Современная техника создает графику, практически неотличимую от нашей жизни. Если вам интересна разработка компьютерной графики (или вы просто любопытны), полезно знать, как работает 3D в целом.
Мы расскажем, как обычные пиксели превращаются в реалистичную 3D-графику.
Герои, предметы быта, деревья, пончики, пейзажи…все, что вы видите в играх и фильмах, использующих 3D-графику, состоит из совокупности точек.
Чем больше вершин, тем детализированнее выглядит построенная модель и тем больше ресурсов требуется компьютеру для отображения объекта на экране. Точки соединяются друг с другом, образуя ребра и плоскости. Таким образом формируется полигональная сетка — набор вершин, ребер и плоскостей, которые определяют форму объекта. Каждая вершина имеет координаты X, Y и Z. То, как вершина отображается на экране, зависит от ее взаимного расположения с камерой и источником света.
Изменяя сетку, увеличивая количество вершин и переставляя их, можно создавать всевозможные составные объекты. 3D-художники часто вручную меняют поверхности для создания «твердых» объектов.
При работе с героями часто используется скульптура, напоминающая лепку из глины.
Однако геометрия — один из шагов в трехмерном моделировании. К примеру, объекты, созданные с помощью скульптуры, имеет достаточно много вершин и плохое выравнивание сетки.
Чтобы скорректировать данный нюанс, требуется особый инструмент для ретопологии. Он нужен для оптимизации объекта путем удаления лишних поверхностей.
Также необходима подготовка материала, т.е. понимание того, как окрасить различные грани и модель в целом. Это может быть как простой цвет, так и сложный (изображение или узор).
Есть множество других важных моментов, которые следует принимать во внимание, например, анимация, текстуры и отображение. Все это нужно знать всем, кто занимается 3D-моделированием. Теперь мы переходим к явно выраженной технической стороне процесса.
Как визуализировать трехмерный объект на двухмерном дисплее? Этот вопрос включает в себя много математических расчетов и является практически магическим.
Область, в которой находятся объекты, называется сценой. Все в ней пребывает в виде данных о формах, материалах и т.д., которые пока что присутствуют только в памяти компьютера.
Для того чтобы машина поняла, как лучше применить рендеринг, ей нужен наблюдатель (камера), чтобы было видно сцену. А чтобы мы могли видеть, нам нужен свет.
Компьютер должен оценить сцену с позиции камеры.
Мы наблюдаем лишь обрезанную часть сцены. Все прочее отсекается. Машина должна решить, какой цвет каждого пикселя будет отображаться на экране. Для этого она отправляет луч из камеры и смотрит, на что он попадает.
Когда луч попадает на модель, компьютер использует различную информацию, например, в какой полигон он попал, из чего состоит модель, как свет попал на модель, как далеко модель находится от камеры.
Эти процессы отображаются во вьюпорте, представляющим собой 2D-квадрат в 3D-пространстве. Это поле уже используется для формирования изображения, выводимого на монитор.
Процесс преобразования 3D-сцены в 2D-изображение называется рендерингом.
До сих пор мы видели, как выполняется рендеринг единичного изображения, но он также используется в фильмах, играх и других ситуациях, где что-то постоянно движется. Фактически мы до сих пор пользуемся теми же принципами анимации, что и в прошлом веке.
В 1877 году был изобретен праксиноскоп. Серия изображений была намотана на барабан. В центре находится еще один барабан поменьше, занавешенный зеркалами. Когда вы смотрите на центр устройства, при его вращении создается иллюзия движения.
