3D телевизоры предлагают чувство глубины, которое стандартные 2D телевизоры демонстрировать не могут. Правда для этого вам понадобятся специальные очки.
Если вы получили удовольствие от просмотра таких фильмов, как Аватар или Хоббит в 3D кинотеатре или IMAX, то вы вполне можете получить схожие впечатления, сидя у себя дома с 3D телевизором.
Все лучшие бренды телевизионной техники, включая Samsung, LG, Philips, Sony предлагают 3D модели. Но держите в голове, что, как и в кинотеатре, вам не обойтись без специальных очков для просмотра, и ощущения от просмотра могут сильно отличаться.
Как работает 3D телевизор?
Телевизоры поляризуют изначальные 3D картинки в отдельные изображения. Если смотреть своими глазами, картинка покажется расплывчатой, но стоит только одеть 3D очки, отдельные изображения направляются либо в левый, либо в правый глаз, создавая впечатление глубины.
Имейте в виду, что такого понятия как эксклюзивный 3D телевизор не существует, вместо этого есть телевизоры, оснащенные функцией 3D. Вы можете использовать их также для просмотра обычного 2D телевизионного сигнала, но помимо этого вам будут доступны 3D видео через Blu-ray проигрыватели и через некоторые Smart TV сервисы.
3D телевизоры: что вам нужно о них знать
Размер экрана: вы можете найти 3D функцию на различных телевизорах разного ценового диапазона, но для того, чтобы поистине насладиться этим изображением, вам нужен большой экран, в данном случае чем больше, тем лучше. 3D не всегда работает хорошо на маленьких телевизорах, поэтому минимальный размер, который мы рекомендуем, это 32 дюйма.
Расстояние для просмотра: лучшее изображение 3D открывается с оптимальной дистанции. Измерьте четыре расстояния высоты вашего телевизора и проверьте, что вы сидите на этом расстоянии до вашего телевизора. Если вы смотрите телевизор под углом 45 градусов, то 3D эффект скорее всего будет плохо заметен, и другие проблемы с качеством изображения также возможны (смотрите ниже раздел «на что похоже 3D изображение»).
Очки: вам нужно надеть очки, чтобы смотреть 3D, так что убедитесь, что вам в них максимально комфортно. Не всегда 3D телевизоры продаются с подходящими очками в комплекте, в других случаях в комплекте может идти меньше очков, чем нужно для вашей семьи, проверьте наличие и количество очков до покупки. Если вы носите свои очки, то можете чувствовать дискомфорт, надевая 3D очки поверх своих. Вы можете отдельно приобрести накладные 3D линзы для своих привычных очков.
Активная 3D или пассивная 3D: что купить мне?
Существуют две основные 3D технологии – активная и пассивная – и каждая имеет свои за и против. Крупные производители телевизоров применяют обе эти технологии, хотя LG преимущественно сфокусировался на пассивной 3D, а Panasonic, Samsung и Sony, наоборот, на активной.
Пассивная 3D технология: если вы были в кинотеатре на просмотре 3D фильма, вы уже знакомы с пассивной 3D технологией. Одевая похожие на солнцезащитные очки, каждый глаз видит различный поляризованный свет. Далее ваш мозг сопоставляет оба эти изображения, и формируется 3D картинка. Пассивные очки дешевые в производстве, и несколько пар уже как правило идет в комплекте с телевизором, но пассивное 3D изображение не такое детальное, как активное 3D.
Активная 3D технология: телевизоры с активной 3D технологией обладают более высоким разрешением 3D изображений. Очки синхронизируются с телевизором через инфракрасный или Bluetooth сигнал и часто переключаются туда-сюда, направляя изображения то в правый, то в левый глаз зрителя. Эти очки более тяжелые и громоздкие по сравнению с пассивными 3D очками, к тому же они более дорогие; если вам придется менять их, стоимость составит от 1 500 до 6 000 рублей.
3D контент: Что можно посмотреть в 3D?
От роста популярности 3D технологию сдерживает отсутствие большого выбора 3D контента, в частности, бесплатных 3D программ на телевидении.
Некоторые провайдеры спутникового телевидения предлагают выбор 3D фильмов и передач, но это платная услуга. Некоторые телевизоры способны преобразовывать 2D контент в 3D, но, по нашему мнению, эффект такого изображения не вполне соответствует ожиданиям пользователей. Вы также можете купить или взять на прокат Blu-ray диск с 3D фильмом, если у вас имеется совместимый Blu-ray проигрыватель, но имейте в виду, что диски и проигрыватели с 3D стоят немного дороже, чем обычные не-3D аналоги.
