Фрактальна графіка
Фрактальна графіка, як і векторна, заснована на математичних обчисленнях. Однак, базовим елементом є математична формула, ніяких об'єктів у пам'яті комп'ютера не зберігається і зображення будується виключно по рівняннях. Фрактальна графіка міститься у пакетах для наукової візуалізації для побудови, як найпростіших структур так і складних ілюстрацій, що імітують природні процеси та тривимірні об'єкти.
Серед програмних засобів можна виділити продукти фірми Golden SoftWare:
Surfer - створення тривимірних поверхонь;
Grapher - створення двовимірних графіків;
Map Viewer - побудова кольорових карт.
Surfer дозволяє обробити та візуалізувати двовимірні набори даних, що описані функцією z=f (x,y). Можна побудувати цифрову модель поверхні, застосувати допоміжні операції і візуалізувати результат.
Grapher призначений для обробки та виводу графіків, що описані функціями y=f(x). Не має обмежень по числу графіків на одному рисунку або числу кривих в одному графіку і дозволяє розмістити декілька осей з різними масштабами та одиницями виміру.
Map Viewer дозволяє вводити та корегувати карти - змінювати масштаб, перетворювати координати, обробляти й виводити у графічному вигляді числову інформацію, пов'язану з картами.
Пакет Iris Explorer (фірма Graphics) призначена для створення моделей погодних умов та океану.
Пакет Earth Watch (фірма Earth Watch) призначений для моделювання та демонстрації тривимірного зображення метеоумов над Землею, будувати топологічні поверхні по космічних знімках і прогнозувати погоду на тиждень вперед.
Модуль Chart у стандартному пакеті MS Office дозволяє легко й наочно створити графіки на основі даних, що знаходяться у таблиці. Користувач може перетворити графіки у любу з 5 основних форм графіків:
гістограма;
лінії;
площі;
в полярних координатах;
поверхні.
Також, при зміні даних у таблиці, змінюється відповідне значення у графіку.
Переваги фрактальної графіки:
Простота модифікації зображень;
Можливість деталізації зображень.
Недоліки фрактальної графіки:
Абстрактність зображень
Необхідність використання досить складних математичних понять і формул
-
Тривимірна графіка
Тривимірна графіка призначена для імітації фотографування або відеозйомки тривимірних образів об'єктів, які можуть бути попередньо підготовані 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 зйомочних 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 зйомочних камер. Правильний підбір джерел освітлення дозволяє виконати імітацію фотографування сцени в любих умовах освітлення. Освітлення всіх об'єктів, їхні тіні та відблиски світла розраховуються програмою автоматично. Моделі зйомочних камер надають можливості розглядати тривимірну сцену та виконувати її зйомку під любим 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 Інтернеті.
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.
Області застосування тривимірної графіки Комп'ютерне проектування:
швидке вирішення задач проектування інтер'єрів;
вбудовування вигаданої сцени у зображення реального світу. Тривимірна графіка звільнює від необхідності створення макета і забезпечує гнучкі можливості синтезу зображення сцени для любої погоди і під любим кутом зору;
вбудовування зображення реального об'єкта у тривимірну сцену як складової (віртуальна галерея);
Автоматизоване проектування:
синтез зовнішнього вигляду складних деталей, що виготовляються методами штампування токарних та фрезерних операцій, візуальний вигляд автомобілів, літаків, пароплавів.
cтворення тривимірних образів деталей та конструкцій, хоча й є складною задачею, але простішою, ніж створення масштабних або повнорозмірних макетів.
Комп'ютерні ігри:
найпопулярніша ділянка використання тривимірної графіки. По мірі удосконалення програмних засобів моделювання, зросту продуктивності та збільшення ресурсів пам'яті комп'ютерів віртуальні світи стають більш складними й подібними до реальності.
Комбіновані зйомки:
тривимірну графіку застосовують там, де зробити реальні фотографії просто неможливо, або потребує великих витрат (внутрішність працюючого двигуна, науково-фантастичні сюжети, нереальні світи, відеомонтаж, реклама тощо). Практично застосовується у книжковій та журнальній графіці і є популяризацією науки, реклами, художньої творчості.
Комп'ютерна мультиплікація:
спрощує роботу розробників у сотні та тисячі разів.
