Тривимірна графіка

Тривимірна графіка (3D (Від англ. 3 Dimensions - русявий. 3 виміри ) Graphics, Три вимірювання зображення) - розділ комп'ютерної графіки, сукупність прийомів та інструментів (як програмних, так і апаратних), призначених для зображення об'ємних об'єктів.

Тривимірне зображення на площині відрізняється від двовимірного тим, що включає побудову геометричної проекції тривимірної моделі сцени на площину (наприклад, екран комп'ютера) за допомогою спеціалізованих програм (проте, зі створенням та впровадженням 3D-дисплеїв і 3D-принтерів, тривимірна графіка не обов'язково включає проектування на площину). При цьому модель може відповідати об'єктам з реального світу (автомобілі, будівлі, ураган, астероїд), так і бути повністю абстрактною (проекція чотиривимірного фракталу).

Застосування

Тривимірна графіка активно застосовується для створення зображень на площині екрана або аркуша друкованої продукції в науці та промисловості, наприклад у системах автоматизації проектних робіт (САПР; для створення твердотілих елементів: будівель, деталей машин, механізмів), архітектурної візуалізації (сюди відноситься і так звана « віртуальна археологія»), у сучасних системах медичної візуалізації.
Найширше застосування - у багатьох сучасних комп'ютерних іграх.
Також як елемент кінематографу, телебачення, друкованої продукції.

Тривимірна графіка зазвичай має справу з віртуальним, уявним тривимірним простором, який відображається на плоскій, двомірній поверхні дисплея або аркуша паперу.В даний час відомо кілька способів відображення тривимірної інформації в об'ємному вигляді, хоча більшість їх представляє об'ємні характеристики досить умовно, оскільки працюють зі стереозображенням. З цієї області можна відзначити стереоокуляри, віртуальні шоломи, 3D-дисплеї, здатні демонструвати тривимірне зображення. Декілька виробників продемонстрували готові до серійного виробництва тривимірні дисплеї [1] . Однак і 3D-дисплеї, як і раніше, не дозволяють створювати повноцінної фізичної, відчутної копії математичної моделі, що створюється методами тривимірної графіки. Технології швидкого прототипування, що розвиваються з 1990-х років, ліквідують цю прогалину. Слід зазначити, що у технологіях швидкого прототипування використовується представлення математичної моделі об'єкта як твердого тіла (воксельна модель).

Створення

Для отримання тривимірного зображення на площині потрібні такі кроки:

• Моделювання - створення тривимірної математичної моделі сцени та об'єктів у ній;
• Текстурування - Призначення поверхонь моделей растрових або процедурних текстур (має на увазі також налаштування властивостей матеріалів - прозорість, відображення, шорсткість тощо);
• Освітлення - Встановлення та налаштування джерел світла;
• Анімація (у деяких випадках) - надання руху об'єктам;
• Динамічна симуляція (у деяких випадках) — автоматичний розрахунок взаємодії частинок, твердих/м'яких тіл тощо з модельованими силами гравітації, вітру, виштовхування та ін, а також один з одним;
• Рендеринг (візуалізація) - побудова проекції відповідно до обраної фізичної моделі;
• виведення отриманого зображення на пристрій виводу – дисплей або принтер.

Моделювання

Моделювання сцени (віртуального простору моделювання) включає кілька категорій об'єктів:

• Геометрія (побудована за допомогою різних технік (наприклад, створення полігональної сітки) модель, наприклад будівля);
• Матеріали (інформація про візуальні властивості моделі, наприклад колір стін та відбиваюча/заломлююча здатність вікон);
• Джерела світла (налаштування напрямку, потужності, спектра освітлення);
• Віртуальні камери (вибір точки та кута побудови проекції);
• Сили та впливи (налаштування динамічних спотворень об'єктів, застосовується в основному в анімації);
• Додаткові ефекти (об'єкти, що імітують атмосферні явища: світло в тумані, хмари, полум'я та ін.)

Завдання тривимірного моделювання — описати ці об'єкти та розмістити їх у сцені за допомогою геометричних перетворень відповідно до вимог майбутнього зображення.