Сейчас при анонсе практически каждой кинопремьеры мы видим на афише надпись «3D эффект». Это новшество получило широкое распространение в нашей стране совсем недавно. Однако технология буквально за пару лет снискала себе настоящую популярность среди посетителей кинотеатров. Объемное изображение, ощущение присутствия и масса восторженных впечатлений - вот основные преимущества такого эффекта. Но по своей сути? Как же разработчики добились столь необычной подачи, казалось бы, плоской картинки? Не вредит ли такая технология человеческому глазу и мозгу? Давайте разберемся.
Само название 3D произошло от сокращенного понятия «three-dimensional» или же «трехмерный», если перевести на русский язык. Оно означает особенность восприятия окружающего мира посредством Так как каждый глаз человека передает в мозг свою картинку, то они будут несколько отличаться друг от друга. Это можно легко проверить, проведя небольшой эксперимент. Закройте поочередно оба глаза, и вы сразу же заметите разницу. Ведь между ними имеется расстояние. Но мы не воспринимаем изображение двойственно, так как мозг в тысячные доли секунды преобразует полученную информацию в целиковую картинку. Вот вам и природная технология 3D.
Чтобы посетители кинотеатра могли почувствовать на себе всю новинки, сам фильм должен быть снят по особому методу. Это делается посредством двух различных камер, которые расположены на небольшом расстоянии друг от друга, или же при помощи одной, но специальной. Она имеет сразу две линзы, позволяющие запечатлеть все происходящее так же, как и мы видим это обоими глазами. Когда отснятый материал запускается на экран, то человек видит размытую, как бы двоящуюся картинку. Чтобы понять, что такое 3D, ему понадобятся специальные очки, которые соединят снятые кадры с разных камер в одно целостное изображение. При этом каждый глаз должен получать именно ту картинку, которая предназначена специально для него. В зависимости от того, как был снят фильм, сцена будет или уходить вглубь экрана, или выдвигаться непосредственно на зрителя.
Сейчас технология 3D проникает даже к нам в дома. Производители техники активно внедряют ее в свои девайсы, которые становятся адаптированными к передаче объемных изображений. Что такое 3D в домашних условиях? Это просмотр специально отснятых по данной технологии фильмов на полноценных телевизорах, стационарных компьютерах, планшетах или широкоэкранных смартфонах. При этом создатели таких устройств нового поколения могут использовать совершенно разную методику усовершенствования девайсов. Чаще всего применяются анаглифические очки, которые знакомы всем, кто хотя бы однажды смотрел фильм формата 3D в кинотеатре. Одно их стекло имеет синий цвет, а второе - красный. Именно эта особенность позволяет разграничить изображения, предназначенные для С такими очками вы можете наслаждаться эффектом «присутствия», даже просматривая фильм на обычном телевизоре.
Если говорить о специальных экранах и мониторах, то не обойдется без технологии поляризации. В таком случае помимо особых очков вам понадобится и новый телевизор (или же Вполне логично, что такое 3D обойдется вам гораздо дороже. Ведь широкоформатная техника с особыми экранами имеет достаточно высокую стоимость. Однако эта технология далеко не совершенна, в результате чего изображение может казаться не совсем четким или же расплываться краями.
Самым дорогим и качественным вариантом для дома считаются автостереоскопические дисплеи. Они не требуют дополнительных очков, так как самостоятельно преобразовывают изображение в объемное. Эффект от просмотра кино на таких устройствах будет просто ошеломительным.
3D телевидение становится все более доступным, новая технология для некоторых телезрителей представляется волшебным экраном, другими представляется подчас ящиком Пандоры. Что же такое современное 3D ТВ? Теперь вы cможете получить ответы на все интересующие вас вопросы.
1. Что такое 3D ТВ?
3D TВ это общее обозначение дисплейных технологий, которые позволяют при просмотре по 3D телевизору телепрограмм, фильмов, видеоматериалов, а также игр представить их в стерескопическом виде. 3D ТВ добавляет к давно существующей дисплейной технологии иллюзию третьего измерения и глубины пространства. Тогда как изображение на обычных телевизорах (2D) ограничено лишь двумя измерениями, высотой и шириной.
2. Как получают 3D изображение на обычном экране?
