Та энэ нийтлэлийг компьютерийн дэлгэц эсвэл хөдөлгөөнт төхөөрөмжийн дэлгэц дээр уншиж байгаа байх - бодит хэмжээс, өндөр, өргөнтэй дэлгэц. Гэхдээ та жишээ нь Toy Story хүүхэлдэйн киног үзэх юм уу Tomb Raider тоглоом тоглоход гурван хэмжээст ертөнц харагддаг. 3D ертөнцийн хамгийн гайхалтай зүйлсийн нэг бол таны харж буй ертөнц бол бидний амьдарч буй ертөнц, маргааш бидний амьдрах ертөнц, эсвэл зөвхөн кино, тоглоом бүтээгчдийн оюун санаанд амьдардаг ертөнц байж болох юм. Эдгээр бүх ертөнц зөвхөн нэг дэлгэцэн дээр гарч ирэх боломжтой - энэ нь наад зах нь сонирхолтой юм.
Үзүүлсэн зургийн гүнийг харахын тулд биднийг хавтгай дэлгэц рүү харж байна гэж бодоход компьютер хэрхэн бидний нүдийг хуурдаг вэ? Тоглоом хөгжүүлэгчид үүнийг хэрхэн бодит дүрүүдийг бодит ландшафтаар хөдөлгөж байгааг харуулдаг вэ? Өнөөдөр би та бүхэнд график дизайнеруудын ашигладаг визуал заль мэх, энэ бүхэн хэрхэн нэгдэж, бидэнд маш энгийн мэт санагддаг талаар ярих болно. Үнэн хэрэгтээ бүх зүйл тийм ч хялбар биш бөгөөд 3D график ямар байдгийг мэдэхийн тулд тайралтаас доош ороорой - тэндээс та гайхалтай түүхийг олж харах болно, та урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй таашаал авчрах болно.

Юу дүрсийг 3D болгодог вэ?

Өндөр, өргөн, гүнтэй эсвэл байгаа мэт харагдах зураг нь гурван хэмжээст (3D) юм. Өндөр, өргөнтэй боловч гүнгүй зураг нь хоёр хэмжээст (2D) юм. Хоёр хэмжээст дүрсийг хаана хардагийг надад сануулаарай? - Бараг хаа сайгүй. Ариун цэврийн өрөөний хаалган дээрх нэг эсвэл өөр давхарт зориулсан кабиныг харуулсан ердийн тэмдгийг санаарай. Тэмдгүүдийг нэг дороос таньж, танихаар зохион бүтээсэн. Тийм ч учраас тэд зөвхөн хамгийн энгийн хэлбэрийг ашигладаг. Аливаа тэмдгийн талаар илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл нь энэ бяцхан эрэгтэй ямар хувцас өмссөн, хаалган дээр өлгөгдсөн, эсвэл үсний өнгө, жишээлбэл, эмэгтэйчүүдийн ариун цэврийн өрөөний хаалганы бэлгэдэл зэргийг хэлж чадна. Энэ нь 3D болон 2D графикийг хэрхэн ашиглах гол ялгаануудын нэг юм: 2D график нь энгийн бөгөөд мартагдашгүй байдаг бол 3D график нь илүү нарийвчлалтай, энгийн мэт санагдах объектод илүү их мэдээллийг багтаадаг.

Жишээлбэл, гурвалжин нь гурван шугам, гурван өнцөгтэй байдаг - гурвалжин юунаас бүтсэн, яг юу болохыг хэлэх хэрэгтэй. Гэсэн хэдий ч гурвалжинг нөгөө талаас нь хараарай - пирамид бол дөрвөн гурвалжин талтай гурван хэмжээст бүтэц юм. Энэ тохиолдолд аль хэдийн зургаан шугам, дөрвөн булан байгаа гэдгийг анхаарна уу - энэ нь пирамидаас бүрддэг. Энгийн объект хэрхэн гурван хэмжээст объект болж хувирч, гурвалжин эсвэл пирамидын түүхийг ярихад шаардлагатай илүү их мэдээллийг агуулж болохыг хараарай.

Хэдэн зуун жилийн турш уран бүтээлчид хавтгай 2 хэмжээст дүрсийг бодит 3 хэмжээст ертөнц рүү орох бодит цонх болгож чадах харааны аргуудыг ашиглаж ирсэн. Компьютерийн монитор дээр сканнердаж, харж болох ердийн гэрэл зургуудаас та ижил төстэй нөлөөг харж болно: гэрэл зураг дээрх объектууд хол байх үед жижиг харагддаг; камерын линзний ойролцоох объектууд нь фокустай байдаг бөгөөд энэ нь фокустай объектуудын ард байгаа бүх зүйл бүдэг байна гэсэн үг юм. Хэрэв сэдэв нь тийм ч ойрхон биш бол өнгө нь бага эрч хүчтэй байх хандлагатай байдаг. Өнөөдөр бид компьютер дээрх 3D графикийн тухай ярихдаа хөдөлж буй дүрсийн тухай ярьж байна.

3D график гэж юу вэ?

Бидний олонхын хувьд хувийн компьютер, хөдөлгөөнт төхөөрөмж эсвэл ерөнхийдөө дэвшилтэт тоглоомын систем дээр тоглох нь гурван хэмжээст графикийг эргэцүүлэн бодох хамгийн гайхалтай жишээ бөгөөд хамгийн түгээмэл арга юм. Эдгээр бүх тоглоомууд, компьютерийн тусламжтайгаар бүтээгдсэн гайхалтай кинонууд нь бодит 3D үзэгдлүүдийг бий болгож, үзүүлэхийн тулд үндсэн гурван алхамыг туулах ёстой.

1. Виртуал 3D ертөнцийг бий болгох
2. Дэлгэц дээр дэлхийн аль хэсгийг харуулахыг тодорхойлох
3. Бүтэн зураг аль болох бодитой харагдахын тулд дэлгэцэн дээрх пиксел ямар харагдахыг тодорхойлох

Виртуал 3D ертөнцийг бий болгох
3D виртуал ертөнц нь мэдээжийн хэрэг бодит ертөнцтэй адилгүй. Виртуал 3D ертөнцийг бий болгох нь бодит ертөнцтэй төстэй ертөнцийг компьютерээр дүрслэн харуулах нарийн төвөгтэй ажил бөгөөд үүнийг бүтээхэд олон тооны хэрэгслийг ашигладаг бөгөөд маш нарийн нарийвчлалыг илэрхийлдэг. Жишээлбэл, бодит ертөнцийн маш өчүүхэн хэсгийг ав - таны гар болон түүний доорх ширээний компьютер. Таны гар нь гаднаасаа хэрхэн хөдөлж, хэрхэн харагдахыг тодорхойлдог онцгой шинж чанартай байдаг. Хурууны үе нь зөвхөн далдуу мод руу бөхийж, түүний эсрэг биш. Хэрэв та ширээг цохих юм бол түүнд ямар ч үйлдэл хийхгүй - ширээ хатуу байна. Үүний дагуу таны гар таны ширээний компьютерээр дамжих боломжгүй. Та энэ мэдэгдэл үнэн гэдгийг байгалийн ямар нэг зүйлийг хараад баталж чадна, гэхдээ виртуал 3D ертөнцөд бүх зүйл огт өөр байдаг - виртуал ертөнцөд байгаль байхгүй, жишээлбэл таны гар шиг байгалийн зүйл байдаггүй. Виртуал ертөнц дэх объектууд нь бүрэн нийлэг байдаг - эдгээр нь програм хангамжаар тэдэнд өгөгдсөн цорын ганц шинж чанар юм. Программистууд тусгай хэрэгсэл ашиглаж, виртуал 3D ертөнцийг маш болгоомжтойгоор зохион бүтээдэг бөгөөд ингэснээр тэдгээрийн доторх бүх зүйл үргэлж тодорхой байдлаар ажилладаг.

Виртуал ертөнцийн аль хэсгийг дэлгэцэн дээр харуулсан бэ?
Ямар ч үед дэлгэц нь компьютер тоглоомд зориулж бүтээсэн виртуал 3D ертөнцийн өчүүхэн хэсгийг л харуулдаг. Дэлгэц дээр гарч буй зүйл бол дэлхий ертөнцийг тодорхойлох, хаашаа явах, юу үзэхээ шийдэх арга замуудын тодорхой хослолууд юм. Та хаана ч явсан - урагш эсвэл хойшоо, дээш эсвэл доош, зүүн эсвэл баруун - таны эргэн тойрон дахь виртуал 3D ертөнц таныг тодорхой байрлалд байхад юу харж байгааг тодорхойлдог. Таны харж байгаа зүйл нэг үзэгдлээс нөгөө үзэгдэл хүртэл утга учиртай байдаг. Хэрэв та ямар нэгэн объектыг чиглэлээс үл хамааран ижил зайнаас харж байгаа бол энэ нь өндөр харагдах ёстой. Объект бүр нь бодит биеттэй ижил масстай, бодит биеттэй адил хатуу эсвэл зөөлөн гэх мэтээр харж, хөдөлж байх ёстой.

