2.4.5. Трехмерная (3d) графика.

Позволяет строить объемные модели объектов в виртуальном пространстве. Здесь преобладает векторный способ построения изображений, но используется и растровая 3D-графика. Программы трехмерной графики на порядок сложнее двумерной, она требует существенно лучших параметров компьютера, а для ее демонстрации, например, в играх требуются мощные видеокарты с 3Dускорителем. Но с ее помощью можно создавать совершенно фантастические изображения, изменяя по воле разработчика освещение, прозрачность, искривляя поверхности и рисунки на них, имитируя взрывы, дождь, огонь и прочее.

С точки зрения векторнойграфики 3Dизображение представляет собой трехмерную модель реального предмета. выделить несколько этапов построения такой модели.

1. Каркасная аппроксимация. Строится трехмерный каркас модели (яблока, автомобиля, человека – чего угодно) из опорных линий. Чаще всего каркас строится на основе плоских треугольников. Это самая простая из возможных фигур, и потому такое построение наиболее эффективно.

2. Создание перспективы за счет деформация каркасов так, чтобы близкие предметы смотрелись больше, дальние – меньше.

3. Лофтинг. Каркас покрывается поверхностью определенного цвета, раскрашивается, текстурируется и т.д. Программы 3D-графики обладают большим набором текстур с разнообразными свойствами: шероховатых, гладких, матовых, по-разному отражающих свет. Всего может быть несколько видов взаимодействия света с поверхностью.

• Зеркальное, когда угол падения света на абсолютно гладкую поверхность в точности равен углу отражения.

• Диффузное, наблюдается для матовых (негладких) поверхностей – здесь свет рассеивается во все стороны. Могут быть равномерное рассеивание и преимущественное рассеивание в каком-либо направлении.

• Поглощение света. Полному поглощению соответствует черный цвет. При частичном поглощении объект приобретает определенный цвет, отличный от цвета падающего света: отраженные цвета формируются как разность между падающими и поглощенными.

• Преломление света, наблюдается в прозрачных объектах, при прохождении сквозь которые луч света параллельно смещается. Зависит от толщины материала и его показателя преломления.

Вид конкретной поверхности является результатом взаимодействия этих четырех вариантов, а число конкретных взаимодействий практически бесконечно..

4. Расчет влияния источников света и просчет теней. Используются следующие варианты источников света.

• Направленное освещение. Источник света находится в бесконечно-удаленной точке (например, Солнце) и лучи от него распространяются параллельно.

• Точечное освещение. Источник света имеет конечные пространственные координаты, свет от него распространяется равномерно во все стороны.

• Рассеянный свет – строго определенного источника света нет, все объекты равномерно освещены (например, пейзаж в пасмурную погоду).

• Прожектор – имеет определенные координаты, но свет от него распространяется только в одном направлении.

5. Добавление фильтров, анимации, звука и других опций, если это необходимо.

6. Визуализация, то есть вывод на экран. Эта операция называется рендеринг. Иногда этим термином называют весь процесс построения трехмерной модели.

7. Ручная корректировка. Перечисленные операции осуществляются автоматически, затем на экране человек поправляет то, что ему не нравится, и снова компьютер пересчитывает картинку по всем перечисленным выше этапам. Пересчет часто представляет собой сложную и длительную операцию, цикл может продолжаться часами и даже сутками.

При построении растровыхтрехмерных изображений можно провести усложнение кодировки пикселя. В каждом пикселе помимо его цвета добавляются еще несколько параметров.

1. Z-координата, называемая такжеаппликата. Как минимум один байт добавляется для кодировки положения пикселя поZ-оси, перпендикулярной плоскости экрана. Тогда в одной и той же точке экрана будет размещаться 256 пикселей, различающихся поZ-координате, то есть положенных один на другой.

2. Прозрачность. Еще как минимум байт добавляется для кодировки прозрачности пикселя. Прозрачный пиксель невидим, его как будто и нет. Если пиксель непрозрачен, то все, что находится «под ним», становится невидимым. Если пиксель частично прозрачен, возникает эффект «тумана» или «стекла».

При необходимости задаются и другие параметры, так что в один пиксель может кодироваться даже 128 битами или 16 байтами!

Программы трехмерной графики и анимации.

3D Studio Max – самая известная программа, мощная, с богатыми возможностями, прежде всего самостоятельного построения трехмерных объектов.

Maya – тоже известная, популярная программа. В этом пакете меньше возможностей для обработки моделей, но больше готовых примитивов из которых как из «кубиков» строится то, что нужно.

Bryce – тоже популярная программа. Это максимально упрощенный 3Dредактор, компактный, достаточно быстро работающий на аппаратуре с невысокими техническими характеристиками.

Существует много других программных пакетов с богатыми возможностями.