3D телевизор, как и кинотеатральный экран, представляя объемную картинку, отображает последовательно в одной сцене по два изображения, одно предназначено для правого глаза зрителя, другое для левого глаза. Два полноразмерных изображения, занимая весь экран, предстают наложенными друг на друга. Если смотришь на них без специальных очков, объекты одного изображения часто дублируют другое или слегка смещаются влево (или вправо) от соотвествующего объекта в другом изображении. А когда телезрители одевают специальные очки, они могут воспринимать эти два изображения, как одно объемное - 3D изображение.Новая 3D система основывается на визуальном стереоскопическом представлении. Глаза взрослого человека располагаются друг от друга примерно в 2,5 дюймах и за счет этого видят объекты на экране под немного различающимися углами. Воспринимаемые с помощью активных очков два изображения на экране 3D телевизора объединяются в человеческом мозге, за счет чего и создается иллюзия объемного изображения.
3. Чем новая 3D технология отличается от прежней?
Многие знакомы с используемой ранее анаглифической 3D технологией, для которой нужны простые очки с разноцветными линзами (красной и голубой) для объединения двух спектрозональных изображений. Видимое в этом случае объемное изображение предстает обесцвеченным и, как правило, в более низком разрешении, чем при новой 3D технологии с попеременным чередованием показываемых кадров и использованием при просмотре активных очков.
Принципиальные усовершенствования новой 3D технологии позволяют видеть на экранах 3D телевизоров полноцветное изображение в высоком разрешении форматов 1080р или 720р.
Для наблюдения 3D изображения требуются очки с управляемыми жидкокристаллическими линзами, которые попеременно и очень быстро блокируют картинку для каждого глаза (120 раз в секунду). В таких LCD очках кроме линз есть схема управления и батарейки питания (обычно хватает на 80 и более часов). Очки синхронизируются с телевизором по инфракрасному или Bluetooth каналу.
Замечание: Любое последующее упоминание термина «3D» относится к новой полноцветной HD версии технологии, а не к старой анаглифической, если прямо не указывается иное толкование.
4. Чем 3D по телевизору отличается от 3D в кинотеатре?
Многие уже смотрели 3D фильмы в таких кинотеатрах как IMAX 3D. Этот вариант технологии отличается от домашнего 3D ТВ, но незначительно. Так, в большинстве кинотеатров используются пассивные поляризационные 3D очки. А основное различие между 3D кинотеатром и 3D телевизором – размер экрана. Дома изображение значительно меньше и занимает меньший угол поля зрения. Среди опрошенных производителей телевизоров только Panasonic рекомендует для наилучшего восприятия смотреть на экран с близкого расстояния, равного 3-х кратному размеру экрана по диагонали, получается несколько более 3 метров при 50 дюймовом экране. Однако, мы предполагаем, что расположение ближе определенно предпочтительнее при любой домашней 3D презентации и тем более игре. Маленькие экраны могут иметь другие присущие 3D проблемы, такие как сравнительно узкий угол обзора.
Основное преимущество домашнего телевизионного 3D над кинотеатральным полный контроль над происходящим. Дома вы можете выбрать удобное место перед экраном, а некоторые 3D совместимые телевизоры позволяют регулировать 3D эффект. Модели Samsung, например, позволяют настраивать «G-ось» или глубину 3D эффекта для более комфортного просмотра и компенсации разницы в расстоянии между глазами.
5. Все ли могут смотреть 3D?
Нет. В соотвествии с данными специалистов по изучению зрения, от 5% до 10% американцев страдают стерео слепотой. Они зачастую имеют хорошее ощущение реальной глубины пространства, но не могут воспринимать виртуальное 3D измерение. Некоторые зрители могут смотреть программы с 3D эффектом, но они и в очках видят картинку как обычную 2D. Другие могут испытывать головные боли, напряжение глаз и прочие проблемы.
6. Я слышал 3D вызывает головные боли. Это правда?
Большая часть смотрящих 3D программы не испытывает неприятных ощущений, после краткого (в несколько секунд) периода ориентации, когда снимают очки и зрение адаптируется к реальной обстановке. Но в некоторых случаях 3D может вызывать нарушение ориентации или головные боли в течение длительного времени. Зрительский комфорт во многом зависит от производителя 3D материала. Обилие 3D эффектов может быть утомительно, а резкое перемещение камеры может дезориентировать, смазать экранные объекты. Создатели детских 3D фильмов должны учитывать, что у детей глаза находятся ближе друг к другу (около 5 см), чем у взрослых.
7. Чтобы смотреть 3D телевизор каждому нужны очки?
