Трехмерная графика

Чаще всего графический дизайн реализуется в рамках двух измерений, т.е. ширины и длины. Это различного рода рисунки на бумаге, картоне, холсте и др. типах материалов. В двухмерном измерении ощущение глубины и объема создается благодаря перспективному рисованию, изобретенному в Италии в начале эпохи Возрождения.

Но нередко дизайнеру приходится делать трехмерную модель своей будущей работы. Это может быть модель упаковки, здания или ландшафта. Модель позволяет глубже почувствовать форму, лучше спланировать объем, заранее учесть восприятие различных предметов в пространстве.

Традиционными материалами для изготовления моделей являются бумага и картон. Из них легко вырезать заготовку нужной формы. Они хорошо деформируются, а после склейки держат заданную форму. Но традиционное моделирование имеет свои недостатки. Так весьма сложно бывает внести в готовую модель серьезные изменения, бумажная модель непрочна и недолговечна; прежде чем создать форму, нужно спланировать ее развертку.

В компьютерной графике, наряду с делением на растровую и векторную графику, существует также два вида описания графических данных, отличающихся количеством независимых координат, необходимых для опреде­ления положения графических объектов и их элементов. Это плоское (двухмерное или 2D) описание, которое оперирует только двумя незави­симыми координатами и объемное (трехмерное или 3D), требующее задать три независимые ко­ординаты.

3D-графика позволяет пред­ставить создаваемый объект в виде виртуальной объемной модели, которую можно рассматривать с любых сторон, в разных ракурсах, в условиях различ­ного освещения и т.п.

Этот вид графики появился на свет благо­даря развитию CAD-программ (computer-aided design) — инженерных компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР), которые начали использоваться в середине 80-х годов прошлого века. Сегодня методы 3D-графики применяются не только при проектировании продукции машиностроения, но и в строительстве, в архитектуре, в кинематографе, на телевидении, в компьютерных играх, полиграфии, информационном обеспечении современных электронных средств связи, дизайне интерьера, моделировании изделий декоративно-прикладного искусства и пр.

3D-графика — одно из наиболее динамично развивающихся направле­ний информационных технологий. Трехмерное описание геометрии намного сложнее двухмерного, поэтому массовое применение достижений этой отрасли долгое время сдерживалось вычислительными возможностями персональных компьютеров.

Технология создания изображений в 3D-графике существенно отличается от привычных методов, используемых в 2D-графике. Она состоит из нескольких этапов.

На первом этапе стро­ится каркас 3D-объекта. При этом поверхность объекта часто составляется из так называемых примитивов, т.е. простейших геометрических фигур, соединенных друг с другом общими сторонами. При конструировании каркас может подвергаться всевозможным деформациям – изгибу, кручению, мас­штабированию и т.д. Методы создания каркасных 3D-моделей весьма разнообразны, что позволяет в итоге моделировать объекты любой сложности.

Второй этап состоит в «натягивании» на каркас материала, образующего поверхность 3D-объекта. Выбранный материал задает основные свойства по­верхности объекта: цвет, текстуру, прозрачность и др. В качестве материала можно использовать различные растровые изображения.

На третьем этапе необходимо разместить в виртуальном пространстве источники све­та, обеспечивающие освещение объекта. Без освещения объект не будет виден. На этом же этапе в сцену можно ввести одну или несколько камер, через которые можно наблюдать сцену. Этот этап очень напоминает работу на съемочной площадке киностудии.

На четвертом этапе дизайнер может задать фон для съемки, а также установить некоторые характеристики внешней среды, например, создать иллюзию тумана, падающего снега и др.

В целом набор объектов, источников света и камер, размещенных в виртуальном пространстве, а также описание фона, атмосферы и других атрибутов в 3D-графике называется сценой.

На пятом этапе выполняется так называемый рендеринг (от англ. render). Он состоит в том, что компьютер, используя все особенности сцены, формирует и выводит на экран окон­чательное изображение. Это изображение записывается в файл растрового формата и становится уже двухмерным.

На шестом этапе дизайнер может «оживить» сцену, заставив объекты двигаться или изменять свои параметры. Для этого зада­ются начальное, конечное и несколько промежуточных положений объекта, после чего вновь выполняется рендеринг. Компьютер рассчитает все промежуточные положения объекта, по­строит по ним ряд растровых изображений и запомнит их в виде последова­тельных кадров. Теперь результат рендеринга будет уже другим. В совокупности кадры будут представлять собой анимацию сцены (видеоклип).

Разработка сцены — весьма трудоемкий процесс. Обычно большую часть времени у компьютерного дизайнера отнимает построение каркаса модели. В зависимости от сложности этот этап может занимать от нескольких минут до многих дней. Добавление таких деталей, как цвет и текстура, происходит сравнительно быстро, особенно если под рукой есть готовые материалы. Рендеринг сцены с высоким разре­шением может занять от нескольких секунд до многих часов, в зависимости от сложности объектов, насыщенности ими сцены и производительности компьютера.