Призначення матеріалів: для сенсора реальної камери матеріали об'єктів реального світу відрізняються за ознакою того, як вони відображають, пропускають і розсіюють світло; віртуальним матеріалам задається відповідність властивостей реальних матеріалів - прозорість, відображення, розсіювання світла, шорсткість, рельєф та ін.

Найбільш популярними пакетами суто для моделювання є:

Текстурування

Текстурування передбачає проектування растрових або процедурних текстур на поверхні тривимірного об'єкта відповідно до карти UV-координат, де кожній вершині об'єкта ставиться у відповідність певна координата на двовимірному просторі текстури.

Як правило, багатофункціональні редактори UV координат входять до складу універсальних пакетів тривимірної графіки. Існують також автономні та підключаються редактори від незалежних розробників, наприклад Unfold3D magic, Deep UV, Unwrella та ін.

Освітлення

Полягає у створенні, напрямку та налаштуванні віртуальних джерел світла. При цьому у віртуальному світі джерела світла можуть мати негативну інтенсивність, відбираючи світло із зони свого "негативного освітлення". Як правило, пакети 3D графіки надають такі типи джерел освітлення:

• Omni light (Point light) - всеспрямований
• Spot light - конічний (прожектор), джерело променів, що розходяться.
• Directional light - джерело паралельних променів
• Area light (Plane light) - світловий портал, що випромінює світло з площини
• Photometric — джерела світла, що моделюються за параметрами яскравості свічення у фізично вимірних одиницях, із заданою температурою напруження

Існують також інші типи джерел світла, що відрізняються за своїм функціональним призначенням у різних програмах тривимірної графіки та візуалізації. деякі пакети надають можливості створювати джерела об'ємного світіння (Sphere light) або об'ємного освітлення (Volume light) у межах строго заданого об'єму. Деякі дають можливість використовувати геометричні об'єкти довільної форми.

Анімація

Одне з головних покликань тривимірної графіки - надання руху (анімація) тривимірної моделі або імітація руху серед тривимірних об'єктів. Універсальні пакети тривимірної графіки мають дуже багаті можливості для створення анімації.Існують також вузькоспеціалізовані програми, створені суто для анімації та мають дуже обмежений набір інструментів моделювання:

Рендеринг

На цьому етапі математична (векторна) просторова модель перетворюється на плоску (растрову) картинку. Якщо потрібно створити фільм, то рендерується послідовність таких картинок кадрів. Як структура даних зображення на екрані представлено матрицею точок, де кожна точка визначена принаймні трьома числами: інтенсивністю червоного, синього і зеленого кольору. Таким чином, рендеринг перетворює тривимірну векторну структуру даних у плоску матрицю пікселів. Цей крок часто вимагає дуже складних обчислень, особливо, якщо потрібно створити ілюзію реальності. Найпростіший вид рендерингу – це побудувати контури моделей на екрані комп'ютера за допомогою проекції, як показано вище. Зазвичай цього недостатньо і потрібно створити ілюзію матеріалів, у тому числі виготовлені об'єкти, і навіть розрахувати спотворення цих об'єктів рахунок прозорих середовищ (наприклад, рідини у склянці).

Існує кілька технологій рендерингу, які часто комбінуються разом. Наприклад:

• Z-буфер (використовується в OpenGL та DirectX 10);
• Сканлайн (scanline) - він же Ray casting («кидання променя», спрощений алгоритм зворотного трасування променів) - розрахунок кольору кожної точки картинки побудовою променя з погляду спостерігача через уявний отвір в екрані на місці цього пікселя «в сцену» до перетину з першої поверхнею. Колір пікселя буде таким самим, як колір цієї поверхні (іноді з урахуванням освітлення тощо);
• Трасування променів (рейтрейсинг, англ.raytracing ) - те ж, що і сканлайн, але колір піксела уточнюється за рахунок побудови додаткових променів (відбитих, заломлених і т. д.) від точки перетину погляду. Незважаючи на назву, застосовується лише зворотне трасування променів (тобто саме від спостерігача до джерела світла), пряме вкрай неефективне і споживає надто багато ресурсів для отримання якісної картинки;
• Глобальне висвітлення (англ.global illumination , radiosity) - Розрахунок взаємодії поверхонь і середовищ у видимому спектрі випромінювання за допомогою інтегральних рівнянь.