Да. Чтобы смотреть телевизор в 3D формате для каждого члена семьи придется купить очки. Для тех, кто смотрит без очков, картинка на экране будет двоиться, искривляться, иметь другие искажения, что сделает просмотр невозможным. Сейчас нет технологии, позволяющей одновременно видеть на экране 2D и 3D картинку.
Те, кто носит обычные очки для коррекции зрения, также могут в полной мере наслаждаться эффектом объемности, для них разработаны 3D очки специальной конструкции, надеваемые поверх обычных. Правда, некоторые могут испытывать при этом определенный дискомфорт.
8. Действительно ли необходим новый телевизор?
Да. Ни один из производителей телевизоров (кроме Mitsubishi, но это особый случай) не заявил о возможности доработки их телевизоров для просмотра 3D фильмов и телепрограмм. Одна из причин заключается в том, что телевизор должен иметь возможность приема широкополосного видеосигнала (с кадровой частотой 120 Гц) для отображения 3D изображения. Старые телевизоры обычно принимают видеосигнал с относительно низкой частотной полосой (кадровая частота 60 Гц и ниже). Это утверждение может показаться странным, ведь многие старые LCD телевизоры имеют частоту обновления экранного изображения 120 Гц и 240 Гц, а плазменные и 600 Гц. Независимо от количества таких герц, старые телевизоры принимают входной сигнал лишь с частотой 60 Гц или меньше. Более высокая частота обновления экранной картинки результат внутреннего умножения исходной кадровой частоты входного сигнала.
Еще одна причина в том, что 3D требует особой обработки видеосигнала и дополнительного оборудования для управления очками посредством инфракрасных или Bluetooth сигналов.
В настоящее время нельзя переделать старый телевизор для работы в 3D режиме, но нельзя исключать появления в будущем подобных решений от сторонних производителей.
Исключение касается примерно 4 миллионов 3D совместимых проекционных телевизоров DLP типа выпущенных в последние годы Mitsubishi и Samsung. А Samsung продавал еще и две серии 3D Ready плазм – PNB450 (2009 год) и PNA450 (2008 год). Все эти телевизоры при наличии специального комплекта (3D kit) могут отображать получаемое от компьютера 3D видео. Mitsubishi недавно представила специальный конвертор (3DC-1000) позволяющий без компьютера отображать на многоих моделях телевизоров Mitsubishi 3D фильмы и 3D телепрограммы в объемном виде. Samsung же заявил, что не планирует производство подобного конвертора. Остается сравнить по качеству изображения старые 3D совместимые телевизоры и новые 3D модели.
9. Мне теперь нужны новые Blu-ray плеер, кабельная приставка, игровая консоль и аудио/видео ресивер?
Что касается Blu-ray плеера, можно сказать да, при одном исключении. Производители плееров не заявили о возможности апгрейда ранее выпущенных моделей для воспроизведения 3D дисков. Так что многим для просмотра фильмов с 3D дисков придется покупать новый 3D Blu-ray плеер. Исключение касается владельцев игровых приставок Sony PS3. Компания заявила, что выполнит два апгрейда программной прошивки PS3. Первая позволит играть в 3D игры, а вторая смотреть фильмы с 3D Blu-ray дисков. Первоначально были сомнения, будут ли возможности консоли соответствовать Full HD разрешению, но компания заявила, что будут, несмотря на тот факт, что PS3 не сертифицирована на соответствие интерфейсу HDMI 1.4 (вопрос 10). Когда мы попросили подтвердить слухи, что консоль будет работать только с телевизорами Sony, последовал ответ, что PS3 будет работать в 3D режиме с любыми 3D совместимыми телевизорами, независимо от марки.
 |
Телекомпания DirecTV заявила, что их 3D система с пониженным разрешением потребует лишь свободной замены прошивки для используемой сейчас HD телеприставки. Как поступят другие телевещательные компании пока не известно. Можно предположить, что некоторые последуют подобному подходу с возможностью перехода на 3D формат путем замены прошивки существующего телеприемника.
Если вы используете ресивер лишь для переключения между HDMI входами источников, и хотите смотреть 3D Blu-ray фильмы, можете, не меняя ресивера, выбрать 3D Blu-ray плеер с двумя HDMI выходами, такой как Panasonic DMP-BDT350 или отказаться от звука в высоком разрешении (Dolby True HD или DTS Master Audio), которое требует HDMI соединения с ресивером. Если же хотите оставить ресивер, как переключатель HDMI источников (даже если он всего один), придется покупать 3D ресивер или подобную систему домашнего театра. Уже многие производители ресиверов представили модели с поддержкой 3D.
