
Теория_КГ / Модели объектов_КГ
.docCцена в трехмерной компьютерной графике
Сцена включает следующие элементы:
1). Трехмерные компьютерные модели реальных или вымышленных объектов
2). Модели съемочных камер - компьютерные камеры необходимы, как и реальные камеры в кино и телевидении, для наблюдения за объектами с различных точек зрения.
В трехмерной графике камера - это объект, используемый для имитации наблюдения сцены через объектив настоящей съемочной камеры. Камера имеет элементы управления, соответствующие параметрам настоящих фотоаппаратов или телекамер, такие как поле зрения (Field of View- FOV), фокусное расстояние (Focal Length), угол поворота (Roll).
3). Модели источников света - предназначены для моделирования освещения компьютерной сцены. Среди них источники ненаправленного и направленного света, рассеянный свет.
Теоретически, рассеянный свет (ambient light) - это освещение, полученное в результате действия световых лучей, попадающих на данный объект в результате отражения от всех остальных объектов сцены. На открытом пространстве подсветка от рассеивания солнечного света в воздушной сфере составляет около 20 процентов от прямого солнечного света. В пакетах компьютерной графики и анимации под рассеянным светом понимается установленный одинаковый уровень освещенности для всех объектов сцены в отсутствие прочих источников света. Цвет подсветки должен определяться с учетом цвета всех световых лучей, попадающих на объект. Реально это удается сделать только при визуализации сцены методом переноса излучения (Radiosity).
4). Моделирование среды (воздушная дымка, туман, снег, дождь и т.д.) - делает компьютерную сцену более реалистичной или более эффектной.
Трехмерные модели объектов в компьютерной графике
Трехмерные модели объектов представляются трехмерными полигональными сетками. Элементы полигональных сеток:
-
Вершина (Vertex) - представляется в трехмерных моделях объектов тройкой чисел (координат), которые определяют ее положение в координатной системе. Вершины являются основой для построения всех трехмерных объектов. На основе вершин вначале строятся грани и затем, на основе граней - трехмерные полигональные сетки.
-
Ребро (Edge) - в векторной графике и компьютерной анимации - это отрезок прямой, связывающий две вершины (vertices) грани (face). Замкнутая последовательность ребер образует внешний контур грани.
-
Грань (Face) - в компьютерной анимации объект представляется множеством граней, образующих его сетчатую поверхность (сеть). Грань - это плоская форма (shape) в виде треугольника или четырехугольника, ограниченная ребрами (edges). Видимость грани при выполнении визуализации зависит от направления ее нормали.
Как построить трехмерные компьютерные модели объектов?
Некоторые методы построения трехмерных моделей объектов в компьютерной анимации.
1). Использование геометрических примитивов типа сферы, цилиндра, куба и т.д. и их комбинаций.
2). Лофтинг - создание трехмерных поверхностей путем протягивания плоских форм(сечений) по пути. Один из методов создания трехмерных поверхностей в САПР и системах компьютерной анимации. Создание поверхности происходит на основе установки вручную на вершинах сплайна - пути (path) нескольких (не менее двух) полигонов - сечений поверхности и автоматической генерации промежуточных сечений. При этом происходит соединение ребрами одноименных вершин полигонов. Полигоны должны иметь одинаковое число вершин и одинаковую ориентацию начальной вершины. В процессе генерации промежуточных сечений могут выполняться операции деформации исходных полигонов, такие как масштабирование (scale), вращение (rotation), покачивание (teeter) и др. Путь может иметь форму прямой, окружности, спирали, произвольной сплайновой кривой. Сложность модели будет зависеть от количества вершин на пути, в которые устанавливаются исходные и промежуточные полигоны и от количества вершин на полигонах.
3). Булевы операции (сложение, вычитание, пересечение) используются для получения сложных объектов из простых.
4) Тела вращения - модели объектов, построенные на основе сплайнов.
Сплайн (Spline)
Гладкая кривая, которая проходит через две или более контрольных точек, управляющих формой сплайна. Два из наиболее общих типов сплайнов - кривые Безье (Bezier curves) и В -сплайны (B-spline curves).
Типичным примером сплайнов являются также неоднородные рациональные B-сплайны (Non-Uniform Rational B-Spline - NURBS).
Сплайны состоят из вершин (vertices) и сегментов (segments). Каждая вершина сплайна имеет касательные векторы (tangents), снабженные на концах управляющими точками, или маркерами (handels). Маркеры касательных векторов управляют кривизной сегментов сплайна при входе в вершину, которой принадлежат касательные векторы, и выходе из нее. В зависимости от свойств касательных векторов различают следующие типы вершин: С изломом (Corner), Сглаженная (Smoos), Безье (Bezier) и Безье с изломом (Bezier Corner).
Сплайн с двумя вершинами с изломом |
Тот же сплайн, после преобразования одной из вершин к типу "сглаженная" |
Тот же сплайн после преобразования второй вершины к типу Безье |
Сплайн с вершиной типа "Безье с изломом" |
Кривая Безье