Недоліки тривимірної графіки
підвищені вимоги до апаратної частини комп'ютера (об'єм оперативної пам'яті, наявність вільного місця на твердому диску, швидкодія комп'ютера);
велика підготовча робота по створенню моделей всіх об'єктів сцени та призначенню їм матеріалів;
обмежена свобода у формуванні зображення (потрібно враховувати об'єм об'єктів);
жорсткий контроль за взаємним розташуванням відносно базису (об'єкт може втілюватись у інший об'єкт); необхідність додаткових зусиль для надання синтезованому зображенню реалістичності.
часто результати візуалізації виглядають дуже правильно, чітко, що позбавляє сцену життєвості. У складі програм тривимірної графіки міститься набір фільтрів, що дозволяють імітувати глибину різкості зображень, зернистість віртуальної фотоплівки, змазування контуру при русі у момент зйомки.
Області використання тривимірної графіки
Тривимірна графіка настільки міцно увійшла до нашого життя, що ми стикаємося з нею, деколи навіть не помічаючи її. Роздивляючись інтер'єр кімнати на величезному рекламному щиті, янтарний блиск пива, що ллється, в рекламному ролику, спостерігаючи, як вибухає літак в гостросюжетному бойовику, багато хто не здогадується, що перед ними не реальні зйомки, а результат роботи майстра тривимірної графіки. Сфера застосування тривимірної графіки незвичайно широка: від реклами і кіноіндустрії до дизайну інтер'єру і виробництва комп'ютерних ігор.
При створенні реклами тривимірна графіка допомагає представити просувний товар в найбільш вигідному світлі, наприклад, з її допомогою можна створити ілюзію ідеально білих сорочок, кристально чистої мінеральної води, апетитно розломленого шоколадного батончика, добре пінистого миючого засобу і так далі В реальному житті рекламований об'єкт може мати які-небудь недоліки, які легко приховати, використовуючи в рекламі тривимірних «двійників». Ви напевно помічали, що після застосування миючого засобу посуд блищить набагато тьмяніше, ніж в рекламі, а волосся після використання шампуня не виглядає так красиво, як на екрані телевізора. Причина цього проста: дуже чистий посуд — всього лише прораховане комп'ютером зображення, такі тарілки в реальності не існують.
Використання комп'ютерних технологій при проектуванні і розробці дизайну інтер'єру допомагає побачити кінцевий варіант задовго до того, як обстановка буде відтворена.
Тривимірна графіка дозволяє створювати тривимірні макети різних об'єктів (крісел, диванів, стільців і т. д.), повторюючи їх геометричну форму і імітуючи матеріал, з якого вони створені. Щоб отримати повне уявлення про певний об'єкт, необхідно оглянути його з усіх боків, з різних крапок, при різному освітленні.
Тривимірна графіка дозволяє створити демонстраційний ролик, в якому буде відображена віртуальна прогулянка по поверхах майбутнього котеджу, що тільки почав будуватися.
Що ж до кіноіндустрії, то в цій галузі комп'ютерна графіка сьогодні незамінна. Важко повірити в те, що для одного з перших фільмів серії «Зоряні війни» сцену падаючого водопаду створювали за допомогою звичайної солі. Спеціально їхати, щоб знімати справжній водопад, було дуже дорого, тривимірної графіки тоді ще не було, тому творці картини вирішили «обдурити» глядача і зобразити водопад самостійно. Замість води вони сипали сіль на чорному фоні, а потім за допомогою відеомонтажа суміщали зняте відео реальних гір з «водопадом» з падаючої солі. Сьогодні для створення подібних сцен необов'язково замовляти кілограми солі. За допомогою редактора тривимірної графіки можна без зусиль змоделювати будь-який водопад, який глядач не відрізнить від сьогодення.
Основні поняття тривимірної графіки
Для створення тривимірної графіки використовуються спеціальні програми, які називаються редактори тривимірної графіки, або 3d-редактори. 3ds max 7 є одній з таких програм. Результатом роботи в будь-якому редакторові тривимірної графіки, у тому числі і в 3ds max 7, є анімаційний ролик або статичне зображення, прораховане програмою. Щоб отримати зображення тривимірного об'єкту, необхідно створити в програмі його об'ємну модель.