10. Могу ли я использовать старые HDMI кабели?
В настоящее время можете. Мы слышали противоречивые сообщения от производителей, но последняя верная информация указывает, что большинство недорогих HDMI кабелей будет прекрасно работать и в новом 3D формате. Стоит лишь учесть, что при длине кабелей более трех футов могут быть проблемы. Мы можем подтвердить, что тестировали новые 3D телевизоры и 3D Blu-ray плееры, и можем рекомендовать использовать временно ваши старые кабели, не тратясь на новые «высокоскоростные» сертифицированные на соответствие HDMI 1.4.
Есть также некоторая путаница в связи с сертификацией в новейшем стандарте HDMI, известном как HDMI 1.4 и HDMI 1.4а, кабелей, телевизоров и прочей видео техники для корректной обработки 3D. Если сказать кратко, HDMI спецификация – грязный бизнес. Согласно компетентных источников, включая Sony, мы говорим «нет». Понятие сертификации на HDMI 1.4 не означает что определенные (широкие) возможности новой спецификации обязательно включены и используются в вашем оборудовании. Наш совет, игнорировать HDMI версию отдельного продукта, а обращать больше внимания на заявляемые производителем действительные возможности продукта, такие как возможность обрабатывать 3D.
Невозможно представить какую-либо значимую сферу производства, в которой на этапе конструирования не применяют объемную графику. Разработка любого объекта становится доступнее при трехмерном представлении каждого элемента, значимой детали. На каждом этапе создания продукта, будь это несложный механизм или ракетный двигатель, ориентируются на многогранный макет. Он представляет собой многовекторный чертеж, имеющий не только номинальную высоту, длину и ширину, но и визуальное воплощение. В этой статье мы расскажем, как появилась первая компьютерная реалистичная фигура, в каких сферах технология нашла свое применение и какие программы используют проектировщики.
Мы часто слышим это сочетание – 3D. Оно является сокращением английского 3-dimensional, что дословно переводится как «три размера». К этой фразе прибавляют дополнительные слова: звук, изображение, шутер, шоу, принтер и так далее – вариантов масса. Но остается основной смысл: при употреблении этого метода происходит переход из схематического, однолинейного пространства в более реалистичное. Эта способность «одухотворять» неживое ставится в основу многих начинаний. Но визуализация нашла свое начало и получила наибольшую востребованность именно в конструировании объемного образа.
Оно широко применяется в следующих отраслях:
- индустрия развлечений;
- медицина;
- промышленность.
Расскажем о каждой группе подробнее.
Кинематограф, компьютерные игры и анимация: заслуги 3D моделирования
Все виртуальные пространства и несуществующие герои созданы с помощью особой техники использования полигонов. Так называются обыкновенные геометрические фигуры с тремя или четырьмя гранями, которые соединяются под разными углами в один объект. Чтобы он пришел в движение, необходимо менять параметры у составляющих – вытягивать, перемещать, вращать. Так как все они связаны, то действие похоже на натяжение паутины – остальные сегменты деформируются в соответствии с первым.
Чем меньше площадь каждого отдельного куска, тем больше их общее количество, а значит, выше точность изображения. В таких случаях принято говорить о качестве графики – в некоторых играх можно ее делать выше и ниже. Это актуально в тех случаях, когда мощность компьютера не позволяет быстро отображать все фрагменты. Нельзя сказать, что небольшое количество полигонов – модели low poly, хуже чем High poly, когда деталей во много раз больше. Для части анимации достаточно общего вида героя, если он второстепенный или один из многих. Главного персонажа, как правило, рисуют более подробно. Сверху графических фигур накладываются текстуры, которые завершают образ.
Первым САПРом для профессионального и любительского пользования стал AutoCAD. Со временем стали появляться его качественные аналоги и второсортные подделки. Сводный список софтов мы приведем ниже, сейчас ограничимся указанием на очень удобную для 3D моделирования программу – ZWCAD Professional.
Она не уступает «Автокаду» в функционале, но существенно отличается по стоимости, которая у популярного бренда выше. Это разработка компании ZWSOFT, которая поддерживает свои позиции на рынке ПО с 1993 года и реализует свои продукты более чем в 80 странах мира. В 2017 году появилась новая усовершенствованная версия «ЗВкада». Основное направление разработки – это трехмерное конструирование. Которое, кстати, применяется не только в индустрии развлечения, но и здравоохранении.
