображению, а форме объектов и несет в себе больше информации о них, чем любая модель двухмерной графики (в этом плане она относится скорее не к графике и живописи, а к скульптуре).

• Сетчатая модель дает возможность автоматически решать задачи построения иллюзии перспективы, теней и бликов при различном освещении, что позво­ляет, например, создавать вполне реалистические пейзажи никогда и нигде не существовавших ландшафтов.

• Сетчатая модель дает возможность с минимальными затратами труда строить изображение смоделированной сцены в любом ракурсе. Это может очень при­годиться, например, при съемках фильма, когда вместо дорогостоящих деко­раций в кадр монтируется изображение, построенное по сетчатой модели.

□ Сетчатая модель очень удобна для анимации, изображающей движение объ­ ектов в некоторой сцене.

□ Сетчатая модель, будучи по своей природе векторной, сохраняет многие дос­тоинства, присущие векторной модели изображения (например, удобство масштабирования без потери качества изображения).