Програми для роботи з 3D-графікою

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ДЕРЖАВНОЇ ПРИКОРДОННОЇ СЛУЖБИ УКРАЇНИ ІМЕНІ БОГДАНА ХМЕЛЬНИЦЬКОГО

                            КАФЕДРА ЗВ’ЯЗКУ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ

 

 

 

                Реферат на тему:

«Програми для роботи   з 3D-графікою»

                                                   

 

 

 

 

 

Виконала:

                                                                                     студентка 423 н.г.

                                                                                     Саврій К.В

                                                          Перевірив: Воротняк М.Г.

                           

 

 

                                      Хмельницький - 2012 р.

                                                ПЛАН

 

1. Вступ………………………………………………………………………….3

2. Визначення поняття 3D-графіка…………………………………………....5

3. Застосування 3D-графіки……………………………………………………6

4. Редактори 3D-графіки……………………………………………………….9

5. Недоліки 3D-графіки………………………………………………………..10

6. Висновок……………………………………………………………………..12

7. Список використаної  літератури…………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        ВСТУП

Комп’ютерна графіка з’явилась достатньо давно  вже у 1960-х роках існували повноцінні програми роботи з графікою. Сьогодні прийнято користуватися термінами «комп’ютерна графіка» і «комп’ютерна анімація». Поняття «комп’ютерна графіка» об’єднує всі види робот зі статичними зображеннями, «комп’ютерна анімація» має справи з зображеннями, які динамічно змінюються.

У теперішній час, завдяки  грандіозному розвитку комп’ютерної техніки, деякі сторони нашого життя неможливо уявити собі без застосування комп’ютерних технологій, у тому числі без комп’ютерної графіки. Це, насамперед:

• усі види поліграфічних процесів;
• майже вся рекламна індустрія;
• телебачення;
• моделювання нових видів одягу;
• проектно-конструкторські розробки й т. д.

На базі засобів комп’ютерної графіки та інших прогресивних технологій в останній час з’явилися зовсім нові, не схожі ні на що раніш відоме, напрямки виробництва, професії, навіть середовища та взаємостосунки. Звичними зараз звучать для більшості з нас поняття: «віртуальна реальність», «зона Інтернет», «телеконференція», «аудіо та відео у реальному часі» та інші. Все це є невід’ємною частиною так званої «комп’ютерної революції», яку всі ми зараз відчуваємо на собі.

Наслідками всесторонньо вторгнення комп’ютеризації у майже всі сфери діяльності людини є й поява нових типів мистецтва. До таких можна віднести комп’ютерну музику та анімацію. Остання з’явилася саме завдяки розвитку одного з видів комп’ютерної графіки, а саме  тривимірної (3D) графіки та анімації. Цей тип графіки, а точніше, клас редакторів 3D набув за останні 1-2 роки достатньо широкого розповсюдження не тільки у колах спеціалістів, які користуються спеціалізованими дуже міцними графічними станціями, а й у колах користувачів середнього класу, у т. ч. й користувачів домашніх комп’ютерів. Цьому, перш за все, сприяє розвиток спрямованих на працю з 3D графікою не тільки програмних продуктів, а й поява апаратних засобів, також спрямованих на підтримку та прискорення різноманітних 3D процесів. До цих засобів слід віднести такі, як:

        3D акселератори, які входять до складу майже  всіх сучасних відеоадаптерів;

        процесори  з підтримкою ММХ команд;

        спеціалізовані  процесори типу RISC, Silicon Graphics;

        процесори  з підтримкою нової технології 3D NOW та ін.

Своєрідним синтезом майже  усіх типів комп’ютерної графіки став й такий тип графіки, як «Web-дизайн», який прийшов до нас разом із втіленням у повсякденне життя все більшої й більшої спільноти Інтернету. Тут присутні й елементи, які досі використовувались лише при верстці друкованих видань, і фрагменти анімації та відео, й моменти моделювання різних об’єктів.

Далі буде більш детально розглянуто різні типи комп’ютерної графіки, їх характерні риси й можливості, а також розписані особливості та призначення деяких з величезної кількості сучасних графічних редакторів, які є найбільш популярними серед спеціалістів у галузях, пов’язаних з комп’ютерною графікою.