Грань між алгоритмами трасування променів нині практично стерлася. Так, у 3D Studio Max стандартний візуалізатор називається Default scanline renderer, але вважає не тільки внесок дифузного, відбитого і власного (кольору самосвічення) світла, а й згладжені тіні. З цієї причини, частіше поняття Raycasting відноситься до зворотного трасування променів, а Raytracing - до прямого.

Найбільш популярними системами рендерингу є:

Внаслідок великого обсягу однотипних обчислень рендеринг можна розбивати на потоки (розпаралелювати). Тому для рендерингу дуже актуальним є використання багатопроцесорних систем. Останнім часом активно ведеться розробка систем рендерингу, які використовують GPU замість CPU, і вже сьогодні їх ефективність для таких обчислень набагато вища. До таких систем належать:

• Refractive Software Octane Render
• AAA studio FurryBall
• RandomControl ARION (гібридна)

Багато виробників систем рендерингу для CPU також планують запровадити підтримку GPU (LuxRender, YafaRay, mental images iray).

Найбільш передові досягнення та ідеї тривимірної графіки (і комп'ютерної графіки взагалі) доповідаються та обговорюються на щорічному симпозіумі SIGGRAPH, який традиційно проводиться в США.

Програмне забезпечення

3D-моделювання фотореалістичних зображень

Програмні пакети, що дозволяють створювати тривимірну графіку, тобто моделювати об'єкти віртуальної реальності та створювати на основі цих моделей зображення, дуже різноманітні. Останніми роками стійкими лідерами у цій галузі є комерційні продукти, такі як:

• Autodesk 3D Studio Max
• Autodesk Maya
• Autodesk Softimage
• Maxon Computer Cinema 4D
• Blender Foundation Blender
• Side Effects Software Houdini
• Luxology Modo
• NewTek LightWave 3D
• Caligari Truespace
• MaxonCinema 4D

Крім того, існують і відкриті продукти, що розповсюджуються вільно, наприклад пакет Blender (дозволяє створювати 3D моделі, з наступним рендерингом), K-3D і Wings3D.

SketchUp

Безкоштовна програма SketchUp від Google дозволяє створювати моделі, сумісні з географічними ландшафтами ресурсу Google Планета Земля, а також переглядати в інтерактивному режимі на комп'ютері користувача кілька тисяч архітектурних моделей, які викладені на безкоштовному постійно поповнюваному ресурсі Google Cities in Development (видатні будівлі світу), створені спільнотою користувачів.

Візуалізація тривимірної графіки в іграх та прикладних програмах

Існує ряд програмних бібліотек для візуалізації тривимірної графіки в прикладних програмах - DirectX, OpenGL і так далі.

Є ряд підходів щодо представлення 3D-графіки в іграх - повне 3D, псевдо-3D

Є безліч движків, що використовуються для створення тривимірних ігор, що відповідають не тільки за тривимірну графіку, але й за розрахунки фізики ігрового світу, взаємодії користувача з грою і зв'язок користувачів у грі при розрахованому на багато користувачів режимі і багато іншого (див. також статтю 3D-шутер).Як правило двигун розробляється під конкретну гру, а потім ліцензується (стає доступним) для створення інших ігор.

Моделювання деталей та механізмів для виробництва

Існують конструкторські CAD/CAE/CAM пакети, що передбачають створення моделей деталей та конструкцій, їх розрахунок та подальше формування програм для верстатів ЧПУ та 3D-принтерів.

Такі пакети навіть не завжди дають користувачеві оперувати 3D-моделлю безпосередньо, наприклад є пакет OpenSCAM, модель в якому формується виконанням скрипта, що формується користувачем, написаного спеціалізованою мовою.

Тривимірні дисплеї

Після перенесення замініть шаблон шаблоном <> або посиланням на статтю.
Ви можете допомогти проекту, здійснивши це перенесення.
Якщо потрібно обговорити доцільність об'єднання, замініть цей шаблон на > і додайте відповідний запис на сторінці ВП:КОБ.

Тривимірні або стереоскопічні дисплеї, (3D displays, 3D screens) - дисплеї, за допомогою стереоскопічного або будь-якого іншого [2] ефекту, що створюють ілюзію реального об'єму у демонстрованих зображень.

