Sistemele vă permit să creați imagini realiste. Grafică 3D. Cel mai important lucru este calculul greșit

02.04.2022

Arta 3D include un tip de graffiti, grafică tridimensională pe computer și desene realiste care creează iluzia unei scene tridimensionale.

Artiștii s-au străduit întotdeauna pentru o reprezentare credibilă a naturii și a lucrurilor din jur. În epoca noastră modernă, acest lucru poate fi realizat cu ușurință cu ajutorul dispozitivelor avansate. Cu toate acestea, există ceva fascinant și deosebit de atractiv în multe imagini 3D create de mâna omului. La urma urmei, tehnica desenului 3D necesită multă pricepere și răbdare, ca să nu mai vorbim de talent.

Vă invităm să admirați creațiile diverșilor maeștri, ale căror lucrări sunt realizate într-un gen 3D realist.

1. Ochelari.

Un design 3D simplu, elegant și capricios, care arată realist.

2. „Sala uriașilor”, Palazzo Te, Mantua, Italia

Frescele iluzioniste din secolul al XVI-lea de Giulio Romano sunt considerate a fi originile artei 3D.

3. Desen în creion 3D al lui Nagai Hideyuki

Artistul creează o iluzie tridimensională folosind doar un caiet de schițe și creioane colorate.

4. Muzeul de picturi 3D din Chiang Mai, Thailanda

Există un întreg muzeu dedicat artei 3D în Thailanda. Sălile sale sunt pline cu fresce mari care par complet reale.

5. Coca Cola este o iluzie

Adesea, inspirația pentru arta 3D vine de la obiecte populare din viața noastră de zi cu zi. Opțiunea clasică este o sticlă de Cola.

6. Grafică pe computer: Fată

Cine ar fi crezut că această fată nu a existat?

7. Coloane din ordinul corintian

Frumos desen 3D în creion cu două coloane corintice.

8. Cascada realistă în orașul Dvur Kralove, Cehia

O parte dintr-un parc urban din Republica Cehă a fost transformată în iluzia unei frumoase cascade.

9. Glob

Arta 3D este adesea folosită în marketing. Această imagine a globului încurajează oamenii să lupte împotriva sărăciei.

10. Igor Taritas

Tânărul artist creează tablouri folosind elementele de bază ale hiperrealismului. Această pânză radiază în profunzimea lumii reale, de parcă am putea urca pe scenă dacă am vrea.

11. Davy Jones de Jerry Groschke

Personajul clasic al Piraților din Caraibe creat de un artist 3D grafica pe computer.

12. Kazuhiko Nakamura

Artist 3D japonez care creează fotografii creative steampunk folosind software.

13. Kurt Wenner: Wild Rodeo în Calgary, Canada

Unul dintre cei mai faimoși artiști moderni 3D, Kurt Wenner, a descris un rodeo fictiv într-un oraș canadian.

14. Leon Kier, Ruben Ponzia, Remco van Schaik și Peter Westering

Patru artiști s-au unit pentru a crea această iluzie incredibilă a unei armate Lego.

15. Lodz, Polonia

O piscină lângă un centru comercial aglomerat din Lodz, Polonia. Sper că nimeni nu a sărit în el.

16. Piata

O frumoasă natură moartă 3D pictată pe asfalt lângă o piață de legume. Completează atmosfera cu un rafinament perfect.

17. MTO, Rennes, Franța

Artistul stradal MTO a creat o serie de picturi murale 3D la scară largă în Rennes, Franța. Picturile sale murale prezintă uriași care încearcă să pătrundă în casele oamenilor. Imaginile sunt atât șocante, cât și terifiante.

Pentru a crește realismul afișajului texturilor suprapuse pe poligoane, folosim diverse tehnologii:

Anti-aliasing

· MIP – cartografiere;

· filtrarea texturii.

Tehnologie anti-aliasing

Anti-aliasing este o tehnologie folosită în procesarea imaginilor pentru a elimina efectul marginilor „în trepte” (Aliasing) ale obiectelor. Cu metoda raster de formare a imaginii, aceasta constă din pixeli. Deoarece pixelii au o dimensiune finită, așa-numitele scări sau margini trepte pot fi deslușite la marginile obiectelor 3D. Cel mai simplu mod de a minimiza efectul de scară este de a crește rezoluția ecranului, reducând astfel dimensiunea pixelilor. Dar această cale nu este întotdeauna posibilă. Dacă nu puteți scăpa de efectul de scară prin creșterea rezoluției monitorului, puteți utiliza tehnologia Anti-aliasing, care vă permite să neteziți vizual efectul de scară. Cea mai des folosită tehnică pentru aceasta este crearea tranziție lină de la culoarea liniei sau a marginilor la culoarea de fundal. Culoarea unui punct situat la limita obiectelor este determinată ca valoarea medie a culorilor a două puncte de limită.