Компьютер тоглоом бичдэг програмистууд 3D виртуал ертөнцийг зохион бүтээхийн тулд маш их хүчин чармайлт гаргасан бөгөөд ингэснээр та "Энэ ертөнцөд ийм зүйл тохиолдож болохгүй!" гэж бодоход хүргэдэггүй. Таны харахыг хүссэн хамгийн сүүлийн зүйл бол бие биенээ дайран өнгөрөх хоёр хатуу биет юм. Энэ нь таны харж буй бүх зүйл хуурамч гэдгийг хатуу сануулж байна. Гурав дахь алхам нь бусад хоёр үе шаттай адил олон тооны тооцоолол хийх бөгөөд бодит цаг хугацаанд хийгдэх ёстой.

Гэрэлтүүлэг ба хэтийн төлөв

Та өрөөнд орохдоо гэрлийг асаана. Энэ нь хэрхэн ажилладаг, гэрэл нь чийдэнгээс хэрхэн гарч, өрөөний эргэн тойронд тархаж байгааг бодоход та нэг их цаг зарцуулдаггүй байх. Гэхдээ 3D график дээр ажилладаг хүмүүс энэ талаар бодох хэрэгтэй, учир нь бүх гадаргуу, эргэн тойрны утаснууд болон бусад зүйлсийг гэрэлтүүлэх хэрэгтэй. Нэг арга болох туяа хянах арга нь гэрлийн туяа чийдэнг орхин гарах, толь, хана болон бусад цацруулагч гадаргуугаас үсэрч, эцэст нь янз бүрийн өнцгөөс янз бүрийн эрчимтэй объектууд дээр буух замуудын хэсгүүдийг хамардаг. Энэ нь хэцүү, учир нь нэг гэрлийн чийдэнгээс нэг цацраг байж болно, гэхдээ ихэнх өрөөнд хэд хэдэн гэрлийн эх үүсвэрийг ашигладаг - хэд хэдэн чийдэн, таазны чийдэн (лааны суурь), шалны чийдэн, цонх, лаа гэх мэт.

Гэрэлтүүлэг нь объектын харагдах байдал, жин, гаднах хатуу байдлыг өгдөг хоёр нөлөөнд гол үүрэг гүйцэтгэдэг: сүүдэрлэх, сүүдэрлэх. Эхний нөлөө болох харанхуйлах нь объектын нэг талд нөгөө талаас илүү гэрэл тусах явдал юм. Бүдэг болгох нь тухайн сэдэвт маш их натурализмыг өгдөг. Ийм сүүдэрлэх нь хөнжилний нугалааг гүн зөөлөн болгож, өндөр хацрын ясыг гайхалтай харагдуулдаг. Гэрлийн эрчмийн эдгээр ялгаа нь тухайн сэдэв нь гүн, өндөр, өргөнтэй гэсэн ерөнхий хуурмаг байдлыг бэхжүүлдэг. Массын төөрөгдөл нь хоёр дахь нөлөө болох сүүдэрээс үүсдэг.

Хатуу биетүүд гэрэл тусахад сүүдэр үүсгэдэг. Явган хүний ​​зам дээр нарны цаг эсвэл модны сүүдрийг хараад та үүнийг харж болно. Тиймээс бид бодит объект, сүүдэр тусгаж буй хүмүүсийг харж дассан. 3D-д сүүдэр нь математикийн аргаар үүсгэсэн дүрсийн дэлгэц дээр биш, харин бодит ертөнцөд байх нөлөөг бий болгосноор хуурмаг байдлыг дахин бэхжүүлдэг.

хэтийн төлөв
Хэтийн төлөв гэдэг нь маш их зүйлийг илэрхийлж болох нэг үг боловч хүн бүрийн үзсэн энгийн нөлөөг дүрсэлдэг. Урт шулуун замын хажууд зогсоод алсыг харвал замын хоёр тал тэнгэрийн хаяанд нэг цэг дээр нийлдэг юм шиг санагддаг. Мөн моднууд замд ойрхон байвал хол байгаа моднууд танд ойрхон байгаа модноос жижиг харагдах болно. Үнэн хэрэгтээ энэ нь замын ойролцоо үүссэн тэнгэрийн хаяанд моднууд тодорхой цэг дээр нийлсэн мэт харагдах болно, гэхдээ энэ нь тийм биш юм. Үзэгдэл дээрх бүх объектууд холын нэг цэгт нийлж байгаа мэт харагдах үед энэ нь хэтийн төлөв юм. Энэ эффектийн олон хувилбарууд байдаг ч ихэнх 3D графикууд миний саяхан тайлбарласан нэг үзэл бодлыг ашигладаг.

Талбарын гүн

3D графикийг бүтээхэд амжилттай ашигласан өөр нэг оптик эффект бол талбайн гүн юм. Миний модны жишээг ашиглавал дээр дурдсанаас гадна өөр нэг сонирхолтой зүйл тохиолддог. Хэрэв та өөрт ойр байгаа модыг харвал хол байгаа моднууд анхааралгүй байх шиг байна. Кино бүтээгчид болон компьютерийн аниматорууд энэ эффект буюу талбайн гүнийг хоёр зорилгоор ашигладаг. Эхнийх нь хэрэглэгчийн үзэж буй дүр зураг дахь гүн гүнзгий хуурмаг байдлыг бэхжүүлэх явдал юм. Хоёрдахь зорилго нь найруулагчдын анхаарлыг хамгийн чухал гэж үздэг сэдэв эсвэл жүжигчид дээр төвлөрүүлэхийн тулд талбайн гүнийг ашиглах явдал юм. Кинон дээрх баатар биш эмэгтэйд анхаарлаа хандуулахын тулд жишээлбэл, зөвхөн жүжигчин гол анхаарлаа хандуулдаг "гүехэн талбайн гүн" -ийг ашиглаж болно. Таныг гайхшруулахаар бүтээгдсэн дүр зураг нь эсрэгээрээ "талбайн гүн" -ийг ашиглан аль болох олон объектыг анхааралдаа авч, үзэгчдэд харагдах болно.

Гөлгөр болгох

Нүдийг хуурч мэхлэхэд бас нэг нөлөөлөл бол эсрэг заалт юм. Тоон график систем нь тод шугам үүсгэхэд маш тохиромжтой. Гэхдээ диагональ шугамууд давуу талтай байдаг (тэдгээр нь бодит ертөнцөд ихэвчлэн гарч ирдэг, дараа нь компьютер шаттай төстэй шугамуудыг хуулбарладаг (зургийн объектыг нарийвчлан үзэхэд шат гэж юу болохыг та мэднэ гэж би бодож байна). )). Тиймээс нүдээ хуурахын тулд гөлгөр муруй эсвэл шугамыг харахын тулд компьютер шугамыг тойрсон пикселийн эгнээнд тодорхой өнгөт өнгийг нэмж болно. Энэхүү "саарал өнгө" пикселийн тусламжтайгаар компьютер таны нүдийг хуурч, энэ хооронд та өөр ямар ч хонхорхой алхам байхгүй гэж боддог. Нүдийг хуурахын тулд нэмэлт өнгөт пиксел нэмэх энэ процессыг antialiasing гэж нэрлэдэг бөгөөд 3D компьютер графикаар гараар бүтээдэг техникүүдийн нэг юм. Компьютерийн өөр нэг хэцүү ажил бол 3D хөдөлгөөнт дүрс үүсгэх явдал бөгөөд үүний жишээг дараагийн хэсэгт танд толилуулах болно.

Бодит жишээнүүд

Миний дээр дурдсан бүх заль мэхийг хамтад нь ашиглан гайхалтай бодит дүр зургийг бүтээхэд үр дүн нь хүчин чармайлт гаргахад үнэ цэнэтэй юм. Хамгийн сүүлийн үеийн тоглоом, кино, компьютерийн бүтээсэн объектуудыг гэрэл зургийн дэвсгэртэй хослуулсан - энэ нь хуурмаг байдлыг сайжруулдаг. Та зураг болон компьютерийн бүтээсэн дүр зургийг харьцуулж үзэхэд гайхалтай үр дүнг харах боломжтой.

Дээрх зурган дээр явган хүний ​​замаар орох ердийн оффис харагдаж байна. Дараах зургуудын нэгэнд энгийн, цул өнгөтэй бөмбөгийг явган хүний ​​зам дээр байрлуулж, дараа нь тухайн дүр зургийг авчээ. Гурав дахь зураг нь аль хэдийн компьютер график програмыг ашигласан бөгөөд энэ зураг дээр үнэндээ байхгүй бөмбөгийг бүтээсэн. Энэ хоёр зургийн хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа байгаа эсэхийг та хэлж чадах уу? Үгүй гэж бодож байна.

Хөдөлгөөнт дүрс, "амьд үйлдэл"-ийн дүр төрхийг бий болгох

Одоогийн байдлаар бид ямар ч дижитал дүрсийг илүү бодитой харагдуулдаг хэрэгслүүдийг авч үзсэн - зураг нь хөдөлгөөнгүй эсвэл хөдөлгөөнт дарааллын нэг хэсэг юм уу. Хэрэв энэ нь хөдөлгөөнт дараалал юм бол программистууд болон дизайнерууд компьютерийн бүтээсэн зургуудаас илүүтэйгээр "амьд үйлдэл"-ийн дүр төрхийг өгөхийн тулд бүр ч олон янзын харааны аргыг ашиглах болно.