 

 

 

 

 

 

                               2. Визначення поняття 3D-графіка

Тривимірна графіка призначена для імітації фотографування або  відео зйомки тривимірних образів  об'єктів, які можуть бути попередньо підготовлені у пам'яті комп'ютера.

При використанні засобів  тривимірної графіки синтез зображень  виконується за алгоритмом, що містить:

• попередня підготовка;
• створення геометричної моделі сцени;
• налаштування освітлення та знімальних камер;
• підготовка та призначення матеріалів;
• візуалізація сцени.

Перші чотири пункти є підготовчими, а останній власне формує зображення. Попередня підготовка. На цьому етапі складається вміст сцени. Треба передбачити всі об'єкти та їх деталі, тому бажано мати намальований ескіз.

Створення геометричної моделі сцени. Будуються тривимірні геометричні  моделі об'єктів, що мають ширину, довжину  та висоту. Об'єкти розташовуються у  тривимірному просторі, причому їх можна вкладати у середину інших  об'єктів. Набір інструментів по створенню  геометричних моделей називається  геометричним конструктором сцен. Після  створення геометричної моделі, сцену  можна розглядати з любого ракурсу.

Робота над композицією: світло та камери. Відбувається налаштування моделей джерел освітлення та розставляння знімальних камер. Правильний підбір джерел освітлення дозволяє виконати імітацію фотографування сцени в будь-яких умовах освітлення. Освітлення всіх об'єктів, їхні тіні та відблиски світла розраховуються програмою автоматично. Моделі знімальних камер надають можливості розглядати тривимірну сцену та виконувати її зйомку під будь-яким кутом зору.

Підготовка та призначення  матеріалів. Виконується робота, що забезпечує візуальну правдивість  сцени та наближує якість зображення до реальної фотографії. В наш час  є великі можливості по створенню  нових матеріалів або вибору готових  матеріалів із бібліотек, що розповсюджуються на CD дисках або Internet.

Працюючи з матеріалами, можна налаштовувати їх властивості, зокрема, силу відблискування, прозорість, самовипромінювання, дзеркальність, рельєфність. У склад матеріалів можна вміщувати  фотографії реальних об'єктів навколишнього  світу. Окрім того, фотографії можна  використовувати у якості фону сцени.

Візуалізація сцени, тобто  формування сцени, яке займає досить довгий час, що залежить від складності сцени та швидкодії комп'ютера.

На етапі візуалізації програма розраховує та наносить на зображення всі тіні, бліки, взаємне відбивання об'єктів. Для підвищення достовірності  зображення можна створити імітацію природних явищ (димка, туман, полум'я).

Вигаданий світ, створений  таким чином, називається віртуальним, тобто потенційно можливим. На питання, чи не простіше сфотографувати реальну  сцену, можна відповісти, що є випадки, коли використання тривимірної графіки  є єдиним можливим засобом рішення.

 

                                      3. Застосування 3D-графіки.

Комп’ютерне проектування

Ви хочете уявити, як буде виглядати на стінах Вашої кімнати  ті чи інші шпалери при денному  освітленні та увечері, коли увімкнута  люстра чи при іншому джерелі світла? А може, Ви хочете уявити, як буде виглядати Ваша квартира або офіс після розстановки нових меблів? 3D графіка допоможе Вам порівняно швидко та без зайвих витрат вирішувати такі завдання, що відносяться до області проектування інтер’єрів.

3D графіка допоможе у випадках, коли потребується вбудувати  уявлювану сцену у зображення  реального світу. Така ситуація  типова для задач архітектурного  проектування. Одна справа – роздивлятися  креслення майбутньої будівлі  на папері ватмана (це задача  для спеціалістів), та зовсім інше  – бачити тривимірний образ  цієї будівлі на фоні реальної  місцевості з урахуванням денного  освітлення або електричного  освітлення та тіней. У даному  разі 3D графіка позбавляє необхідності  створення макета та забезпечує  можливості синтезу зображення  сцени для будь-яких погодних  умов та під будь-яким кутом  зору.

