Лекция 10. 3 d графика и анимация (4 часа)
План
Графический конвейер
Стадия рендеринга
Описание объекта
Трехмерная графика в отличие от двухмерной дает более реалистичное представление образов.
1. Графический конвейер
В большинстве подсистем трехмерной графики применяется графический конвейер.
Конвейер - это логическая группа вычислений, выполняемых последовательно, которые дают на выходе синтезируемую сцену.
Конвейер разделен на множество этапов, на каждом из которых аппаратно или программно выполняется некоторая функция. Наличием переходов между этапами конвейера обеспечивается возможность выбора между программной и аппаратной реализацией очередного этапа. Такой подход к настройке конвейера позволяет приложениям трехмерной графики получать преимущества аппаратной реализации, когда таковая доступна. Таким образом, реализация конвейера может чисто программной, полностью аппаратной или смешанной (программно-аппаратной).
Описание сцены
До начала работы геометрических преобразований необходимо описать трехмерную сцену, изображение которой необходимо синтезировать.
Трехмерное приложение оперирует объектами, описанными в некоторой глобальной системе координат. Чаще всего здесь используется ортогональная (декартова) система координат, в которой положение каждой точки задается ее расстоянием от начала координат по трем взаимно перпендикулярным осям X, Y и Z.
В некоторых случаях используется и сферическая система координат, в которой положение точки задается удалением от центра и двумя углами направления.
Описание трехмерной сцены. В глобальных координатах приложение создает объекты. В этом же пространстве располагаются источники освещения, а также определяется точка зрения и направление взгляда наблюдателя.
(Анимация форм объектов)
Стадия геометрических преобразований
Стадия геометрических преобразований состоит из четырех этапов.
Первый этап заключается в описании каждого объекта группой треугольников (многоугольников). Треугольники формируются на основе множества вершин, заданных приложением. Объекты, сконструированные из треугольников или многоугольников, называются каркасной (проволочной) моделью.
На втором этапе выполняются модельные преобразования, такие как перенос, вращение и изменение масштаба. Преобразования позволяют перемещать объекты в сцене.
Анимация движения/масштабирования объектов
На третьем этапе выбираются модели освещения и вычисляется освещенность объектов. Модель освещения описывает тип используемых источников света и затем, когда определены свойства освещаемого объекта, формируется эффект освещения. Общепринятые модели освещения включают рассеянный свет, направленный и точечный источники света. Отражающие свойства материала в сочетании с моделью освещения задают цвет объекта.
Анимация освещения
Завершает стадию геометрических преобразований этап установки. На этапе установки изменяются размеры треугольников в зависимости от положения точки наблюдения сцены. Также удаляются невидимые грани.
Анимация движения камеры
Стадия геометрических преобразований требует выполения большого объема вычислительных операций, включая операции с плавающей точкой.