3D rok 2015/16 wizualizacje trójwymiarowe
{joomplucat:6 }
{joomplucat:6 }
{joomplucat:4}
Grafika 3D, grafika trójwymiarowa – nazwa jednej z dziedzin grafiki komputerowej, zajmującej się głównie wizualizacją obiektów trójwymiarowych. Nazwa pochodzi od angielskiego sformułowania Three-Dimensional Graphics.
Geometria obiektów trójwymiarowych może być reprezentowana na kilka sposobów:
Dane trójwymiarowe mogą zostać pobrane ze świata rzeczywistego, np. za pomocą wspomnianych tomografów komputerowych,skanerów trójwymiarowych, ze zdjęć satelitarnych (topografia terenów) a także ze zdjęć stereoskopowych. W animacji komputerowej wykorzystywana jest również technika motion capture, która polega na nagrywaniu ruchu człowieka – czujniki położenia umieszczane są w kluczowych punktach ciała: na rękach, nogach, głowie, karku itp. Przeniesienie nagranych w ten sposób ruchów na sztuczne postacie nadaje ich ruchom naturalność, trudną do uzyskania klasycznymi metodami animacji.
Obiekty trójwymiarowe mogą również zostać stworzone przez człowieka w procesie modelowania.
Duże znaczenie mają też techniki komputerowe, które automatycznie modelują skomplikowane efekty (takie jak dym, ogień, śnieg, deszcz) i obiekty (chmury, góry, drzewa).
Ponieważ obecnie wszystkie urządzenia komputerowe wyświetlają dwuwymiarowe obrazy, dlatego z grafiką trójwymiarową związana jest bezpośrednio geometria wykreślna. Głównie w zastosowaniach inżynierskich (CAD) sceny trójwymiarowe przedstawione są wrzucie prostokątnym, natomiast w pozostałych w rzucie perspektywicznym.
Efekt wizualny rzutu perspektywicznego (skrót perspektywiczny) jest bardzo podobny do efektów obserwowanych w fotografii oraz w systemie wzrokowym człowieka. Przez analogię do aparatu fotograficznego (lub kamery), w grafice trójwymiarowej istnieje pojęciewirtualnej kamery, która tworzy "zdjęcie" sceny istniejącej w pamięci komputera. Kamerę wirtualną charakteryzują następujące parametry: położenie, kierunek w jakim jest skierowana oraz ogniskowa – mają one swoje odbicie w matematycznym modelu kamery.
Obrazy trójwymiarowe są tworzone głównie w technice rastrowej, wektorowo przedstawia się co najwyżej obrysy, szkice itp.
Głównym problemem w obu przypadkach jest wyznaczanie powierzchni widocznych, a więc selekcja tych obiektów (lub ich części), które są widoczne w danym rzucie. Robi się to np. za pomocą bufora Z, sortowania względem głębokości, śledzenia promieni.
Ponadto przeważnie obserwujemy niewielki fragment sceny, a dodatkowo scena może składać się z wielkiej liczby obiektów (sięgającej nawet setek milionów), dlatego równie ważne jest określenie, które obiekty mogą być widoczne, aby przetwarzać tylko te dane, które naprawdę są potrzebne. Zobacz: usuwanie niewidocznych powierzchni.
Realizm obrazów generowanych przez komputer jest w większości zastosowań bardzo ważny. Aby go uzyskać modeluje sięoświetlenie: definiuje światła, powierzchniom obiektów trójwymiarowych nadaje kolor i fakturę, określa cienie rzucane przez obiekty, odbicia zwierciadlane, załamanie i rozpraszanie światła itd., itp.
Metody, które pozwalają na bardzo dokładne przedstawienie scen trójwymiarowych są również bardzo kosztowne obliczeniowo (np.raytracing, radiosity). Z kolei szybkie, przybliżone metody cieniowania obiektów, tworzenia cieni, odbić zwierciadlanych są z powodzeniem wykorzystywane w grach komputerowych. Bardzo popularną techniką uzyskiwania realizmu w scenie jest obliczanie oświetlenia na każdy piksel z osobna. Jest to operacja kosztowna obliczeniowo, jednak dzięki wspomaganiu sprzętowemu (Pixel Shader) możliwa do uzyskania animacji w czasie rzeczywistym.
W przypadku animacji ważne jest także aby ruch obiektów, był możliwie najbardziej zbliżony do zachowania przedmiotów w świecie rzeczywistym.
Współczesne karty graficzne potrafią wyświetlać obiekty trójwymiarowe zbudowane z wielokątów, wykonując dużą część obliczeń związanych z generowaniem grafiki 3D:
Współczesne GPU pozwalają dzięki shaderom oprogramować praktycznie dowolne efekty, zarówno na poziomie wierzchołków jak i pojedynczych pikseli.
Do tworzenia grafiki 3D zostało stworzonych wiele programów na różne platformy sprzętowe i systemy operacyjne. Zwykle programy te dzieli się na modelery (tworzenie i obróbka scen trójwymiarowych) oraz renderery (generowanie trójwymiarowego obrazu lub animacji, wraz z nakładaniem tekstur, efektami świetlnymi, itp.).
Drukowanie w wymiarze 3D jest możliwe od 1984 roku, a opatentowane zostało w 1986 roku.
Prototyp pierwszej drukarki 3D powstał w 2006 roku, a następnie kolejne modele drukarek były tworzone z myślą o użytkowaniu w domu. Na obecną chwilę główną przeszkodą w rozpowszechnieniu tego sprzętu jest koszt, z którym wiąże się zakup, montaż i materiały umożliwiające druk.
Przy pomocy drukarki 3D można wytworzyć:[1]
Prace wykonane w programach do renderowania 3D np Google SkechUP
{joomplucat:155}
Autocad 3D