Секундэд хэдэн кадр?
Та орон нутгийн кино театрт гайхалтай блокбастер үзэхээр очиход shot гэж нэрлэгддэг зурагнууд секундэд 24 фрэймийн хурдтай ажилладаг. Бидний нүдний торлог бүрхэвч нь дүрсийг секундын 1/24-ээс бага зэрэг удаан хадгалдаг тул ихэнх хүмүүсийн нүд нь фрэймийг хөдөлгөөн, үйл ажиллагааны тасралтгүй дүрс болгон нэгтгэдэг.

Хэрэв та миний сая юу бичсэнийг ойлгохгүй байгаа бол нөгөө талаас нь хараарай: энэ нь киноны кадр бүр нь 1/24 секундын хөшигний хурдаар (өртөх) авсан гэрэл зураг гэсэн үг юм. Ийнхүү уралдааны киноны олон кадрын аль нэгийг нь харвал камерын хаалт онгорхой байхад зарим уралдааны машинууд өндөр хурдтай явж байсан тул "бүдгэрсэн" харагдана. Хурдан хөдөлгөөнөөр бий болсон зүйлсийн бүдгэрч буй байдал нь бидний харж дассан зүйл бөгөөд дэлгэцэн дээр харахад дүрсийг бодит болгодог зүйлийн нэг хэсэг юм.

Гэсэн хэдий ч дижитал 3D зургууд нь эцсийн эцэст гэрэл зураг биш тул зураг авах явцад объект фрэйм ​​дундуур шилжихэд бүдгэрүүлэх нөлөө гардаггүй. Зургийг илүү бодитой болгохын тулд бүдэгрүүлэхийг програмистууд тодорхой нэмж оруулах ёстой. Зарим загвар зохион бүтээгчид энэхүү байгалийн бүдэгрэлийн дутагдлыг даван туулахын тулд секундэд 30 гаруй фрэйм ​​шаардлагатай гэж үздэг бөгөөд иймээс тэд тоглоомуудыг секундэд 60 фрэймийн шинэ түвшинд хүргэсэн. Энэ нь зураг бүрийг нарийвчлан харуулах, хөдөлж буй объектуудыг бага багаар харуулах боломжийг олгодог боловч өгөгдсөн хөдөлгөөнт дарааллын фрэймийн тоог ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Бодит байдлыг хангахын тулд компьютерийн нарийвчлалыг золиослох шаардлагатай зургийн бусад тодорхой хэсгүүд байдаг. Энэ нь хөдөлж буй болон хөдөлгөөнгүй объектын аль алинд нь хамаатай боловч энэ бол өөр түүх юм.

Төгсгөлд хүрцгээе

Компьютер график нь үнэхээр бодитой хөдөлгөөнт болон хөдөлгөөнгүй олон төрлийн объект, үзэгдлүүдийг бүтээж, бий болгосноор дэлхий нийтийг гайхшруулсаар байна. 80 багана, 25 мөр монохром бичвэр бүхий график нь маш урт замыг туулсан бөгөөд үр дүн нь тодорхой байна - сая сая хүмүүс өнөөгийн технологиор тоглоом тоглож, бүх төрлийн симуляцийг ажиллуулж байна. Шинэ 3D процессорууд бас өөрсдийгөө мэдрэх болно - тэдний ачаар бид бусад ертөнцийг шууд утгаар нь судалж, бодит амьдрал дээр туршиж үзээгүй зүйлсийг мэдрэх боломжтой болно. Эцэст нь, бөмбөгний жишээ рүү буцах: энэ дүр зураг хэрхэн үүссэн бэ? Хариулт нь энгийн: зураг нь компьютерээр бүтээсэн бөмбөгтэй. Энэ хоёрын аль нь жинхэнэ болохыг ялгахад амаргүй биз дээ? Манай ертөнц гайхалтай бөгөөд бид үүнийг дагаж мөрдөх ёстой. Та сонирхож байсан бөгөөд сонирхолтой мэдээллийн өөр нэг хэсгийг олж мэдсэн гэж найдаж байна.

2 хэмжээст хөдөлгөөнт дүрсээс ялгаатай нь 3D-д олон зүйлийг гараар зурж болдог бол объектууд хэт гөлгөр, хэлбэр нь хэт жигд, хэт "геометрийн" замаар хөдөлдөг. Үнэн, эдгээр асуудлуудыг даван туулах боломжтой. Хөдөлгөөнт зургийн багц нь дүрслэх хэрэгслийг сайжруулж, тусгай эффектийн хэрэгслийг шинэчилж, материалын санг өргөжүүлдэг. Үс, утаа гэх мэт "тэгш бус" объектуудыг бий болгохын тулд олон тоосонцороос объект үүсгэх технологийг ашигладаг. Урвуу кинематик болон хөдөлгөөнт дүрсний бусад техникүүд нэвтэрч, видео бичлэг болон хөдөлгөөнт эффектийг хослуулах шинэ аргууд гарч ирж байгаа нь үзэгдэл, хөдөлгөөнийг илүү бодитой болгодог. Нэмж дурдахад нээлттэй системийн технологи нь хэд хэдэн багцтай нэг дор ажиллах боломжийг олгодог. Та нэг багцад загвар үүсгэж, өөр багцад будаж, гурав дахь хэсэгт нь сэргээж, дөрөв дэх хэсэгт нь видеогоор нэмж болно. Эцэст нь хэлэхэд, өнөөдөр олон мэргэжлийн багцуудын функцийг үндсэн багцад тусгайлан бичсэн нэмэлт програмуудаар өргөтгөх боломжтой.

3D Studio ба 3D Studio Макс

IBM дээрх хамгийн алдартай 3D хөдөлгөөнт багцуудын нэг бол Autodesk-ийн 3D Studio юм. Хөтөлбөр нь DOS дор ажилладаг бөгөөд гурван хэмжээст кино бүтээх бүх үйл явцыг хангадаг: объектын загварчлал, дүр зураг үүсгэх, хөдөлгөөнт дүрс, дүрслэл, видеотой ажиллах. Нэмж дурдахад 3D Studio-д зориулж тусгайлан бичсэн өргөн хүрээний хэрэглээний програмууд (IPAS процессууд) байдаг. Нэг компанийн Windows NT-д зориулсан 3D Studio MAX нэртэй шинэ программыг сүүлийн хэдэн жилийн турш хөгжүүлж байгаа бөгөөд SGI ажлын станцын хүчирхэг багцуудын өрсөлдөгч болохоо мэдэгдсэн. Шинэ программын интерфэйс нь бүх модулиудад адилхан бөгөөд өндөр харилцан үйлчлэлтэй. 3D Studio MAX нь хөдөлгөөнт дүрсийг удирдах дэвшилтэт чадамжийг хэрэгжүүлж, объект бүрийн амьдралын түүхийг хадгалж, төрөл бүрийн гэрэлтүүлгийн эффект үүсгэх боломжийг олгодог, 3D хурдасгуурыг дэмждэг, нээлттэй архитектуртай, өөрөөр хэлбэл гуравдагч этгээдэд нэмэлт програмуудыг системд оруулах боломжийг олгодог. .

TrueSpace, Prisms, Three-D, RenderMan, Crystal Topas

Цахилгаан дүрс, зөөлөн зураг

IBM болон Macintosh компьютер дээр гурван хэмжээст хөдөлгөөнт дүрс үүсгэхийн тулд олон тооны хөдөлгөөнт хэрэгсэл, тусгай эффект, дууны хэрэгсэл, тохируулах боломжтой фонт үүсгэгчийг багтаасан Цахилгаан дүрс хөдөлгөөнт системийн багцыг ашиглах нь бас тохиромжтой. Хэдийгээр энэ программ нь загварчлалын хэрэгсэлгүй ч гуч гаруй өөр загвар форматыг импортлох чадвартай. Энэхүү багц нь шаталсан объектууд болон урвуу кинематик хэрэгслүүдтэй ажиллахыг дэмждэг. Хариуд нь Microsoft-ын Softimage 3D програм нь SGI болон Windows NT платформ дээр ажилладаг. Энэ нь олон өнцөгт болон сплайн загварчлал, тусгай эффект, бөөмс, хөдөлгөөнийг амьд жүжигчдээс компьютерийн дүрд шилжүүлэх технологийг дэмждэг.

Бодит зураг гэдэг нь янз бүрийн үзэгдэлд ашиглах боломжтой бүтээгдэхүүний өндөр чанартай (гэрэл зураг) компьютерийн дүрс юм. Ихэвчлэн хараахан зохион бүтээгдээгүй боловч үйлдвэрлэгдээгүй бүтээгдэхүүнийг сурталчлахад ашигладаг. Бүтээгдэхүүний хатуу загвар дээр үндэслэн бодит дүр төрхийг бий болгох дэд систем (жишээлбэл, Photo Works) нь дараахь зүйлийг хийх боломжийг олгодог: материалын номын санг ашиглан гадаргуугийн шинж чанарыг (өнгө, бүтэц, тусгал, ил тод байдал) тохируулах (номын санг хэрэглэгч бие даан дүүргэх боломжтой) ) эсвэл бүтэц (зураг, лого) нэмэх замаар тайзны чимэглэлийг тохируулна (загвар бүр нь та шинж чанарыг тохируулах боломжтой үзэгдэлтэй холбоотой: гэрэлтүүлэг, сүүдэр, дэвсгэр). Байршуулсан гэрлийн эх үүсвэрийн талаархи мэдээлэлд үндэслэн сүүдэр, сүүдэр үүсгэдэг. , бодит байдал дээр хараахан байхгүй байгаа бүтцийн компьютерийн дүр төрхөд онцгой найдвартай байдлыг өгдөг.