Există mai multe tehnologii de bază Anti-aliasing. Pentru prima dată, rezultatele de cea mai înaltă calitate au fost obținute prin tehnologia anti-aliasing full-screen FSAA (Full Screen Anti-Aliasing). În unele surse din literatură, această tehnologie este numită SSAA. Esența acestei tehnologii este că procesorul calculează un cadru de imagine la o rezoluție mult mai mare decât rezoluția ecranului și apoi, atunci când este afișat pe ecran, face media valorilor unui grup de pixeli la unu; numărul mediu de pixeli corespunde rezoluției ecranului monitorului. De exemplu, dacă un cadru cu o rezoluție de 800x600 este antialiased folosind FSAA, imaginea va fi calculată la o rezoluție de 1600x1200. Când treceți la rezoluția monitorului, se face media culorilor celor patru puncte calculate corespunzătoare unui pixel al monitorului. Ca rezultat, toate liniile au limite de tranziție a culorilor netede, ceea ce elimină vizual efectul de scară.

FSAA face multe muncă suplimentară, încărcare GPU, netezind nu marginile, ci întreaga imagine, care este principalul ei dezavantaj. Pentru a elimina acest dezavantaj, a fost dezvoltată o tehnologie mai economică - MSSA.

Esența tehnologiei MSSA este similară cu tehnologia FSAA, dar nu se efectuează calcule pe pixelii aflați în interiorul poligoanelor. Pentru pixelii de la limitele obiectelor, în funcție de nivelul de netezire, se calculează 4 sau mai multe puncte suplimentare, din care se determină culoarea finală a pixelului. Această tehnologie este cea mai răspândită în prezent.

Sunt cunoscute evoluții individuale ale producătorilor de adaptoare video. De exemplu, NVIDIA a dezvoltat tehnologia Coverage Sampling (CSAA), care este suportată doar de adaptoarele video GeForce începând cu seria a 8-a (8600 - 8800, 9600 - 9800). ATI a introdus AAA (Adaptive Anti-Aliasing) în GPU-ul R520 și în toate cele ulterioare.

Tehnologia de cartografiere MIP

Tehnologia este utilizată pentru a îmbunătăți calitatea texturii obiectelor tridimensionale. Pentru ca o imagine 3D să pară realistă, trebuie luată în considerare adâncimea scenei. Pe măsură ce vă îndepărtați de punctul de vizualizare, textura suprapusă ar trebui să arate din ce în ce mai neclară. Prin urmare, atunci când texturați chiar și o suprafață omogenă, cel mai des sunt utilizate nu una, ci mai multe texturi, ceea ce face posibilă luarea în considerare corectă a distorsiunilor de perspectivă ale unui obiect tridimensional.

De exemplu, este necesar să se înfățișeze o stradă pietruită care pătrunde adânc în scenă. Dacă încercați să utilizați o singură textură pe toată lungimea, atunci pe măsură ce vă îndepărtați de punctul de observare, pot apărea ondulații sau doar o culoare solidă. Faptul este că în această situație mai mulți pixeli de textură (texeli) cad într-un singur pixel pe monitor. Apare întrebarea: care texel ar trebui să alegeți când afișați un pixel?

Această problemă este rezolvată folosind tehnologia de cartografiere MIP, ceea ce implică posibilitatea utilizării unui set de texturi cu diferite grade de detaliu. Pe baza fiecărei texturi, se creează un set de texturi cu un nivel mai scăzut de detaliu. Texturile unui astfel de set se numesc hărți MIP.

În cel mai simplu caz de suprapunere a texturii, pentru fiecare pixel din imagine, harta MIP corespunzătoare este determinată în funcție de tabelul LOD (Level of Detail). Apoi, doar un texel este selectat din harta MIP, a cărui culoare este atribuită pixelului.

