ким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга – это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане). Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:

-Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX);

-сканлайн (scanline) – расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности.;

-трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) – то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т.д.) от точки пересечения луча взгляда;

-глобальная иллюминация (англ. global illumination, radiosity) –

расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений и другие.

Наиболее популярными системами рендеринга можно назвать: PhotoRealistic RenderMan (PRMan); Mental Ray; V-Ray; FinalRender и другие Самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики (и компьютерной графики вообще) докладываются и обсуждаются на ежегодном симпозиуме SIGGRAPH, традиционно проводимом в США [ 24 ].

1.10.Современные стандарты компьютерной графики

Современные стандарты компьютерной графики – существующий в определенный момент времени и принятый к обязательному применению набор правил и соглашений по методам, средствам, форматам и критериям компьютерных отображений.

Основными стандартами являются:

1.GKS (Graphical Kernel System) – набор базовых функций для

2D аппаратно-независимой машинной графики.

2.GKS-3D (Graphical Kernel System for 3 Dimensions) – расширение

GKS для поддержки базовых функций в 3D.

60

3.PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) –

набор базовых функций 3D графики, ориентированной на непосредственный вывод графических примитивов, группируемых в сегменты, графическая информация накапливается в иерархической структуре данных. В целом PHIGS ориентирован на приложения, требующие быстрой модификации графических данных, описывающих геометрию объектов.

4.Языковые интерфейсы (Language bindings) – представление функций и типов данных функциональных графических стандартов в стандартизованных языках программирования.

5.CGM (Computer Graphics Metafile) – аппаратно-независимый формат обмена графической информацией. Используется для передачи

изапоминания информации, описывающей изображения.

6.CGI (Computer Graphics Interafce) – набор базовых элементов для управления и обмена данными между аппаратно-независимым и аппа- ратно-зависимым уровнями графической системы.

7.CGRM (Computer Graphics Reference Model) – модель стандартов в машинной графике, которая определяет концепции и взаимосоотношения применительно к будущим стандартам в машинной графике.

8.OpenGL (Open Graphics Library – открытая графическая библио-

тека) – спецификация, определяющая независимый от языка программирования кросс-платформенный программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трехмерную компьютерную графику.

Включает более 250-ти функций для рисования сложных трехмерных сцен из простых примитивов. Используется при создании видеоигр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях. Под Windows конкурирует с DirectX.

Основным принципом работы OpenGL является получение наборов векторных графических примитивов в виде точек, линий и многоугольников с последующей математической обработкой полученных данных

ипостроением растровой картинки на экране и/или в памяти. Векторные трансформации и растеризация выполняются графическим конвейером (graphics pipeline), который по сути представляет из себя дискретный автомат. Абсолютное большинство команд OpenGL попадают в одну из двух групп: либо они добавляют графические примитивы на вход в конвейер, либо конфигурируют конвейер на различное исполнение транформаций.

Была также выпущена библиотека Direct3D и фирмы Microsoft, SGI и Hewlett-Packard начали проект под названием Fahrenheit, который

61

предусматривал создание более универсального программного интер-

фейса на основе Direct3D и OpenGL.

1.11.Графические диалоговые системы

Диалоговый режим – способ взаимодействия пользователя ЭВМ, при котором происходит непосредственный и двухсторонний обмен информацией, командами или инструкциями между человеком и ЭВМ. Диалоговый режим подразумевает такую скорость обработки данных, которая не сказывается на последовательности действий пользователя. Различают активные и пассивные диалоговые режимы.

Вкомпьютерной графике диалоговыми называют программные системы, обеспечивающие интерактивный (обычно манипуляционный) последовательный способ построения и визуальной оценки графических объектов и сцен, поддерживающие процедуры корректировки пользователем сделанного.

Вприкладной части учебного пособия достаточно подробно будет рассмотрена работа с одной из диалоговых систем – Autodesk Inventor.

1.12.Применение интерактивных графических систем

Интерактивные графические системы – наиболее прогрессивная форма взаимодействия компьютера и пользователя, основанная на поддержке манипуляций пользователя и возможности многократной корректировки им своих действий при наглядном мгновенном отображении результатов.

Термин интерактивная машинная графика относится к устройствам и системам, в которые пользователь вводит исходные данные, сформулированные в терминах порождаемого визуального отображения (например, требуется провести на экране прямую линию между двумя то ч- ками, указанными пользователем).

Интегрированные графические системы нашли широкое применение почти во всех направлениях компьютерной графики:

-в системах автоматизированного проектирования (Autodesk Autocad, Компас 3D, Autodesk Inventor, Solid Works и т.д.);

-в графических редакторах растровой и векторной графики (Photoshop, Corel Draw и т.д.);

-тренажерах;

-играх.

62