Зохион бүтээгдсэн бүтээгдэхүүний прототипийг автоматаар бий болгох (Rapid Prototyping)

Эдгээр аргууд нь бүтээгдэхүүний бодит загварыг үйлдвэрлэлд нэвтрүүлэхээс өмнө шалгаж, бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд (жишээлбэл, цутгах хэвний загвар болгон) ашиглахын тулд богино хугацаанд компьютерийн загвараа ашиглан бодит загварыг бий болгох зорилготой юм.

Бүтээгдэхүүний гурван хэмжээст загварыг бий болгож, жижиг зузаантай (0.1-0.5 мм) зүсэлт гэж нэрлэгддэг тусдаа хөндлөн хоёр хэмжээст профиль хэлбэрээр танилцуулах зарчим юм. Тусгай цогцолборын CNC систем, түүний тусламжтайгаар зүсэлт бүрийн бодит загвар, багц нь бүтээгдэхүүний бодит загвар болох түүний прототипийг бүрдүүлдэг. Прототипийг бүтээх нь тусгай суурь (субстрат) дээр хийгддэг бөгөөд зүсэлт бүрийг үйлдвэрлэсний дараа зүсэлтийн зузаанаар буурдаг. Энэ аргад үндэслэн прототип үйлдвэрлэх хэд хэдэн аргыг боловсруулсан болно.

стереолитографи;

Хатуу массын бүрээс;

Тусгай цаас эсвэл тугалган цаасны давхаргаас;

Лазераар сонгомол синтеринг хийх;

Гагнуур.

стереолитографи(стереолитографи - STL). Прототипийг лазер туяаны нөлөөн дор хатуурдаг шингэн полимер (фотополимер гэж нэрлэдэг) дүүргэсэн саванд субстрат дээр хийсэн. Лазерыг ажлын биед суурилуулсан бөгөөд түүний хөдөлгөөнийг CNC системээр хянадаг. Лазер хөдөлгөөний хөтөлбөрийг бүтээгдэхүүний гурван хэмжээст хатуу загварын бие даасан давхаргын хэсгүүдийн үндсэн дээр эмхэтгэсэн. Лазер нь дараагийн давхаргыг сканнердаж, үүний үр дүнд полимер нь энэ хэсэгт хатуурч, дараа нь субстратыг зүсэлтийн зузаан хүртэл буулгаж, бүтээгдэхүүний прототипийг хийх хүртэл дараагийн хэсэгт энэ процессыг гүйцэтгэдэг.

Хатуу бүрэх арга(Solid Ground Curing - SGC) нь лазер ашиглах шаардлагагүй бөгөөд маск үүсгэх, фотополимерын давхарга тавих гэсэн хоёр зэрэгцээ үйл явцыг хэрэгжүүлэхэд оршино. Маск үүсгэх нь тунгалаг маск хавтан дээр хэт ягаан туяа нэвтрүүлэхэд тунгалаг бус материалыг электростатик аргаар гурван хэмжээст хатуу загварын зүсэлт бүрт хийдэг. Дараа нь шингэн полимерийг субстрат дээр хэрэглэж, хэт ягаан туяаны нөлөөн дор хатуурдаг. Маск бүхий хавтанг фотополимер бүхий субстрат дээр байрлуулж, фотополимер нь маскаар дамжин хэт ягаан туяагаар гэрэлтдэг бөгөөд үүний үр дүнд фотополимерийн гэрэлтсэн хэсэг нь хатуурдаг. Дараа нь хатаагүй фотополимерийг зайлуулж, эвдрэлийг багасгахын тулд хайлах материалын давхарга (лав гэх мэт) хийнэ. Маскийг хавтангаас гаргаж аваад дараагийн маск нь загварын дараагийн давхаргын хэсэгт харгалзах хэлбэрээр бүтээгдэнэ. Процесс давтагдана. Бүтээгдэхүүний прототипийг үйлдвэрлэх мөчлөгийн төгсгөлд хайлах багатай материалын давхаргыг халуун шингэнээр арилгадаг.

Үйл явц тусгай цаас эсвэл тугалган цаасны давхаргаас объект бүтээх(Laminated Objekt manufacturing – LOM) цавуугаар бүрсэн нь лазер ашиглахыг шаарддаг. Давхарга бүрийг ажлын талбарт цаас нийлүүлж, лазер туяагаар харгалзах зүсэлтийн контурыг хайчилж, халуун өнхрүүлгийн үр дүнд өмнөх давхаргад нааж үүсгэнэ. Материал: синтетик тугалган цаас, хөнгөн цагаан тугалган цаас, керамик тугалган цаас, карбон файбер даавуу.

Лазераар сонгомол синтеринг хийх(Selective Laser Sintering - SLS) нь термопластик материалаас нунтаг давхаргыг дараалан түрхэж, давхарга бүрийг лазерын цацрагийн нөлөөн дор програмаар удирддаг лазерын нөлөөн дор шингэлэхээс бүрдэнэ. Термопластик, нарийн цутгахад зориулсан лав, металл, хөгц элс гэх мэт бүх термопластик материалтай хамт хэрэглэж болох нунтаг материалыг ашигладаг.

Хамтарсан объектуудыг бий болгох(Fused Deposition Modeling - FDM) нь лазер ашиглахыг шаарддаггүй бөгөөд CNC төхөөрөмж ашиглан хөдөлдөг халаасан цорго ашиглан термопластик материалыг хайлуулах замаар давхарга бүрийг бий болгохоос бүрдэнэ.

Материал: термопластик, нарийн цутгахад зориулсан тусгай лав.

Бүтээгдэхүүнийг симуляцийн аргаар тооцоолох гурван хэмжээст загварыг ашиглах

Симуляцизохион бүтээсэн объектын загварыг бий болгож, бодит нөхцөл, хязгаарлалтын дор туршилт хийх явдал юм.

CAD дахь симуляциЗохион бүтээгдсэн объектын загварыг бий болгож, оновчтой параметрүүдийг олохын тулд бодит үйлдвэрлэлээс өмнө түүний ажиллагааг ажиглах замаар хийгддэг. Кинематик болон динамик симуляцийг ялгах.

Кинематик симуляциЭнэ нь түүний элементүүдийг хөдөлгөх явцад объектын ажиллах чадварыг шалгах зорилгоор хийгддэг (мөргөлдөөнийг шалгах, жишээлбэл, мөргөлдөх). Жишээ нь: хяналтын угсралт, хөдөлж буй механизмын ажиллагаа.

Динамик симуляциЭнэ нь объект дээр ажиллаж буй ачаалал, температур өөрчлөгдөх үед түүний зан төлөвийг судлах замаар хийгддэг. Объектийн элементүүдийн дулааны ачаалал ба хэв гажилтыг тодорхойлно. Математик физикийн аргаар олж авсан аналитик загварыг нарийн төвөгтэй тохиргоотой объектуудтай холбоотой тооцоололд ашиглах нь одоогоор боломжгүй байна, учир нь объектын математик загварын хүрэлцээг ихэвчлэн зөрчдөг хязгаарлалтыг хүлээн авах шаардлагатай байдаг. Тиймээс CAD дахь динамик симуляцийн асуудлыг шийдэхийн тулд ойролцоогоор аргуудыг ашигладаг. хязгаарлагдмал элементийн арга (FEM) ба төгсгөлийн ялгаа арга (FDM).Практикаас харахад FEM нь CAD дахь симуляцийн асуудлыг шийдвэрлэх хамгийн үр дүнтэй арга юм. Энэ арга нь судалгааны объектыг зөвхөн зангилаагаар харилцан үйлчилдэг, хязгаарлагдмал элементүүд гэж нэрлэгддэг зарим геометрийн энгийн дүрсүүдийн багц хэлбэрээр дүрслэхэд суурилдаг. Загварласан объектын онцлог шинж чанараар тодорхойлогддог хил хязгаарын нөхцлийн дагуу бэхлэгдсэн хязгаарлагдмал элементүүд нь тодорхой хэлбэрээр байрладаг (объектуудын дизайнаас хамааран) нь бүх төрлийн механик бүтцийг дүрслэх боломжийг олгодог. болон хэсгүүд.

Хүч чадлын инженерийн тооцоог хийхдээ бүтцийн элементүүдийн бат бэхийн найдвартай байдлын загварыг бий болгох үе шат нь зайлшгүй юм. Ийм загваруудын тусламжтайгаар барилгын материал, шаардлагатай хэмжээсийг сонгож, гадны нөлөөнд тэсвэртэй байдлыг үнэлэх боломжтой.