В даний час переважна більшість тривимірних зображень показується за допомогою стереоскопічного ефекту, як найбільш легкого в реалізації, хоча використання однієї стереоскопії не можна назвати достатнім для об'ємного сприйняття. Людське око як у парі, так і поодинці однаково добре відрізняє об'ємні об'єкти від плоских зображень. [джерело не вказано 45 днів]

Стереоскопічні дисплеї

Методи технічної реалізації стереоефекту включають використання в комбінації зі спеціальним дисплеєм поляризованих або отворів затвора, синхронізованих з дисплеєм, анагліфічних фільтрів в комбінації зі спеціально адаптованим зображенням.

Існує також відносно новий клас стереодисплеїв, які не вимагають використання додаткових пристроїв, але мають багато обмежень. Зокрема, це кінцева та дуже невелика кількість ракурсів, у яких стереозображення зберігає чіткість. Стереодисплеї, виконані на базі технології New Sight x3d, забезпечують вісім ракурсів, Philips WOWvx дев'ять ракурсів. У жовтні 2008 року компанія Philips представила прототип стереодисплея з роздільною здатністю 3840х2160 пікселів і з рекордними 46 ракурсами «безпечного» перегляду. Незабаром після цього, однак, Philips оголосив про припинення розробок та досліджень у галузі стереодисплеїв. [3]

Ще одна проблема стереодисплеїв - це мала величина зони комфортного перегляду (діапазон відстаней від глядача до дисплея, в якому зображення зберігає чіткість). Загалом вона обмежена діапазоном від 3 до 10 метрів.

Стереодисплеї самі по собі не мають прямого відношення до тривимірної графіки. Плутанина виникає внаслідок використання в західних ЗМІ терміну 3D щодо як графіки, так і пристроїв, що експлуатують стереоефект, та некоректності перекладу при публікації у російських виданнях запозичених матеріалів.

Існує також технологія WOWvx, за допомогою якої можна отримати 3D ефект без використання спеціальних окулярів. Використовується технологія лентикулярних лінз, яка дає можливість велику кількість глядачів широку свободу руху без втрати сприйняття ефекту 3D.Шар прозорих лінз закріплюється перед рідкокристалічним дисплеєм. Цей шар спрямовує різні картинки кожному оку. Мозок, обробляючи комбінацію цих картинок, створює ефект об'ємного зображення. Прозорість лінзового шару забезпечує повну яскравість, чіткий контраст та якісну кольоропередачу картинки.

Існує технологія відображення тривимірного відео на світлодіодних екранах.

Головні дисплеї, відеоокуляри

Інші дисплеї

На даний момент (червень 2010 р.) існують кілька експериментальних технологій, що дозволяють досягти об'ємного зображення без стереоскопії. Ці технології використовують швидку розгортку променя лазера, що розсіюється на частинках диму (аерозольний екран) або відбиваються від пластини, що швидко обертається.

Існують також пристрої, в яких на пластині, що швидко обертається, закріплені світлодіоди.

Такі пристрої нагадують перші спроби створити механічну телевізійну розгортку. Мабуть, у майбутньому варто очікувати поява повністю електронного пристрою, що дозволяє імітувати світловий потік від об'ємного предмета в різних напрямках, щоб людина могла обійти навколо дисплея і навіть дивитися зображення одним оком без порушення об'ємності зображення.

Кінотеатри з 3D

Використання для позначення стереоскопічних фільмів термінів "тривимірний" або "3D" пов'язане з тим, що при перегляді таких фільмів у глядача створюється ілюзія об'ємності зображення, відчуття наявності третього виміру - глибини та нової розмірності простору вже в 4D.Крім того, існує асоціативний зв'язок з використанням засобів комп'ютерної тривимірної графіки, що розширюється, при створенні таких фільмів (ранні стереофільми знімалися як звичайні фільми, але з використанням двооб'єктивних стереокамер).

На сьогоднішній день перегляд фільмів у форматі 3D став дуже популярним явищем.