Визуализация в медицине
Она развивается в двух основных направлениях:
точечная или комплексная томография;
конструирование и создание протезов.
Современные 3D-сканирования позволяют обнаружить дефекты органов и тканей, которые скрыты при простом рентгене или УЗИ. Появление таких технологий сделало возможным определение заболевания в тех ситуациях, когда ранее проводились диагностические операции. Широкое распространение они приобрели в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Для удобства обращения с новшеством больницы не ограничиваются компьютерными макетами, а приобретают принтеры для объемной печати.
Воплощенный в жизнь результат томографии может стать основой для создания импланта, например, зуба, который будет идеально подходить по размерам пациенту. В более сложном варианте технология помогает смоделировать протез конечности, слуховой аппарат, вены, нервы и даже искусственный сердечный клапан. Активно развивается биопечать – в ней вместо красок используются живые человеческие клетки. Но первый этап конструирования остается за компьютерными 3D программами. Здесь, как и при построении мультипликационных героев, используется полигональное моделирование. Искривление пластин показывает дефекты тканей. Воздействие на фрагменты позволит создать объемную фигуру идеального импланта, а вращение и передвижение частей покажет, как будет двигаться протезированная рука.
Главными пользователями являются инженеры, электрики, строители, работники дорожных служб – специалисты технической направленности. Их инструмент – это твердотельные или полые конструкции, обладающие математически точными параметрами, расчетными данными и реальной направленностью на работу. Поэтому, особенно важным для этой категории пользователей является не внешний вид модели, а возможность применения формул, работы с ними, срезовые чертежи, графика, а также проверка всего механизма на любом этапе разработки. Таким образом, цель проектировщика – это не только визуализация объекта, но, в большей степени, измеримая и рабочая информация о нем.
Работа в CAD (русскоязычная аббревиатура – САПР) предполагает профильное образование. Она будет эффективна, когда специалист не только видит образ, но знает материал, с которым ведется макет, особенности использования изделия и многие другие нюансы. Поэтому программы разряда ZWCAD с широким спектром действий и большим количеством инструментов, компании заказывают комплектами, чтобы обеспечить ПО весь отдел. Их же устанавливают на компьютеры студентов технических и архитектурных ВУЗов, чтобы будущие специалисты сразу конструировали в удобной и многофункциональной среде. Ориентируясь не только на индивидуального покупателя, но и на массовые поставки, ZWSOFT разработал гибкую политику лицензирования и существенно снизил цены на серийные закупки.
При работе в Системах Автоматизированного Проектирования инженер получает электронно-геометрическую модель. Что это такое в объемном 3D моделировании поможет понять список действий, который с ней можно совершить:
Выполнить чертежи любого среза, в любом изображении под выбранным углом. Таким образом необходим один макет вместо массы разрозненных графиков. Поэтому с одним файлом, используя разные слои, могут одновременно работать разные специалисты, и даже разные отделы.
Подогнать параметры всего изделия, изменив ввод одной данной величины.
Производить расчеты любого показателя или коэффициента. Как в статичном положении, так и в прогнозируемом движении.
Написать пакет для компьютерного управления станком или другим техническим оборудованием (ЧПУ).
Использовать 3D-принтер и воссоздать объемную модель для презентации или показательного конструирования.Что такое план 3-д моделирования
Каждая работа не обходится без алгоритма действий. Часто последовательность условна, особенно в творческих профессиях, однако даже там конструирование объекта происходит по следующим этапам:
4. Анимация, если она необходима. Если это статичный объект, то возможно показать, как он приходит во взаимодействие со сторонними элементами. На этом этапе дополнительно можно рассчитать трение, КПД и другие коэффициенты.
5. Устранение мелких недостатков и визуализация – вывод итогового объекта.
6. Дополнительным этапом может быть распечатка на 3Д-принтере.
История объемного моделирования развивается на наших глазах. Это технология будущего. Работать в формате 3D сейчас удобно, интересно и востребовано. Главное, выбрать подходящую программу для наиболее эффективного проектирования.
- Recovery Mode
Все мы слышали о 3D графике (далее просто 3D, не путать со способом отображения - голограммами, 3D-мониторами и т.п.), многие прекрасно знают, что такое 3D и с чем его едят. Но, все же, есть и те, кто смутно себе представляет, что кроется под этой короткой аббревиатурой. Статья рассчитана на тех, кто не имеет представления о компьютерной графике. Также будет немного экскурса в историю компьютерной графики (в следующих планируемых частях).