Tehnologii de filtrare

De obicei, tehnologia de cartografiere MIP este utilizată în combinație cu tehnologiile de filtrare concepute pentru a corecta artefactele de texturare MIP. De exemplu, pe măsură ce un obiect se mișcă din ce în ce mai departe de punctul de observație, are loc o tranziție de la un nivel scăzut al hărții MIP la un nivel mai ridicat al hărții MIP. Când un obiect se află într-o stare de tranziție de la un nivel de hartă MIP la altul, apare un tip special de erori de vizualizare: limite vizibile clar ale tranziției de la un nivel de hartă MIP la altul.

Ideea de filtrare este că culoarea pixelilor unui obiect este calculată pe baza punctelor de textură învecinate (texeli).

Prima metodă de filtrare a texturii a fost așa-numita eșantionare punctuală, care nu este utilizată în grafica 3D modernă. Următorul a fost dezvoltat biliniar filtrare. Filtrarea biliniară necesită o medie ponderată a patru pixeli de textură adiacenți pentru a afișa un punct de suprafață. Cu această filtrare, calitatea obiectelor care se rotesc încet sau se mișcă încet cu margini (cum ar fi un cub) este scăzută (margini neclare).

O calitate superioară oferă triliniar filtrare, în care se determină culoarea unui pixel, se ia valoarea medie a culorii de opt texeli, patru din două structuri adiacente și, în urma a șapte operații de amestecare, se determină culoarea pixelului.

Odată cu creșterea performanței GPU-urilor, a fost dezvoltat anizotrop filtrare, care este folosită și astăzi cu succes. La determinarea culorii unui punct, acesta folosește un număr mare de texeli și ia în considerare poziția poligoanelor. Nivelul de filtrare anizotropă este determinat de numărul de texeli care sunt procesați la calcularea culorii pixelului: 2x (16 texeli), 4x (32 texeli), 8x (64 texeli), 16x (128 texeli). Această filtrare asigură o calitate înaltă a imaginii în mișcare.

Toți acești algoritmi sunt implementați de procesorul grafic al plăcii video.

Interfață de programare a aplicațiilor (API)

Pentru a accelera execuția etapelor pipeline 3D, un accelerator grafic 3D trebuie să aibă un anumit set de funcții, de exemplu. în hardware, fără participarea unui procesor central, efectuați operațiunile necesare pentru a construi o imagine 3D. Setul acestor funcții este cea mai importantă caracteristică Accelerator 3D.

Deoarece acceleratorul 3D are propriul set de comenzi, utilizarea sa eficientă este posibilă numai dacă programul de aplicație folosește aceste comenzi. Dar, din moment ce diverse modele Există multe acceleratoare 3D, precum și diverse programe de aplicație care generează imagini tridimensionale, apare o problemă de compatibilitate: este imposibil să scrieți un program care să folosească la fel de bine comenzile de nivel scăzut ale diferitelor acceleratoare. Este evident că atât dezvoltatorii de aplicații software, cât și producătorii de acceleratoare 3D au nevoie de un pachet de utilitate special care să îndeplinească următoarele funcții:

transformarea eficientă a interogărilor programul de aplicareîntr-o secvență optimizată de comenzi de nivel scăzut ale acceleratorului 3D, ținând cont de caracteristicile designului său hardware;

emularea software a funcțiilor solicitate dacă acceleratorul utilizat nu are suport hardware pentru acestea.

Se numește un pachet special de utilitare pentru a îndeplini aceste funcții interfata de programare a aplicatiei (Interfață ApplicationProgram = API).

API-ul ocupă o poziție intermediară între programele de aplicație de nivel înalt și comenzile de accelerație de nivel scăzut care sunt generate de driverul său. Utilizarea API-ului elimină necesitatea ca dezvoltatorul de aplicații să lucreze cu comenzi de accelerație de nivel scăzut, simplificând procesul de creare a programelor.

În prezent, există mai multe API-uri în 3D, ale căror domenii de aplicare sunt destul de clar delimitate:

DirectX, dezvoltat de Microsoft, utilizat în aplicațiile de jocuri care rulează Windows 9X și sisteme de operare ulterioare;

OpenGL, utilizat în principal în aplicații profesionale (sisteme de proiectare asistată de computer, sisteme de modelare tridimensională, simulatoare etc.) care rulează sub control sistem de operare Windows NT;

API-uri de marcă (native)., creat de producătorii de acceleratoare 3D exclusiv pentru chipset-ul lor, în scopul de a utilizare eficientă capacitățile lor.