Найдвартай байдал гэдэг нь тухайн бүтээгдэхүүний үүргээ тодорхой хугацаанд тодорхой хугацаанд гүйцэтгэх шинж чанар юм. Хүч чадлын найдвартай байдал нь эвдрэл эсвэл хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй хэв гажилттай холбоотой эвдрэл байхгүй, эсвэл ерөнхийдөө тодорхой утгаараа хязгаарын төлөв байдал үүссэнтэй холбоотой гэж нэрлэдэг. Найдвартай байдлын гол хэмжүүр бол бүтээгдэхүүний гэмтэлгүй ажиллах магадлал юм.

Хүч чадлын найдвартай байдлыг үнэлэх өөр нэг нийтлэг үнэ цэнэ бол аюулгүй байдлын хязгаар юм. Бүтээгдэхүүний гүйцэтгэлийн параметрийг p гэж үзье (жишээлбэл, ажиллах хүч, даралт, аюултай цэг дэх эквивалент хүчдэл гэх мэт). Дараа нь аюулгүй байдлын хязгаарыг харьцаа гэж нэрлэдэг

Энд Pcr нь бүтээгдэхүүний хэвийн ажиллагааг алдагдуулдаг P параметрийн чухал (хязгаарлалт) утга, Pmax нь үйл ажиллагааны нөхцөлд параметрийн хамгийн том утга юм. Бат бөх найдвартай байдлын нөхцөлийг дараах байдлаар бичнэ.

Энд [n] нь аюулгүй байдлын хүчин зүйлийн зөвшөөрөгдөх утга. Аюулгүй байдлын зөвшөөрөгдөх хэмжээг ижил төстэй байгууламжийг (прототип) ашиглах инженерийн туршлага дээр үндэслэн тогтоодог. Технологийн хэд хэдэн салбар нь янз бүрийн үйл ажиллагааны нөхцөлд зөвшөөрөгдөх аюулгүй байдлын хязгаарыг зохицуулдаг бат бэхийн стандарттай байдаг. Өөрчлөлтийн ердийн хүрээ [n] нь 1, 3 (тогтвортой ачааллын нөхцөлд) 5 ба түүнээс дээш (хувьсах ба динамик ачааллын үед) хооронд хэлбэлздэг. Тооцооллын практикт аналитик болон тоон аргыг хоёуланг нь ашигладаг. Эхнийх нь ихэвчлэн нарийн төвөгтэй, цаг хугацаа их шаарддаг хилийн утгын бодлогуудыг шийдвэрлэх математикийн аргууд дээр суурилдаг бөгөөд ихэвчлэн биеийн нэлээд энгийн геометрийн хэлбэр, ачааллын схемээр хязгаарлагддаг. Төгсгөлийн ялгааны арга, хилийн интеграл тэгшитгэлийн арга, хилийн элементийн арга, хязгаарлагдмал элементийн арга болон бусад аргуудыг багтаасан тоон аргууд нь эсрэгээр нь хэлбэр дүрсээр хязгаарлагдахгүй. бие буюу ачаалал өгөх арга. Энэ нь хүчирхэг тооцоолох технологи нь хаа сайгүй тархаж байгаагийн зэрэгцээ инженерийн орчинд тархахад хувь нэмэр оруулдаг.

Хязгаарлагдмал элементийн аргын гол санаа нь аливаа тасралтгүй утгыг (шилжилт, температур, даралт гэх мэт) бие даасан элементүүдээс (хэсгүүдээс) бүрдсэн загвараар ойролцоолж болно гэсэн үг юм.

Уг объектыг төгсгөлөг элементүүд гэж нэрлэдэг энгийн (геометрийн үүднээс) дүрсүүдийн багц хэлбэрээр дүрслэгдсэн байдаг (хавтгай бодлогын хувьд - тэгш өнцөгт, гурвалжин, гурван хэмжээст бодлогын хувьд - параллелепипед, призм, тетраэдр) эдгээр нь тус бүртэй харилцан үйлчилдэг. бусад нь зангилаа. Элементүүд нь шугаман эсвэл параболик байж болно (ирмэгийн дунд цэгүүдтэй). Эдгээр элемент тус бүр дээр судлагдсан тасралтгүй хэмжигдэхүүнийг хэсэгчилсэн тасралтгүй функцээр ойролцоогоор тооцдог бөгөөд энэ нь авч үзэж буй элементийн хязгаарлагдмал тооны цэгүүдэд судлагдсан тасралтгүй хэмжигдэхүүний утгууд дээр суурилдаг. Үүний тулд шугаман (эхний дараалал) эсвэл параболик (хоёр дахь дараалал) функцийг ашигладаг.

Хилийн нөхцөлийг зангилаанд хэрэглэнэ: кинематик (бэхэлгээ, нүүлгэн шилжүүлэлт) ба статик (ачаалал), үүний үр дүнд бие нь гажигтай байдаг. Элемент бүрийн тэнцвэрийн нөхцөл:

Энд P нь хүчний вектор, U нь нүүлгэн шилжүүлэлтийн вектор бөгөөд уян хатан хэв гажилтанд материалын эсэргүүцлийг тодорхойлдог Янгийн модуль E-г багтаасан хязгаарлагдмал элементийн хөшүүн байдлын матриц (хүчдэл ба уян хатан хэв гажилтын харьцаа. энэ) ба Пуассоны харьцаа μ (хөндлөн хэв гажилтын уртын харьцаа).

Бүх хязгаарлагдмал элементүүдийн хөшүүн байдлын матрицуудыг дэлхийн хөшүүн байдлын матриц [K] болгон нэгтгэж, зангилааны шилжилт ба хүчийг [U] болон хүч [P]-ийн нийтлэг багана болгон нэгтгэдэг.

Үүний үр дүнд шилжилт нь тодорхойгүй шугаман тэгшитгэлийн систем бий болно.

Тэгшитгэлийн системийг зангилаа бүрийн шилжилтийг тооцоолох замаар шийддэг. Энэ нь 1963 онд энэхүү FEM-ийг бүтцийн механикт алдартай Рэйли-Рицийн аргын нэг хувилбар гэж үзэж болох нь батлагдсан бөгөөд энэ нь боломжит энергийг багасгах замаар асуудлыг шугаман тэнцвэрийн тэгшитгэлийн систем болгон бууруулах боломжийг олгодог. . Өөрөөр хэлбэл, олж авсан уусмал нь хэв гажилтын уян хатан системийн хамгийн бага боломжит энергитэй тохирч байна.

Шилжилтүүд нь Хукийн хуулиар харгалзах хүчдэлтэй холбоотой байдаг.

Тооцооллын үр дүнг нүдээр үнэлэхийн тулд олж авсан параметрийн утгын тархалтыг (стресс, омог) изолин хэлбэрээр (үзүүлэлтийн утга тогтмол байдаг), өнгө, ханалт хэлбэрээр үзүүлэв. үүнээс параметрийн утгаас хамаарч өөрчлөгддөг. Нэмж дурдахад объектын хэв гажилтын төлөв байдлын харааны чанарын үнэлгээний хувьд хэв гажилтыг гажуудуулсан байдлаар харуулав.

Виртуал 3D ертөнц хэр том, баян байх нь хамаагүй. Компьютер үүнийг зөвхөн нэг аргаар харуулах боломжтой: 2D дэлгэц дээр пиксел байрлуулах замаар. Өгүүллийн энэ хэсэгт та дэлгэцэн дээрх дүрс хэрхэн бодитой болж, бодит ертөнц дээр харагдаж буй дүр зурагтай хэрхэн төстэй болж байгааг олж мэдэх болно. Эхлээд бид реализмыг нэг объектод хэрхэн өгч байгааг харна. Дараа нь бид бүх үзэгдэл рүү шилжих болно. Эцэст нь бид компьютер хөдөлгөөнийг хэрхэн хэрэгжүүлдэг талаар авч үзэх болно: бодит объектууд бодит хурдаар хөдөлдөг.

Зургийг бодитой болгохоос өмнө объектууд боловсруулалтын хэд хэдэн үе шатыг дамждаг. Хамгийн чухал үе шатууд нь хэлбэр дүрс үүсгэх, бүтэцтэй ороох, гэрэлтүүлэг, хэтийн төлөвийг бий болгох, талбайн гүн, эсрэг заалт юм.

Маягт үүсгэх

Хэрэв бид цонхоор харвал бүх объектууд хэлбэр дүрстэй, тэдгээр нь янз бүрийн хэмжээ, байрлалтай шулуун ба муруй шугамаас бүтээгдсэн болохыг харах болно. Үүний нэгэн адил, компьютерийн дэлгэц дээр гурван хэмжээст график дүрсийг харахад бид янз бүрийн хэлбэр дүрсээр бүтээгдсэн дүрсийг ажиглах болно, гэхдээ тэдгээрийн ихэнх нь аль хэдийн шулуун шугамаас бүрддэг. Бид квадрат, тэгш өнцөгт, параллелограмм, тойрог, ромбыг хардаг. Гэхдээ хамгийн гол нь бид гурвалжинг хардаг. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнц шиг муруй зураастай найдвартай зургийг гаргахын тулд олон жижиг хэвнээс хэлбэр дүрс зохиох хэрэгтэй. Жишээлбэл, хүний ​​биед эдгээр олон мянган хөгц шаардлагатай байж болно. Тэд хамтдаа шат гэж нэрлэгддэг бүтцийг бий болгоно. Wireframe нь объектын ноорогтой маш төстэй тул та утсан хүрээнээс объектыг хялбархан таних боломжтой. Маягтыг үүсгэсний дараа хийх дараагийн алхам нь мөн адил чухал юм: утас хүрээ нь гадаргууг хүлээн авах ёстой.