Почему именно 3D? Как нетрудно догадаться, речь идет о 3 Dimension, или о трех измерениях. И не обязательно при этом, чтобы и отображение было в 3D. Речь идет о способе построения картинки.
Часть 1. Собственно, моделирование
Традиционно рисуют в 2D (по осям X и Y) - на бумаге, холсте, дереве и т.п. При этом отображают какую-то одну из сторон предмета. Картинка сама по себе плоская. Но если мы хотим получить представление обо всех сторонах предмета, то необходимо нарисовать несколько рисунков. Так поступают в традиционной рисованной анимации. Но, вместе с тем, существует, (кстати, в СССР была довольно хорошо развита) т.н. кукольная анимация. Один раз изготовленную куклу снимают в необходимых позах и ракурсах, получая серию «плоских картинок». 3D (к X и Y добавляется координата глубины Z) визуализация - это те же «куклы», только существующие в цифровом виде. Другими словами, в специальных программах (Blender, 3ds Max, Maya, Cinema 4D и т.п.) создается объемное изображение, например авто.
Преимущество данного метода в том, что в распоряжении, скажем, аниматора есть объемная модель, необходимо лишь поместить ее должным образом в кадр, анимировать (задать траекторию передвижения или рассчитать с помощью симулятора) при необходимости, а уж отображение авто в финальной картинке ложится на специальную программу называемую визуализатором (render). Еще одно преимущество в том, что модель достаточно нарисовать один раз, а потом использовать в других проектах (скопировав), изменять, деформировать и т.п. по своему усмотрению. Для обычного 2D рисунка, в общем случае, такое невозможно. Третье преимущество - можно создавать практически бесконечно детализированные модели, например смоделировать даже винтики на часах и т.п. На общем плане этот винтик может быть и неразличим, но стоит нам приблизить камеру, программа-визуализатор сама рассчитает, что видно в кадре, а что - нет.
Существует несколько способов моделирования, но самым популярным является полигональное моделирование. Нередко можно увидеть в роликах о 3D или фантастических фильмах как тот или иной объект представляется в виде т.н. сетки. (см. рисунок выше) Это и есть пример полигонального моделирования. Суть его в том, что поверхности представляются в виде простых геометрических двумерных примитивов. В компьютерных играх это треугольники, для других целей обычно используют четырехугольники и фигуры с большим кол-вом углов. Эти примитивы, из которых состоит модель, называют полигонами . Но при создании 3D объекта стараются обойтись, как правило, четырехугольниками. При необходимости четырехугольники (полигоны) без проблем превращаются в треугольники при экспорте в игровой движок, а при необходимости сглаживания или тесселяции модель из четырехугольников получается, как правило, без артефактов.
Что такое тесселяция? Если какой-то объект представляется в виде полигонов (особенно органические объекты, например человек), то понятно, что чем меньше размер полигонов, чем их больше, тем более близкой может быть модель к оригиналу. На этом основан метод тесселяции: сначала изготавливают грубую болванку из небольшого кол-ва полигонов, затем применяют операцию тесселяции, при этом каждый полигон делится на 4 части. Так вот, если полигон четырехугольный (а еще лучше, близок к квадрату) то алгоритмы тесселяции дают более качественный и предсказуемый результат. Также операция сглаживания, а это та же тесселяция, только с изменением углов на более тупые, при близких к квадрату полигонах, позволяет получить хороший результат.
Как было сказано выше, чем больше полигонов, тем более модель может (может, потому, что модель должна быть еще похожа на оригинал, а это вопрос мастерства моделера, а не полигонов) походить на оригинал. Но у большого кол-ва полигонов есть обратная сторона: понижение производительности. Чем больше полигонов, тем больше точек по которым они строятся, тем больше данных приходится обрабатывать процессору. Поэтому 3D графика - это всегда компромисс между детализацией модели и производительностью. В связи с этим даже возникли термины: hight poly и low poly, соответственно высоко полигональная модель и низко полигональная модель. В играх применяются низко полигональные модели, так как в них выполняется визуализация в реальном времени. Кстати, модели в играх представлены треугольниками для повышения производительности: графические процессоры умеют на аппаратном уровне быстро обрабатывать сотни миллионов треугольников за секунду.