DirectX este un standard strict reglementat, închis, care nu permite modificări până când următorul este lansat. noua versiune. Acest lucru, pe de o parte, limitează capacitățile dezvoltatorilor de programe și în special producătorilor de acceleratoare, dar facilitează foarte mult configurarea software-ului și a utilizatorului. hardware pentru 3D.

Spre deosebire de DirectX, API-ul OpenGL este construit pe conceptul unui standard deschis, cu un mic set de bază de funcții și multe extensii care implementează funcții mai complexe. Producătorul de accelerator 3D Chipset trebuie să creeze un BIOS și drivere care îndeplinesc funcțiile de bază Open GL, dar nu este necesar să ofere suport pentru toate extensiile. Acest lucru dă naștere la o serie de probleme asociate cu producătorii care scriu drivere pentru produsele lor, care sunt furnizate atât în totalitate, cât și în formă trunchiată.

Versiune completă Driverul compatibil cu OpenGL se numește ICD (Installable Client Driver). Oferă performanță maximă, deoarece... conține coduri de nivel scăzut care oferă suport nu numai pentru setul de bază de funcții, ci și pentru extensiile acestuia. Desigur, ținând cont de conceptul OpenGL, crearea unui astfel de driver este un proces extrem de complex și consumator de timp. Acesta este unul dintre motivele mai mult cost ridicat acceleratoare 3D profesionale în comparație cu cele de gaming.

O imagine fotorealistă a unei scene 3D este o imagine specială a unei scene care ține cont de umbrele aruncate de obiecte, precum și de fenomene precum reflexia și refracția luminii.

Programul are trei mecanisme diferite pentru crearea de imagini fotorealiste. Primul folosește aplicația POV-Ray , al doilea – tehnologia încorporată NVIDIA OptiX , a treia foloseste Embree - nucleu de ray tracing dezvoltat de Intel.

Selectarea și reglarea calității imaginii

Rareori este posibil să creați o imagine fotorealistă de succes la prima încercare. De obicei, va trebui să creați mai multe imagini de testare fotorealiste pentru a vă ajuta să reglați poziția camerei, luminozitatea și poziția luminilor și să verificați dacă animația este corectă. După aceasta, se efectuează vizualizarea finală.

Dar crearea unei imagini fotorealiste poate dura diferite perioade de timp, în funcție de complexitatea scenei și de parametrii care determină calitatea imaginii. Cunoașterea acestor parametri, pe de o parte, ajută la evitarea timpului inutil petrecut cu imagistica de probă și, pe de altă parte, ajută la obținerea mai multor calitate superioară imaginea finală.

Există diferiți parametri care vă permit să schimbați calitatea imaginii fotorealiste rezultate.

Calitate plasă . Acest parametru este setat în parametrii documentului (comanda ST: Document Parameters) și, pe lângă fotorealism, afectează și calitatea afișării obiectelor în fereastra 3D.

În plus, setarea calității imaginii poate fi accesată folosind panoul Vizualizare .

Cu cât este mai mare acest parametru, cu atât este nevoie de mai mult pentru a exporta scena în format POV, cu atât mai mult RAM Este utilizat POV-Ray și cu cât POV-Ray petrece mai mult pregătirea scenei înainte de randare (Parsing). În acest sens, atunci când se efectuează vizualizarea preliminară, este recomandabil să se reducă calitatea plasei, poate chiar la minimum. Când efectuați randarea finală, este mai bine să setați calitatea rețelei la maxim.

1. Aspect fotorealist

Acest mecanism de generare a imaginilor fotorealiste se bazează pe tehnologia NVIDIA OptiX. Este conceput pentru a genera imagini fotorealiste de înaltă calitate, ținând cont de iluminare, precum și de proprietățile materialelor, cum ar fi transparența, indicele de refracție, proprietățile suprafeței etc.

Mecanismul vă permite să obțineți o imagine fotorealistă direct din mediul T-FLEX CAD, oferind o interfață convenabilă pentru gestionarea parametrilor scenei, calitatea generării imaginii, precum și capacitatea de a salva rezultatele generării într-un fișier și de a imprima. Folosind acest mecanism, puteți obține o imagine fotorealistă nu numai din modele 3D, ci și din imagini 3D importate.