Зураг дээр цөөн тооны олон өнцөгтөөр хийсэн гар араг ясыг харуулж байна - нийт 862

Гадаргуугийн бүтэц

Бид бодит ертөнцөд гадаргуутай тулгарахдаа түүний талаарх мэдээллийг хоёр янзаар авч болно. Бид гадаргууг янз бүрийн өнцгөөс харж, түүнд хүрч, зөөлөн эсвэл хатуу эсэхийг тодорхойлох боломжтой. 3D график дээр бид бүх мэдээллийг олж авахын зэрэгцээ зөвхөн гадаргууг харах боломжтой. Мөн энэ мэдээлэл нь гурван бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ:

• Өнгө:Ямар өнгөтэй гадаргуу? Энэ нь жигд өнгөтэй байна уу?
• Бүтэц:Гадаргуу нь тэгш, эсвэл хонхорхой, овойлт, шулуун эсвэл үүнтэй төстэй зүйлтэй юу?
• Тусгал:Гадаргуу нь гэрлийг тусгадаг уу? Тусгал тод байна уу эсвэл бүдэг байна уу?

Объектод "бодит байдал" өгөх нэг арга бол зургийн өөр өөр хэсэгт эдгээр гурван бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хослолыг сонгох явдал юм. Эргэн тойрноо хараарай: таны компьютерийн гар таны ширээнээс өөр өнгө/бүтэц/цусгалттай байдаг ба энэ нь таны гараас өөр өнгө/бүтэц/ тусгалтай байдаг. Зургийн өнгийг бодит мэт харагдуулахын тулд компьютер олон сая өнгөт палитраас пикселийн өнгийг сонгох боломжтой байх нь чухал юм. Төрөл бүрийн бүтэц нь гадаргуугийн математик загвараас (мэлхийн арьснаас вазелин шиг материал хүртэл) болон гадаргуу дээр наасан бүтэцтэй газрын зураг (нэхмэлийн зураг) -аас хамаарна. Мөн өнгө, бүтэц, тусгалыг янз бүрийн хослолоор дамжуулан объектуудад харагдахгүй шинж чанаруудыг суулгах шаардлагатай: зөөлөн ба хатуулаг, дулаан ба хүйтэн байдал. Хэрэв та эдгээр параметрүүдийн дор хаяж нэг алдаа гаргавал бодит байдлын мэдрэмж тэр дороо алга болно.

Төмөр хүрээ рүү гадаргуу нэмэх нь өөрчлөгдөж эхэлдэг
математикийн ямар нэг зүйлээс зураг руу шилжих зураг,
Үүнд бид гараа хялбархан олох боломжтой.

Гэрэлтүүлэг

Харанхуй өрөөнд орохдоо гэрлийг асаана. Гэрлийн чийдэнгээс гарч буй гэрэл өрөөнд хэрхэн тархдаг талаар та боддоггүй. Гэхдээ 3D графикийг боловсруулахдаа та үүнийг байнга анхаарч үзэх хэрэгтэй, учир нь утас хүрээг тойрсон бүх гадаргууг хаа нэг газраас гэрэлтүүлэх ёстой. Цацрагийн арга гэж нэрлэгддэг нэг арга нь чийдэнгээс гарч, толин тусгалтай гадаргууг тусгаж, эцэст нь тухайн объект дээр дууссаны дараа төсөөлж буй туяа явах замыг зурдаг. Цацраг нь өөр өөр өнцгөөс өөр өөр эрчимтэйгээр гэрэлтүүлэх болно. Нэг чийдэнгээс цацраг үүсгэх үед ч гэсэн энэ арга нь нэлээд төвөгтэй мэт санагддаг, гэхдээ ихэнх өрөөнд олон гэрлийн эх үүсвэрүүд байдаг: хэд хэдэн чийдэн, цонх, лаа гэх мэт.

Гэрэлтүүлэг нь объектод жин, бат бөх байдлын мэдрэмжийг өгдөг хоёр нөлөөнд гол үүрэг гүйцэтгэдэг: сүүдэрлэх, сүүдэрлэх. Сүүдэрлэх эхний үр нөлөө нь объектын гэрлийн эрчмийг түүний нэг талаас нөгөө рүү шилжүүлэх явдал юм. Сүүдэрлэлтийн ачаар бөмбөг дугуй хэлбэртэй, өндөр хацрын яс нүүрэн дээр гарч, хөнжил нь том, зөөлөн харагдаж байна. Гэрлийн эрчмийн эдгээр ялгаа нь хэлбэр дүрстэй хамт тухайн объект өндөр, өргөнөөс гадна гүнтэй гэсэн хуурмаг байдлыг бататгадаг. Жингийн төөрөгдөл нь хоёр дахь нөлөөгөөр үүсдэг: сүүдэр.

Зургийг тодруулах нь зөвхөн гүнзгийрүүлдэггүй
объектыг сүүдэрлэхээс гадна "холбодог"
сүүдэрээр дамжуулан газарт объект.

Оптик нягт биетүүд гэрэлтэх үед сүүдэр үүсгэдэг. Та нарны цаган дээр сүүдэр харах эсвэл явган хүний ​​зам дээрх модны сүүдрийг харж болно. Бодит ертөнцөд объект, хүмүүс сүүдэрлэдэг. Хэрэв 3D ертөнцөд сүүдэр байдаг бол та математик загвартай дэлгэц рүү биш бодит ертөнц рүү цонхоор харж байгаа мэт санагдах болно.

хэтийн төлөв

Хэтийн төлөв гэдэг үг нь техникийн нэр томьёо мэт боловч үнэндээ бидний ажиглаж буй хамгийн энгийн үр нөлөөг дүрсэлдэг. Хэрэв та урт шулуун замын хажууд зогсоод алсыг харвал замын баруун, зүүн эгнээ нь тэнгэрийн хаяанд нэг цэгт нийлдэг мэт санагдах болно. Хэрэв замын дагуу мод тарьсан бол мод нь ажиглагчаас хол байх тусам жижиг болно. Модууд тэнгэрийн хаяанд замтай ижил цэг дээр нийлж байгааг та анзаарах болно. Хэрэв дэлгэц дээрх бүх объектууд нэг цэгт нийлвэл үүнийг хэтийн төлөв гэж нэрлэнэ. Мэдээжийн хэрэг, өөр сонголтууд байдаг, гэхдээ үндсэндээ гурван хэмжээст график дээр дээр дурдсан нэг цэгийн хэтийн төлөвийг ашигладаг.

Дээрх зурган дээр гар нь тусгаарлагдсан мэт харагдах боловч ихэнх үзэгдэлд зарим объект урд талд байрлаж, бусад объектын харагдах байдлыг хэсэгчлэн хаадаг. Ийм үзэгдлийн хувьд программ хангамж нь зөвхөн объектуудын харьцангуй хэмжээг тооцоолохоос гадна аль объект бусдыг бүрхэж байгаа, хэр их байгааг харгалзах ёстой. Үүнд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг нь Z-буфер (Z-buffer) юм. Энэ буфер нь Z тэнхлэгийн нэрээс буюу дэлгэцийн ард үзэгдлээс тэнгэрийн хаяанд хүрэх төсөөллийн шугамын нэрээс нэрээ авсан. (Нөгөө хоёр тэнхлэг нь үзэгдлийн өргөнийг хэмждэг X тэнхлэг, Ү тэнхлэг нь үзэгдлийн өндрийг хэмждэг).

Z-буфер нь тухайн олон өнцөгтийг агуулсан объект үзэгдлийн урд талын ирмэгт хэр ойрхон байгаагаас хамааран олон өнцөгт бүрт тоо оноодог. Дүрмээр бол дэлгэцэнд хамгийн ойр байрлах олон өнцөгтүүдэд доод тоог, давхрагатай зэргэлдээх олон өнцөгтүүдэд илүү өндөр тоог өгдөг. Жишээлбэл, 16 битийн Z-буфер нь дэлгэцэнд хамгийн ойрхон -32.768, хамгийн алслагдсан 32.767 тоог онооно.

Бодит ертөнцөд бидний нүд бусдын бүрхсэн объектыг харж чадахгүй тул харагдахуйц объектыг тодорхойлоход бидэнд асуудал гардаггүй. Гэхдээ эдгээр асуудлууд нь компьютерийн өмнө байнга гарч ирдэг бөгөөд тэр тэдгээрийг шууд шийдвэрлэхээс өөр аргагүй болдог. Объект бүрийг үүсгэх үед түүний Z-утгыг X ба Y координатын ижил талбайг эзэлдэг бусад объектын утгатай харьцуулдаг. Хамгийн бага Z-утгатай объектыг бүрэн зурж, Z-утга өндөртэй бусад объектыг зурах болно. зөвхөн хэсэгчлэн зурах болно. Тиймээс бид баатруудын дундуур цухуйж буй дэвсгэр объектуудыг харахгүй байна. Z-буфер нь объектыг бүрэн зурахаас өмнө идэвхждэг тул дүрийн ард нуугдаж буй үзэгдлийн хэсгүүд огт зурахгүй. Энэ нь график гүйцэтгэлийг хурдасгадаг.