Как правило, полигональное моделирование относится к пустотелому моделированию, где объект имеет только объем, но внутри пустой. Это означает, что если мы смоделируем куб, а потом удалим одну из стенок, то увидим внутри пустоту. Также имеются программы для твердотельного моделирования, где тот же самый куб представлен в виде монолитного объекта. В таких программах (к примеру, Autodesk Inventor) применяются математические модели отличные от тех, что в полигональном моделировании. Алгоритмы твердотельного моделирования лучше подходят для моделирования механизмов при разработке техники. Программы вроде Autodesk Inventor имеют средства для моделирования с учетом особенностей технологического процесса, как то фаски, сверление отверстий, проставление размеров, допусков и т.п. Получаемые модели можно сразу отправить на подходящий станок для получения изделия в металле или другом материале.
Также существуют так называемые программы 3D лепки (ZBrush, Autodesk Mudbox) в которых моделирование сводится (грубо говоря) к созданию углублений или выпуклостей. Такая техника похожа на то, как скульпторы лепят из глины - убирая ненужное и добавляя необходимое. С помощью таких программ можно добиться реалистичного рельефа поверхности, например морщин на коже или складок ткани. В настоящее время высокополигональные (а для лепки модель должна обладать солидным кол-вом полигонов) реалистичные модели людей и вообще животного мира выполняются, в большинстве своем, с применение программы лепки. Распространена практика когда заготовка модели создается с помощью полигонального моделирования, а затем в программе лепки тесселируется и добавляются мелкие детали.
Но вот у нас есть готовая модель, скажем, танка. Но на танк, собственно, она не совсем похожа. В чем же тут дело? На данном этапе у нас всего лишь математическая модель содержащая данные только о геометрической форме. Но у реального объекта кроме формы есть еще и цвет, плотность, отражающая способность, и, возможно, запах. Последнее пока в 3D графике не применяется, а вот все остальное можно смоделировать. Придание модели нужного цвета и блеска называют текстурированием, от слова текстура.
В общем случае текстура - это двумерный рисунок который накладывается на 3D модель. Текстура может быть как процедурной - сгенерированной при помощи алгоритма, так и нарисованная в графическом редакторе, или фотографией реального объекта. С помощью текстуры задается рисунок и цвет модели, но реальная поверхность обладает и другими параметрами: отражающей способностью, преломлением, рельефом, позрачностью и т.п. Все эти параметры задаются в свойствах материала. Т.е. материал с точки зрения 3D графики - это некая математическая модель описывающая параметры поверхности. Например, для воды обязательно необходимо указать прозрачность и преломляющую, отражающую способности.
Перед «нанесением» материала на 3D модель необходимо создать ее развертку, т.е. представить все (несколько, одну) поверхности в виде проекции на плоскость. Это необходимо для того, чтобы затем двумерная текстура правильно «лягла» на модель.
Таким образом изготовление 3D модели в общем случае состоит из следующих стадий:
1. Получение изображений референса (т.е. того, с чего будет моделироваться) или самого референса. Или отрисовка экскиза.
2. Моделирование геометрии на основе референса.
3. Создание развертки.
4. Отрисовка текстур или получение их другим способом в виде файлов.
5. Настройка параметров материала (текстуры, преломление, отражение, прозрачность).
Теперь 3D модель готова для визуализации - получении картинки.
Первый и четвертый пункт могут быть быть опущены если модель простая, но, как правило, хороших результатов без всех 5 шагов не добиться.
Подытожим.
Между обычным рисунком, скажем, на бумаге, и построением 3D изображения есть существенные различия в самом процессе. Двумерный рисунок, как правило, создается в два этапа: эскиз и раскрашивание. В 3D графике после изготовления модели ее необходимо поместить в сцену к другим объектам (или в так называемую студию), добавить освещение, камеру и лишь затем можно надеяться получить финальную картинку. Изображение в 3Dграфике просчитывается на основе физической модели, как правило, это модель распространения луча света с учетом отражения, преломления, рассеивания и т.п. Рисуя красками мы сами отрисовываем тени, блики и т.д., а в трехмерной графике мы подготавливаем сцену с учетом освещения, материалов, геометрии, свойств камеры, программа рассчитывает итоговую картинку сама.
Вот, на сегодня пока и все. Комментарии, а особенно вопросы и замечания по существу приветствуются.
P.S. В следующих частях (если Хабрабществу будет интересно) мы более подробно поговорим о трехмерном моделировании для игр, будет затронута визуализация, моделирование динамических сред, таких как вода, разрушение объекта и затронем динамическое взаимодействие между 3D объектами, историю 3D графики.