Основні технології показу стереофільмів, що використовуються в даний час [4] :

Доповнена реальність та 3D

Своєрідним розширенням 3D-графіки є "доповнена реальність". Використовуючи технологію розпізнавання зображень (маркерів), програма доповненої реальності добудовує віртуальний 3D-об'єкт у реальному фізичному середовищі. Користувач може взаємодіяти з маркером: повертати в різні боки, по-різному висвітлювати, закривати деякі його частини і спостерігати зміни, що відбуваються з 3D-об'єктом на екрані монітора комп'ютера.

Поштовхом до широкого поширення технології стало створення в 2008 році відкритої бібліотеки FLARToolKit для технології Adobe Flash.

також

Примітки

1. ↑ Але щоб насолодитися об'ємною картинкою, глядачеві необхідно розташуватися строго по центру. Крок праворуч, крок ліворуч, так само як і необережний поворот голови, карається перетворенням тривимірності на несимпатичне зазубрене зображення. Вирішення цієї проблеми вже дозріло у наукових лабораторіях. Німецький Інститут Фраунгофера демонстрував 3D-дисплей, який за допомогою двох камер відстежує положення очей глядача та відповідним чином підлаштовує зображення, цього року пішов ще далі. Тепер відстежується положення не лише очей, а й пальця, яким можна натискати тривимірні кнопки.А команда дослідників Токійського університету створили систему, яка дозволяє відчути зображення. Випромінювач фокусується на точці де знаходиться палець людини і в залежності від її положення змінює силу акустичного тиску. Таким чином, стає можливим не тільки бачити об'ємну картинку, але й взаємодіяти із зображеними на ній предметами.
2. ↑Parallax 3D TV - тривимірне телебачення від Hitachi
3. ↑«Картинки рвуться назовні: Status Quo 3D-дисплеїв», Світ 3D, 29 травня 2009
4. ↑ЧаВо про цифрове кіно

Література

• Дж. Лі, Б. Уер. Тривимірна графіка та анімація. - 2-ге вид. - М.: Вільямс, 2002. - 640 с.
• Д. Херн, М. П. Бейкер. Комп'ютерна графіка та стандарт OpenGL. - 3-тє вид. - М., 2005. - 1168 с.
• Е. Енджел. Інтерактивна комп'ютерна графіка Вступний курс на базі OpenGL. - 2-ге вид. - М.: Вільямс, 2001. - 592 с.
• Г. Снук. 3D-ландшафти в реальному часі на C++ і DirectX 9. - 2-ге вид. - М.: Кудіц-прес, 2007. - 368 с. - ISBN 5-9579-0090-7
• В. П. Іванов, А. С. Батраков. Тривимірна комп'ютерна графіка/За ред. Г. М. Поліщука. - М.: Радіо та зв'язок, 1995. - 224 с. - ISBN 5-256-01204-5

Wikimedia Foundation. 2010 .

Популярно про комп'ютерну 3D графіку, частина 1

Всі ми чули про 3D графіку (далі просто 3D, не плутати зі способом відображення – голограмами, 3D-моніторами тощо), багато хто чудово знає, що таке 3D і з чим його їдять. Але все ж таки є й ті, хто неясно собі уявляє, що криється під цією короткою абревіатурою. Стаття розрахована на тих, хто не має уявлення про комп'ютерну графіку. Також буде трохи екскурсу в історію комп'ютерної графіки (у наступних запланованих частинах).
Чому саме 3D? Як неважко здогадатися, йдеться про 3 Dimension, або про три виміри. І не обов'язково при цьому щоб і відображення було в 3D. Йдеться про спосіб побудови картинки.

Частина 1. Власне, моделювання
Традиційно малюють у 2D (по осях X та Y) — на папері, полотні, дереві тощо. При цьому відображають якусь одну із сторін предмета. Картинка сама собою плоска. Але якщо ми хочемо отримати уявлення про всі сторони предмета, необхідно намалювати кілька малюнків. Так чинять у традиційній мальованої анімації. Але, водночас, існує, (до речі, у СРСР досить добре розвинена) т.зв. лялькова анімація. Одного разу виготовлену ляльку знімають у необхідних позах та ракурсах, отримуючи серію «плоських картинок». 3D (до X і Y додається координата глибини Z) візуалізація - це ті ж "ляльки", тільки існуючі в цифровому вигляді. Іншими словами, у спеціальних програмах (Blender, 3ds Max, Maya, Cinema 4D тощо) створюється об'ємне зображення, наприклад авто.