Талбарын гүн

Өөр нэг оптик эффект болох талбайн гүнийг 3D графикт амжилттай ашигладаг. Бид замын хажууд тарьсан модтой ижил жишээг ашиглах болно. Моднууд ажиглагчаас холдох тусам өөр нэг сонирхолтой нөлөө гарч ирнэ. Хэрэв та өөрт хамгийн ойр байгаа модыг харвал алс холын мод анхааралгүй болно. Энэ нь ялангуяа ижил модтой зураг эсвэл видеог үзэхэд тод илэрдэг. Найруулагчид болон компьютерийн аниматорууд энэ эффектийг хоёр зорилгоор ашигладаг. Эхнийх нь ажиглагдсан үзэгдлийн гүний хуурмаг байдлыг сайжруулах явдал юм. Мэдээжийн хэрэг, компьютер тухайн үзэгдэлд байгаа объект бүрийг хичнээн хол байсан ч яг гол анхаарлаа төвлөрүүлж чадна. Гэхдээ талбайн гүний нөлөө нь бодит ертөнцөд үргэлж байдаг тул бүх объектыг анхаарлаа төвлөрүүлэх нь тухайн үзэгдлийн бодит байдлын хуурмаг байдлыг зөрчихөд хүргэдэг.

Энэ эффектийг ашиглах хоёр дахь шалтгаан нь таны анхаарлыг зөв сэдэв эсвэл жүжигчид хандуулах явдал юм. Жишээлбэл, киноны дүрд анхаарлаа төвлөрүүлэхийн тулд найруулагч зөвхөн нэг жүжигчний анхаарлын төвд байгаа талбайн гүн гүнзгий нөлөөг ашиглана. Нөгөөтэйгүүр, байгалийн сүр жавхланг гайхшруулах ёстой үзэгдлүүд аль болох олон объектыг төвлөрүүлэхийн тулд талбайн гүнийн эффектийг ашигладаг.

Antialiasing

Anti-aliasing нь нүдийг хуурах зорилготой өөр нэг технологи юм. Дижитал график системүүд нь босоо болон хэвтээ шугам үүсгэхдээ маш сайн байдаг. Гэхдээ диагональ ба муруйнууд гарч ирэхэд (мөн тэдгээр нь бодит ертөнцөд ихэвчлэн гарч ирдэг) компьютер нь гөлгөр ирмэгийн оронд онцлог шинж чанартай "шат" бүхий шугам зурдаг. Нүдээ гөлгөр шугам эсвэл муруй харж байгаа гэдэгт итгүүлэхийн тулд компьютер шугамын эргэн тойронд янз бүрийн сүүдэртэй шугамын пикселүүдийг нэмж өгдөг. Эдгээр "саарал" пикселүүд нь "алхам" байхгүй гэсэн хуурмаг байдлыг бий болгодог. Нүдийг хуурахын тулд пиксел нэмэх энэ процессыг antialiasing гэж нэрлэдэг бөгөөд 3D компьютерийн графикийг "гар" графикаас ялгах аргуудын нэг юм. Мөрүүдийг хадгалах, "гөлгөр" өнгө оруулах нь таны дэлгэц дээр 3D хөдөлгөөнт дүрс үүсгэх компьютерт хийх бас нэг төвөгтэй ажил юм.

Олон өнцөгт дээр байрлуулсан бүтэцтэй дэлгэцийн бодит байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд янз бүрийн технологийг ашигладаг.

гөлгөр болгох (засварлах);

· MIP зураглал;

бүтэц шүүлтүүр.

Anti-aliasing технологи

Anti-aliasing гэдэг нь объектын "шаталсан" ирмэгийн нөлөөг арилгахын тулд дүрс боловсруулахад ашигладаг технологи юм. Зургийг үүсгэх растер аргаар энэ нь пикселээс бүрддэг. Пиксел нь хязгаарлагдмал хэмжээтэй байдаг тул гурван хэмжээст объектын ирмэг дээр шат буюу шаталсан ирмэг гэж нэрлэгддэг. Шатны нөлөөг багасгахын тулд хамгийн хялбар арга бол дэлгэцийн нягтралыг нэмэгдүүлэх, ингэснээр пикселийн хэмжээг багасгах явдал юм. Гэхдээ энэ зам үргэлж боломжтой байдаггүй. Хэрэв та дэлгэцийн нягтралыг нэмэгдүүлэх замаар алхамын эффектээс ангижрах боломжгүй бол шатны эффектийг нүдээр харуулах боломжийг олгодог Anti-aliasing технологийг ашиглаж болно. Үүний хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг арга бол шугам эсвэл ирмэгийн өнгөнөөс дэвсгэр өнгө рүү жигд шилжилтийг бий болгох явдал юм. Объектуудын хил дээр байрлах цэгийн өнгийг хоёр хилийн цэгийн өнгөний дундаж утга гэж тодорхойлдог.

Хагархайг арилгах хэд хэдэн үндсэн технологи байдаг. Эхний удаад хамгийн өндөр чанартай үр дүнг бүрэн дэлгэцийн anti-aliasing технологи FSAA (Full Screen Anti-Aliasing) өгсөн. Зарим уран зохиолын эх сурвалжид энэ технологийг SSAA гэж нэрлэдэг. Энэхүү технологийн мөн чанар нь процессор нь зургийн жаазыг дэлгэцийн нягтралаас хамаагүй өндөр нарийвчлалтайгаар тооцоолж, дараа нь дэлгэцэн дээр гарч ирэхэд пикселийн бүлгийн утгыг нэг болгон дунджаар тооцдогт оршино; дундаж пикселийн тоо нь дэлгэцийн нягтралтай тохирч байна. Жишээлбэл, хэрэв 800x600 нягтралтай фрэймийг FSAA-г ашиглан анти-aliased хийсэн бол зургийг 1600x1200 нарийвчлалтайгаар тооцоолно. Дэлгэцийн нягтралд шилжих үед нэг дэлгэцийн пикселд тохирох дөрвөн тооцоолсон цэгийн өнгийг дундажлана. Үүний үр дүнд бүх шугамууд нь гөлгөр өнгөний шилжилттэй байдаг бөгөөд энэ нь шатны нөлөөг нүдээр арилгадаг.

FSAA нь олон шаардлагагүй ажил хийдэг, GPU-г ачаалж, хил хязгаарыг биш харин бүхэл бүтэн зургийг жигд болгодог бөгөөд энэ нь түүний гол дутагдал юм. Энэ дутагдлыг арилгахын тулд илүү хэмнэлттэй технологи болох MSSA-г боловсруулсан.

MSSA технологийн мөн чанар нь FSAA технологитой төстэй боловч олон өнцөгт доторх пикселүүд дээр ямар ч тооцоо хийдэггүй. Объектуудын хил дээрх пикселийн хувьд тэгшлэх түвшингээс хамааран 4 ба түүнээс дээш нэмэлт цэгүүдийг тооцож, пикселийн эцсийн өнгийг тодорхойлдог. Энэ технологи нь өнөө үед хамгийн түгээмэл байдаг.

Видео адаптер үйлдвэрлэгчдийн бие даасан хөгжил нь мэдэгдэж байна. Жишээлбэл, NVIDIA нь Coverage Sampling (CSAA) технологийг боловсруулсан бөгөөд үүнийг зөвхөн 8-р цувралаас (8600 - 8800, 9600 - 9800) эхлэн GeForce видео адаптерууд дэмждэг. ATI нь R520 график процессорт AAA (Adaptive Anti-Aliasing) программыг нэвтрүүлж, дараа нь бүх дасан зохицох anti-aliasing-ийг нэвтрүүлсэн.

MIP зураглалын технологи

Энэхүү технологийг 3D объектын бүтэцтэй болгох чанарыг сайжруулахад ашигладаг. Гурван хэмжээст дүрст бодит байдлыг нэмэхийн тулд үзэгдлийн гүнийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Үзэл бодлоосоо холдох тусам давхаргын бүтэц улам бүр бүдгэрч харагдах болно. Тиймээс нэгэн төрлийн гадаргууг бүрхэхдээ нэг биш, хэд хэдэн бүтцийг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд энэ нь гурван хэмжээст объектын хэтийн төлөвийн гажуудлыг зөв тооцох боломжийг олгодог.

Жишээлбэл, дүр зураг руу гүн нэвтэрч буй чулуун хучилтыг дүрслэх шаардлагатай. Хэрэв та бүхэл бүтэн уртын дагуу зөвхөн нэг бүтэцтэй байхыг оролдвол үзэл бодлоосоо холдох тусам долгион эсвэл зөвхөн нэг өнгө гарч ирж болно. Баримт нь энэ тохиолдолд хэд хэдэн бүтэцтэй пикселүүд (текселүүд) монитор дээрх нэг пикселд нэг дор ордог. Асуулт гарч ирнэ: пикселийг харуулахдаа аль текстийг сонгох вэ?