Tehnologia NVIDEA OptiX este utilizată pentru a crea videoclipuri fotorealiste la înregistrarea animațiilor de dezasamblare în comanda „3VX: Dezasamblare”

Al treilea motor pentru generarea de imagini fotorealiste folosește Embree, un motor de urmărire a razelor dezvoltat de Intel.

Embree folosește un procesor central pentru calculele sale și se caracterizează prin performanță ridicată și calitate a imaginii.

Interfața pentru lucrul cu NVIDIA Optix este identică cu interfața pentru lucrul cu Embree, așa că vor fi descrise împreună mai jos.

Lucrul cu echipa

Pentru a apela opțiunea, utilizați comanda:

Pictogramă	Panglică
	Instrumente → Aspect → Fotorealism → Aspect fotorealist (GPU NVIDIA)
Tastatura	Meniu text
<3RV>	Instrumente > Vizualizare fotorealistă (GPU NVIDIA)

Pictogramă	Panglică
	Instrumente → Aspect → Fotorealism → Vizualizare fotorealistă (CPU)
Tastatura	Meniu text
	Instrumente > Vizualizare fotorealistă (CPU)

După activarea comenzii, apare o nouă fereastră în care este generată imaginea.

Calitatea imaginii create depinde în mare măsură de numărul de iterații. Iterația este calculul culorii pixelilor imaginii. Numărul de iterații depinde de dimensiunea imaginii, densitatea rețelei și de numărul de obiecte.

Numărul de iterații este afișat în partea de jos a ecranului.

În funcție de puterea computerului, de complexitatea modelului și calitate stabilită Procesul de generare a imaginii poate dura de la câteva minute la câteva ore.

Bara de instrumente afișează opțiuni pentru lucrul cu comanda.

Imprimați o imagine. Vă permite să imprimați imaginea rezultată.

Salvați imaginea. Vă permite să exportați imaginea rezultată în fișiere în formate raster *.bmp, *.jpg, *gif, *tiff, *tif, *.png, *.tga. Puteți denumi fișierul și specifica unde va fi stocat.

Vizualizare opțiuni . Vă permite să setați parametrii de generare a imaginii. Mai mult descriere detaliată opțiunile sunt prezentate mai jos.

Blocați parametrii de vizualizare. Vă permite să fixați direcția de vizualizare și scara imaginii. Rotirea modelului devine imposibilă.

Reporniți generația. Repornește generarea unei imagini fotorealiste, iar rezultatele curente sunt resetate.

Întrerupeți generarea. Vă permite să opriți temporar generarea de imagini. Acest lucru eliberează resursele computerului cheltuite pentru acest proces, ceea ce îmbunătățește performanța.

Selectarea calității imaginii generate. În lista derulantă puteți selecta una dintre cele patru valori ale calității imaginii.

Calitatea scăzută și medie este utilizată pentru imaginile nefinalizate. Atunci când alegeți această calitate, sistemul calculează automat numărul minim de iterații necesare pentru a obține imagini cu un anumit nivel de „zgomot”.

Pentru a obține cele mai realiste imagini, ar trebui să selectați calitate înaltă sau maximă. La calitate maxima numărul de iterații nu este limitat.

Selectarea camerei active curente. Vă permite să selectați una dintre camerele prezente în scena 3D. Imaginea va fi creată în funcție de poziția camerei selectate.

Pe lângă opțiunile de mai sus, „Calitatea imaginii" Poate fi modificat folosind lista derulantă din fereastra ST: Parametrii documentului din fila „ 3D”.

Cu cât calitatea este mai mare, cu atât densitatea ochiurilor este mai mare. Pentru a obține imagini cât mai realiste, este recomandat să setați calitatea la cel puțin " A crescut.”

Acest parametru este deosebit de important dacă modelul are suprafețe rotunjite.

Faceți distincția vizuală între imagini de calitate diferită.


Foarte nepoliticos	Standard	Foarte sus

Procesul de creare a imaginilor fotorealiste are cerințe mari caracteristicile sistemului. Mai mult informatii detaliate despre acestea pot fi găsite pe site-ul nostru sau în capitolul „Pornire rapidă”.

Generarea imaginilor poate fi oprită în orice moment. Rezultatul rezultat poate fi salvat pe computer folosind opțiunea sau trimis imediat la imprimare folosind opțiunea.