Перевага даного методу в тому, що в розпорядженні, скажімо, аніматора є об'ємна модель, необхідно лише помістити її належним чином у кадр, анімувати (задати траєкторію пересування або розрахувати за допомогою симулятора) при необхідності, а відображення авто у фінальній картинці лягає на спеціальну програму звану візуалізатором (render). Ще одна перевага в тому, що модель достатньо намалювати один раз, а потім використовувати в інших проектах (скопіювавши), змінювати, деформувати тощо. на власний розсуд. Для звичайного 2D малюнку, у випадку, таке неможливо. Третя перевага — можна створювати практично нескінченно деталізовані моделі, наприклад, змоделювати навіть гвинтики на годиннику тощо. Загалом цей гвинтик може бути й невиразний, але варто нам наблизити камеру, програма-візуалізатор сама розрахує, що видно в кадрі, а що — ні.

Існує кілька способів моделювання, але найпопулярнішим є полігональне моделювання. Нерідко можна побачити в роликах про 3D або фантастичні фільми як той чи інший об'єкт представляється у вигляді т.зв. сітки. (Див. малюнок вище) Це і є приклад полігонального моделювання. Суть його в тому, що поверхні видаються у вигляді простих двосторонніх геометричних примітивів. У комп'ютерних іграх це трикутники, інших цілей зазвичай використовують чотирикутники і постаті з великою кількістю кутів. Ці примітиви, з яких складається модель, називають полігонами. Але під час створення 3D об'єкта намагаються обійтися, зазвичай, чотирикутниками.При необхідності чотирикутники (полігони) без проблем перетворюються на трикутники при експорті в ігровий двигун, а при необхідності згладжування або тесселяції модель з чотирикутників виходить, як правило, без артефактів.
Що таке тесселяція? Якщо якийсь об'єкт представляється у вигляді полігонів (особливо органічні об'єкти, наприклад людина), то зрозуміло, що менше розмір полігонів, чим більше, тим ближчою може бути модель до оригіналу. На цьому заснований метод тесселяції: спочатку виготовляють грубу болванку з невеликої кількості полігонів, потім застосовують операцію тесселяції, при цьому кожен полігон ділиться на 4 частини. Так от, якщо полігон чотирикутний (а ще краще, близький до квадрата) то алгоритми тесселяції дають якісніший і передбачуваний результат. Також операція згладжування, а це та сама тесселяція, тільки зі зміною кутів на тупіші, при близьких до квадрата полігонах, дозволяє отримати хороший результат.

Як було сказано вище, чим більше полігонів, тим більше модель може (може тому, що модель має бути ще схожа на оригінал, а це питання майстерності моделера, а не полігонів) бути схожим на оригінал. Але у великої кількості полігонів є зворотний бік: зниження продуктивності. Чим більше полігонів, тим більше точок, за якими вони будуються, тим більше даних доводиться обробляти процесору. Тому 3D графіка – це завжди компроміс між деталізацією моделі та продуктивністю. У зв'язку з цим навіть виникли терміни: hight poly і low poly відповідно високополігональна модель і низько полігональна модель. У іграх застосовуються низько полігональні моделі, оскільки у них виконується візуалізація у часі.До речі, моделі в іграх представлені трикутниками підвищення продуктивності: графічні процесори вміють на апаратному рівні швидко обробляти сотні мільйонів трикутників за секунду.