Можна уявити й іншу ситуацію: не уявний об’єкт вбудовується в реальний фон, а навпаки, зображення реального  об’єкта вбудовується в тривимірну сцену як її складова частина. Такий  спосіб застосування 3D графіки потрібен, наприклад, для створення віртуальних  виставочних центрів або галерей, на стінах яких розміщені реальні  картини. “Йдучи” по таким залам, Ви зможете наблизитися до кожної картини та роздивитися її.

До області автоматизованого проектування (Computer Aided Design – CAD) відносяться  також застосування 3D графіки в  цілях синтезу зовнішнього вигляду  складних деталей, що виготовляються методом  штампування, візуального втілення проектованих автомобілів, літаків тощо. Створення тривимірних образів деталей та конструкцій – хоч і нелегка в цілому, все ж менш трудомістка задача, ніж виготовлення повно розмірних макетів таких об’єктів.

 
Комп’ютерні ігри

Звичайно, комп’ютерні ігри – одна з найбільш широких областей застосування 3D графіки. Якщо Ви витратили  багато сил на створення віртуального світу, то чому б не заселити його віртуальними тривимірними персонажами? По мірі вдосконалення програмних засобів моделювання тривимірної графіки, збільшення ресурсів пам’яті комп’ютерні віртуальні тривимірні світи, в яких діють персонажі комп’ютерних ігор, стають все більш складними та схожими на реальну дійсність.

Комбінована зйомка

Тривимірна графіка допомагає  й там, де виконання реальної фотозйомки неможливо або потребує значних  матеріальних витрат, а також дозволяє синтезувати зображення подій, які  не зустрічаються у повсякденному  житті.

Наприклад, з допомогою 3D графіки можна “зазирнути” у  працюючий двигун автомобіля, відтворити науково-фантастичний сюжет з далекого минулого Землі або її майбутнього, а можна зобразити зовсім неіснуючі  світи.

Віртуальні об’єкти не мають таких фізичних характеристик, як вага або жорсткість, тому засобами 3D графіки легко змусити слона  літати.

Комп’ютерна мультиплікація

Головні аргументи на користь 3D графіки з’являються тоді, коли мова заходить не за синтез окремого фото реалістичного зображення тривимірної сцени, а за створення комп’ютерної мультиплікації.

Ті, хто хоча б трохи  знайомий з технологією створення  мультиплікаційного, або, як його ще називають, анімаційного кіно, знають, яких зусиль коштує елементарний рух на екрані. Кожний елементарний рух розбивається на цілий ряд проміжних стадій, які зображуються у вигляді окремих кадрів. Далі ці кадри знімаються на кіно- або відеоплівку та відтворюється на екрані один за одним, створюючи ілюзію руху. При типовій швидкості відтворення 30 кадрів на секунду для мультика, що іде протягом 10 секунд, потрібно намалювати 300 кадрів!

Програми для роботи з 3D графікою дозволяють значно спростити  роботу над подібними мультиплікаційними відео фрагментами за рахунок використання методів анімації тривимірних сцен.

Областями для використання 3D графіки для створення комп’ютерної мультиплікації є телевізійна реклама, кінозйомка з включенням анімаційних  ефектів (прикладами можуть слугувати  фільми “Володар кілець”, “Парк юрського періоду” тощо), підготовка відеороликів, створення відео тренажерів для навчання пілотів або водіїв тощо.

 

                                        4. Редактори 3D-графіки.

3D Studio Max (виробник Discreet). Мабуть найвідоміший та потужніший з усіх 3D-редакторів. Дозволяє опрацьовувати як статичні зображення так і тривимірну анімацію. Окрім власних засобів моделювання, має інтерфейс для підключення додаткових модулів (від сторонніх фірм). Отже можливості програми легко розширюються. Має величезний вибір інструментів.

Maya. Продукт нового покоління систем комп’ютерної графіки для створення візуальних ефектів та реалістичної 3D-анімації цифрових персонажів. Має потужні інструменти для створення ефектів для кіно- та відеопродукції, рекламних роликів, комп’ютерних та відеоігор тощо.