Энэ даалгаврыг MIP зураглалын технологийн тусламжтайгаар шийддэг бөгөөд энэ нь янз бүрийн түвшний нарийвчлал бүхий бүтэцтэй багцыг ашиглах боломжийг илэрхийлдэг. Бүтэц тус бүр дээр тулгуурлан доод түвшний нарийвчлал бүхий бүтэц бий болно. Ийм багцын бүтцийг MIP - газрын зураг (MIP газрын зураг) гэж нэрлэдэг.

Бүтцийн зураглалын хамгийн энгийн тохиолдолд зургийн пиксел бүрийн хувьд тохирох MIP газрын зургийг LOD (Нарийвчилсан түвшин) хүснэгтийн дагуу тодорхойлно. Цаашилбал, өнгө нь пикселд хуваарилагдсан MIP газрын зургаас зөвхөн нэг текстел сонгогдоно.

Шүүлтүүрийн технологи

Дүрмээр бол MIP зураглалын технологийг mip-текстурын олдворуудыг засах зориулалттай шүүлтүүрийн технологитой хослуулан ашигладаг. Жишээлбэл, объект харах цэгээс холдох тусам MIP газрын зургийн бага түвшнээс өндөр MIP газрын зургийн түвшин рүү шилжинэ. Объект нь нэг MIP газрын зургийн түвшингээс нөгөө рүү шилжих төлөвт байгаа үед дүрслэлийн тусгай төрлийн алдаа гарч ирдэг: нэг MIP газрын зургийн түвшингээс нөгөө рүү шилжих шилжилтийн тодорхой ялгах хил хязгаар.

Шүүлтүүрийн санаа нь объектын пикселийн өнгийг зэргэлдээ бүтэцтэй цэгүүдээс (тексел) тооцдог.

Бүтэц шүүлтүүрийн анхны арга нь орчин үеийн 3D графикт ашиглагддаггүй цэгийн дээж авах арга байсан. Дараагийнх нь боловсруулагдсан хоёр шугаманшүүлтүүр. Хоёр шугаман шүүлтүүр нь гадаргуу дээрх цэгийг харуулахын тулд зэргэлдээх дөрвөн бүтэцтэй пикселийн жигнэсэн дундажийг авдаг. Ийм шүүлтүүрээр ирмэгтэй (шоо гэх мэт) аажмаар эргэлддэг эсвэл аажмаар хөдөлж буй объектуудын чанар бага байдаг (ирмэг нь бүдгэрсэн).

Илүү өндөр чанарыг өгдөг гурвалсанПикселийн өнгийг тодорхойлохын тулд хоёр зэргэлдээх бүтцээс дөрөв, найман текстийн өнгөний дундаж утгыг авч, долоон холих үйл ажиллагааны үр дүнд пикселийн өнгийг тодорхойлдог.

GPU-ийн гүйцэтгэлийн өсөлтөөр a анизотропшүүлтүүрийг одоог хүртэл амжилттай ашиглаж байна. Цэгийн өнгийг тодорхойлохдоо олон тооны текстэл ашигладаг бөгөөд олон өнцөгтүүдийн байрлалыг харгалзан үздэг. Анизотроп шүүлтүүрийн түвшинг пикселийн өнгийг тооцоолохдоо боловсруулсан текстийн тоогоор тодорхойлно: 2х (16 текст), 4х (32 текст), 8х (64 текст), 16x (128 текст). Энэхүү шүүлтүүр нь хөдөлгөөнт дүрсний өндөр чанарыг баталгаажуулдаг.

Эдгээр бүх алгоритмуудыг видео картын график процессор гүйцэтгэдэг.

Хэрэглээний програмчлалын интерфейс (API)

3D дамжуулах хоолойн үе шатуудын гүйцэтгэлийг хурдасгахын тулд 3D график хурдасгуур нь тодорхой багц функцтэй байх ёстой, жишээлбэл. Техник хангамжид төв процессорын оролцоогүйгээр 3D дүрсийг бүтээхэд шаардлагатай үйлдлүүдийг гүйцэтгэх. Эдгээр функцүүдийн багц нь 3D хурдасгуурын хамгийн чухал шинж чанар юм.

3D хурдасгуур нь өөрийн гэсэн командтай тул хэрэглээний программ эдгээр командуудыг ашигласан тохиолдолд л үүнийг үр дүнтэй ашиглах боломжтой. Гэхдээ 3 хэмжээст хурдасгуурын олон янзын загварууд, мөн гурван хэмжээст дүрс үүсгэдэг янз бүрийн хэрэглээний програмууд байдаг тул нийцтэй байдлын асуудал гарч ирдэг: янз бүрийн түвшний доод түвшний командуудыг адил сайн ашиглах ийм програм бичих боломжгүй юм. хурдасгуурууд. Хэрэглээний програм хангамж хөгжүүлэгчид болон 3D хурдасгуур үйлдвэрлэгчид дараахь функцийг гүйцэтгэдэг тусгай хэрэгслийн багц хэрэгтэй байгаа нь ойлгомжтой.

хэрэглээний програмын хүсэлтийг техник хангамжийн бүтцийн онцлогийг харгалзан 3D хурдасгуурын доод түвшний командуудын оновчтой дараалалд үр дүнтэй хувиргах;

Ашигласан хурдасгуур нь тэдгээрийн техник хангамжийн дэмжлэггүй бол хүссэн функцүүдийн програм хангамжийн эмуляци.

Эдгээр функцийг гүйцэтгэх тусгай хэрэгслийн багц гэж нэрлэдэг хэрэглээний програмчлалын интерфейс (Хэрэглээний програмын интерфейс = API).

API нь дээд түвшний хэрэглээний программууд болон драйвераас нь үүсгэсэн доод түвшний хурдасгагч командуудын хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. API ашиглах нь програм хөгжүүлэгчийг доод түвшний хурдасгагч тушаалуудтай ажиллах хэрэгцээ шаардлагаас чөлөөлж, програм үүсгэх үйл явцыг хөнгөвчилдөг.

Одоогоор 3D-д хэд хэдэн API байдаг бөгөөд тэдгээрийн хамрах хүрээг маш тодорхой тодорхойлсон байдаг.

DirectX, Microsoft-ын боловсруулсан, Windows 9X болон түүнээс хойшхи үйлдлийн системүүд дээр ажилладаг тоглоомын програмуудад ашиглагддаг;

OpenGL, Windows NT үйлдлийн систем дээр ажилладаг мэргэжлийн хэрэглээний программуудад (компьютерийн тусламжтай дизайны систем, 3D загварчлалын систем, симулятор гэх мэт) ихэвчлэн ашиглагддаг;

Өмчлөлийн (уугуул) API 3D хурдасгуур үйлдвэрлэгчид өөрсдийн чадавхийг хамгийн үр ашигтайгаар ашиглахын тулд зөвхөн чипсетдээ зориулж бүтээсэн.

DirectX бол хатуу зохицуулалттай, хаалттай стандарт бөгөөд дараагийн шинэ хувилбараа гаргах хүртэл өөрчлөлт оруулахыг зөвшөөрдөггүй. Нэг талаараа энэ нь програм хангамж хөгжүүлэгчид, ялангуяа хурдасгуур үйлдвэрлэгчдийн чадавхийг хязгаарладаг ч хэрэглэгчийн 3D-д зориулсан программ хангамж, техник хангамжийн тохиргоог ихээхэн хялбаршуулдаг.

DirectX-ээс ялгаатай нь OpenGL API нь нээлттэй стандартын үзэл баримтлал дээр суурилагдсан бөгөөд цөөн тооны үндсэн багц функцууд болон илүү төвөгтэй функцуудыг хэрэгжүүлдэг олон өргөтгөлүүдтэй. Chipset 3D хурдасгуур үйлдвэрлэгч нь BIOS болон үндсэн Open GL функцийг гүйцэтгэдэг драйверуудыг бий болгох шаардлагатай боловч бүх өргөтгөлүүдэд дэмжлэг үзүүлэх шаардлагагүй. Энэ нь үйлдвэрлэгчид өөрсдийн бүтээгдэхүүнд зориулж драйвер бичихтэй холбоотой хэд хэдэн бэрхшээлийг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээрийг бүрэн болон таслагдсан хэлбэрээр нийлүүлдэг.

OpenGL-тэй нийцтэй драйверын бүрэн хувилбарыг ICD (Installable Client Driver - client application driver) гэж нэрлэдэг. Энэ нь хамгийн их гүйцэтгэлийг хангадаг, tk. Зөвхөн үндсэн багц функцүүд төдийгүй түүний өргөтгөлүүдийг дэмждэг доод түвшний кодуудыг агуулдаг. Мэдээжийн хэрэг, OpenGL-ийн үзэл баримтлалыг харгалзан үзвэл ийм драйвер бий болгох нь маш нарийн төвөгтэй бөгөөд цаг хугацаа шаардсан үйл явц юм. Энэ нь мэргэжлийн 3D хурдасгуурууд тоглоомын хурдасгуураас илүү үнэтэй байдаг шалтгаануудын нэг юм.