Як правило, полігональне моделювання відноситься до порожнистого моделювання, де об'єкт має тільки об'єм, але всередині порожній. Це означає, що якщо ми змоделюємо куб, а потім видалимо одну зі стінок, то побачимо всередині порожнечу. Також є програми для твердотільного моделювання, де той же куб представлений у вигляді монолітного об'єкта. У таких програмах (наприклад, Autodesk Inventor) використовуються математичні моделі відмінні від тих, що в полігональному моделюванні. Алгоритми твердотільного моделювання краще підходять для моделювання механізмів розробки техніки. Програми на кшталт Autodesk Inventor мають засоби для моделювання з урахуванням особливостей технологічного процесу, таких як фаски, свердління отворів, проставлення розмірів, допусків тощо. Отримані моделі можна відразу відправити на відповідний верстат для отримання виробу в металі або іншому матеріалі.
Також існують так звані програми 3D ліплення (ZBrush, Autodesk Mudbox), в яких моделювання зводиться (грубо кажучи) до створення поглиблень або опуклостей. Така техніка схожа на те, як скульптори ліплять із глини – прибираючи непотрібне та додаючи необхідне. За допомогою таких програм можна досягти реалістичного рельєфу поверхні, наприклад, зморшок на шкірі або складок тканини. В даний час високополігональні (а для ліплення модель повинна мати солідну кількість полігонів) реалістичні моделі людей і взагалі тваринного світу виконуються, здебільшого, із застосування програми ліплення.Поширена практика, коли заготівля моделі створюється за допомогою полігонального моделювання, а потім у програмі ліплення тесселируется і додаються дрібні деталі.

Але у нас є готова модель, скажімо, танка. Але на танк, власне, вона зовсім не схожа. У чому тут справа? На даному етапі у нас лише математична модель містить дані лише про геометричну форму. Але у реального об'єкта окрім форми є ще й колір, щільність, що відображає здатність і, можливо, запах. Останнє поки що в 3D графіку не застосовується, а ось все інше можна змоделювати. Надання моделі потрібного кольору та блиску називають текстуруванням, від слова текстура.

У випадку текстура — це двомірний малюнок який накладається на 3D модель. Текстура може бути як процедурною – згенерованою за допомогою алгоритму, так і намальована у графічному редакторі, або фотографією реального об'єкта. За допомогою текстури задається малюнок і колір моделі, але реальна поверхня має й інші параметри: здатність, що відбиває, заломленням, рельєфом, позорістю і т.п. Всі ці параметри задаються властивостями матеріалу. Тобто. матеріал з погляду 3D графіки - це якась математична модель, що описує параметри поверхні. Наприклад, для води обов'язково необхідно вказати прозорість і заломлюючу здатність, що відображає.
Перед нанесенням матеріалу на 3D модель необхідно створити її розгортку, тобто. уявити всі (кілька, одну) поверхні у вигляді проекції на площину. Це необхідно для того, щоб потім двовимірна текстура правильно «лягла» на модель.
Таким чином, виготовлення 3D моделі в загальному випадку складається з наступних стадій:
1. Отримання зображень референсу (тобто.того, з чого моделюватиметься) або самого референсу. Або малювання екскізу.
2. Моделювання геометрії з урахуванням референсу.
3. Створення розгортки.
4. Малювання текстур або отримання їх іншим способом у вигляді файлів.
5. Налаштування параметрів матеріалу (тектури, заломлення, відображення, прозорість).
Тепер 3D модель готова для візуалізації - отримання картинки.
Перший і четвертий пункт можуть бути опущені, якщо модель проста, але, як правило, хороших результатів без усіх 5 кроків не досягти.
Підсумуємо.
Між звичайним малюнком, скажімо, на папері і побудовою 3D зображення є суттєві відмінності в самому процесі. Двовимірний малюнок, як правило, створюється у два етапи: ескіз та розфарбовування. У 3D графіці після виготовлення моделі її необхідно помістити в сцену до інших об'єктів (або так звану студію), додати освітлення, камеру і лише потім можна сподіватися отримати фінальну картинку. Зображення в 3D-графіці прораховується на основі фізичної моделі, як правило, це модель поширення променя світла з урахуванням відображення, заломлення, розсіювання тощо. Малюючи фарбами ми самі малюємо тіні, відблиски тощо, а у тривимірній графіці ми готуємо сцену з урахуванням освітлення, матеріалів, геометрії, властивостей камери, програма розраховує підсумкову картинку сама.

Ось, на сьогодні поки що й усе. Коментарі, а особливо питання та зауваження по суті вітаються.

P.S. У наступних частинах (якщо Хабрабству буде цікаво) ми більш детально поговоримо про тривимірне моделювання для ігор, торкнуться візуалізації, моделювання динамічних середовищ, таких як вода, руйнування об'єкта і торкнемося динамічної взаємодії між 3D об'єктами, історії 3D графіки.