Google SketchUp — програма для 3D-моделювання, дуже проста у використанні, тому за допомогою неї можна створювати трьохвимірні моделі, які до цього ніколи не працювали з 3D-графікою. Програма містить набори простих фігур (як прямокутники, лінії тощо). Ці фігури легко перетворюються у трьохвимірні моделі різних форм. Використовуючи велику бібліотеку компонентів, можна за кілька хвилин накладати на моделі текстури, змінювати колір, додавати тіні. Най­ частіше програма використовується для Google Earth. Готові зображення можна зберегти у форматі Google Earth або у вигляді графічного файлу.

Blender — досить оригінальна програма, з дещо складним інтерфейсом, що є певною перешкодою для початківців. Але, пристосувавшись до роботи у Blender, користувач розуміє його переваги та неохоче переходить на інші пакети. 

LightWave 3D (виробник NewTek). Потужний пакет тривимірного моделювання та анімації. Має величезний вибір інструментів.

 

                                           5. Недоліки 3D- графіки

*  підвищені вимоги до апаратної частини комп’ютера, в тому числі до об’єму оперативної пам’яті, наявності вільного місця на жорсткому дискові та швидкодії процесора;

* необхідність великої підготовчої роботи зі створення моделей усіх об’єктів сцени, котрі можуть попасти у поле зору знімальної камери, та присвоєння їм матеріалів. Але ця робота звичайно окупається отриманим результатом;

* менша, ніж при використанні двовимірної графіки, свобода у формуванні зображення. Мається на увазі, що малюючи картину пензлем на папері або засобами двовимірної графіки на екрані, Ви маєте можливість цілком вільно змінювати будь-які пропорції об’єктів, порушувати правила перспективи тощо, якщо це необхідно для втілення ідеї. У 3D графіці це також можливо, але потребує додаткових зусиль;

* необхідність контролю над взаємним розміщенням об’єктів у складі сцен, особливо при виконанні анімації;

* необхідність прийняття додаткових заходів, що звичайно застосовується на етапі вторинної обробки синтезованих зображень, щоб надати їй реалістичнішого вигляду. Результати візуалізації сцен засобами тривимірної графіки виглядає занадто ідеально правильними, а тому недостатньо реалістичними. У зв’язку з цим до складу програм тривимірної графіки входить цілий ряд фільтрів, що дозволяють імітувати такі ефекти, як кінцева глибина різкості зображення, імітація ефекту фотоплівки тощо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 ВИСНОВОК

В наш час все більшого розвитку набувають інформаційні технології, які в свою чергу реалізуються за допомогою комп’ютера. З цієї причини стрімкий розвиток комп’ютерної графіки неминучий. Спочатку з’явилася  векторна графіка, яка описує зображення за допомогою кривих, але вона виглядає неприродно, оскільки має чіткі лінії, різкі переходи. Потім з’явилася  растрова графіка, яка визначає зображення як набір пікселів. Зображення в растрі виглядаюсь вже більш реалістично, з її допомогою починають зображати та обробляти фотографії. Але зараз популярності набуває тривимірна графіка, яка розглядає об’єкти в тривимірній площині, що є більш природнім для ока людини. Ці об’єкти проектуються, моделюються та візуалізуються за допомогою спеціалізованих програм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ:

 

1. Вельтмандер П.В., Машиная графіка. (учбовий посібник) Новосибірск, Новосибірський державний технічний університет, 1997.

2. Іванов Д.В., Карпов О.С., Кузьмін Є.П., Лемпицький В.С., Хропов О.О, Алгоритмічні основи растрової машинної графіки БИНОМ. Лабораторія знання, Інтернет-університет інформаційних технологій - ИНТУИТ.ру, 2007

3. Роджерс Д., Алгоритмічні основи растрової машинної графіки М.: Мир, 1989

4. Шикін Є.В., Боресков О.В., Комп’ютерна графіка. Динаміка, реалістичне зображення. М.: ДІАЛОГ-МІФІ, 1995.