Модель об'єкту в 3ds max 7 відображається в чотирьох вікнах проекцій. Таке відображення тривимірної моделі використовується в багатьох редакторах тривимірної графіки і дає якнайповніше уявлення про геометрію об'єкту. Якщо ви бачили креслення деталей, то могли відмітити, що на кресленні об'єкт представлений зверху, збоку і зліва. Інтерфейс 3ds max 7 нагадує таке креслення. Проте на відміну від креслення на папері, вид об'єкту в кожному вікні проекцій можна змінювати і спостерігати: як виглядає об'єкт знизу, справа і так далі Окрім цього, можна обертати весь віртуальний простір у вікнах проекцій разом із створеними в нім об'єктами. Робота в 3ds max 7 нагадує комп'ютерну гру, в якій користувач пересувається між тривимірними об'єктами, змінює їх форму, повертає, наближає і так далі
Віртуальний простір, в якому працює користувач 3ds max 7, називається тривимірною сценою. Те, що ви бачите у вікнах проекцій — це відображення робочої сцени. Робота з тривимірною графікою дуже схожа на зйомку фільму, при цьому розробник виступає в ролі режисера. Йому доводиться розставляти декорації сцени (тобто створювати тривимірні моделі і вибирати положення для них), встановлювати освітлення, управляти рухом тривимірних тіл, вибирати точку, з якою проводитиметься зйомка фільму і так далі
Будь-які тривимірні об'єкти в програмі створюються на основі наявних простих примітивів — куба, сфери, тора і ін. Створення тривимірних об'єктів в програмі 3ds max 7 називається моделюванням. Для відображення простих і складних об'єктів 3ds max 7 використовує так звану полігональну сітку, яка складається з найдрібніших елементів — полігонів. Чим складніше геометрична форма об'єкту, тим більше в нім полігонів і тим більше часу вимагається комп'ютеру для прорахунку зображення. Якщо придивитися до полігональної сітки, то в місцях зіткнення полігонів можна відмітити гострі ребра. Тому ніж більше полігонів міститься в оболонці об'єкту, тим більше згладженій виглядає геометрія тіла. Сітку будь-якого об'єкту можна редагувати, переміщаючи, видаляючи і додаючи її грані, ребра і вершини. Такий спосіб створення тривимірних об'єктів називається моделюванням на рівні підоб'єктів.
У реальному житті всі предмети, що оточують нас, мають характерний малюнок поверхні і фактуру — шорсткість, прозорість, дзеркальність і ін. У вікнах проекцій 3ds max 7 видно лише оболонки об'єктів без урахування всіх цих властивостей. Тому зображення у вікні проекції далеко від реалістичного. Для кожного об'єкту в програмі можна створити свій матеріал — набір параметрів, які характеризують деякі фізичні властивості об'єкту.
Щоб отримати прораховане зображення в 3ds max 7, тривимірну сцену необхідно візуалізувати. При цьому будуть врахована освітленість і фізичні властивості об'єктів.
Створена у вікні проекції тривимірна сцена візуалізується або безпосередньо з вікна проекції, або через об'єктив віртуальної камери. Віртуальна камера є допоміжним об'єктом, що позначає в сцені крапку, з якої можна провести візуалізацію проекту. Для чого потрібна віртуальна камера? Візуалізуючи зображення через об'єктив віртуальної камери, можна змінювати положення точки зйомки. Подібного ефекту неможливо добитися, візуалізуючи сцену з вікна проекції. Окрім цього, віртуальна камера дозволяє використовувати в сценах специфічні ефекти, схожі на тих, які можна отримати за допомогою справжньої камери (наприклад, ефект глибини різкості).
Якість отриманого в результаті візуалізації зображення багато в чому залежить від освітлення сцени. Коли відбуваються зйомки справжнього фільму, прагнуть підібрати найбільш вдале положення освітлювальних приладів так, щоб головний об'єкт був рівномірно освітлений з усіх боків, і при цьому освітлення знімального майданчика виглядало природно.
Програма 3ds max 7 дозволяє встановлювати освітлення тривимірної сцени, використовуючи віртуальні джерела світла — направлені і всенаправлені. Джерела світла є такими ж допоміжними об'єктами, як віртуальні камери.
Їх можна анімувати, змінювати їх положення в просторі, управляти кольором і яскравістю світла. Ще одна важлива деталь, завдяки якій джерела світла додають сцені велику реалістичність, — відкидані об'єктами тіні.
Працювати з джерелами світла буває деколи дуже складно, оскільки не завжди вдається правильно освітити тривимірну сцену. Наприклад, дуже яскраві джерела світла створюють сильні і неправдоподібні відблиски на тривимірних об'єктах, а велика кількість тіней, направлених в різні боки, виглядають неприродно.
|