Rezultatul operatiei:

Imagine fotorealistă

Fișierele cu exemple de creare a imaginilor fotorealiste sunt în bibliotecă "Exemple 3D 15\Service Tools\Materials and Photorealism».

Pentru ușurință în utilizare, puteți afișa simultan fereastra de vizualizare fotorealistă și fereastra modelului pe ecran. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați comanda „WO: Deschideți o nouă fereastră de document».

În caseta de dialog care apare, din lista derulantă trebuie să selectați „Aspect fotorealist" Folosind patru liste derulante, puteți configura o aranjare convenabilă a ferestrelor pe ecran.

Opțiuni de imagine

Se potrivește în fereastră . Opțiunea este activă numai când „" Când această opțiune este activată, imaginea cu dimensiunea specificată este complet afișată pe ecran.

Dimensiune fixă a imaginii. Când este activat, vă permite să setați dimensiunea imaginii create. Aceasta va activa opțiunea barei de instrumente „Blocați parametrii de vizualizare". Dimensiunea imaginii este specificată în pixeli. Imaginea cu dimensiunea specificată va fi creată în întregime, indiferent dacă se potrivește sau nu pe ecran. Pentru a obține imagini de înaltă calitate, se recomandă să setați dimensiunea fixă a imaginii cât mai mare posibil.

Calitatea imaginii. Această opțiune repetă lista de setări din panoul principal. Singura diferență este capacitatea de a seta manual numărul de iterații selectând calitatea imaginii "personalizat" și introducând numărul necesar în câmp.

Numărul de reflexii ale fasciculului. Parametrul este important atunci când se generează refracții și reflexii.

Setările de fundal și textura coincid complet cu parametrii standard de vizualizare 3D cu același nume. Puteți citi mai multe despre ele în capitolul „Lucrul cu fereastra de vizualizare 3D».

Factorul de luminanță ambientală. Vă permite să reglați luminozitatea scenei prin ajustarea cantității de lumină care intră asupra obiectelor.

Parametrii optimi pentru crearea unei imagini fotorealiste sunt setati implicit.

Exemple de imagini fotorealiste

NVIDIA Optix:

Embree:

2. Imagine realistă

Acest mecanism folosește tehnologia POV-Ray, un program care folosește ray tracing. Condițiile pentru generarea imaginii sunt specificate în T-FLEX CAD sub formă de text. Aplicația POV-Ray este inclusă în pachet. În plus, aplicația poate fi descărcată de pe site-ul web corespunzător.

Imagine în T-FLEX CAD Imagine fotorealistă (POV-Ray)

Imaginea fotorealistă este obținută folosind ray-tracing. Pentru a face acest lucru, utilizați aplicația POV-Ray inclusă în livrare.

Trebuie remarcat faptul că cererea POV-Ray necesită instalare separată. Pentru a face acest lucru, pe CD-ul de instalare trebuie să selectați fișierul „ povwin36.exe „din directorul „POV-Ray”. Instalarea POV-Ray se realizează în limba engleză. Pentru utilizatorii nefamiliarizați cu engleză, se recomandă să faceți clic pe toate butoanele de aprobare ([ Următorul ], [Da] sau [Sunt de acord ]) în casetele de dialog care apar succesiv.

Pentru a obține o imagine 3D fotorealistă, scena este exportată în format POV utilizând setările ferestrei 3D curente. Apoi, aplicația POV-Ray este lansată automat pentru a genera imaginea rezultată. Odată ce generarea este completă, imaginea rezultată poate fi vizualizată în fereastra de vizualizare și, dacă se dorește, salvată într-un fișier.

Când exportați în POV-Ray, texturile sunt aplicate obiectelor în același mod în care sunt afișate în fereastra T-FLEX CAD 3D. În plus, împreună cu POV-Ray puteți utiliza texturi din toate formatele suportate de POV-Ray (gif, tga, iff, ppm, pgm, png, jpeg, tiff, sys).

POV-Ray funcționează în paralel cu alte sisteme, de ex. După lansarea acestei aplicații, puteți continua să lucrați în T-FLEX CAD. Cu toate acestea, în funcție de complexitatea imaginii generate, POV-Ray poate necesita mai multe resurse, iar apoi lucrul în T-FLEX CAD va încetini.

Lucrul cu echipa

Pentru a crea o imagine fotorealistă, utilizați „3VY: Creați o imagine realistă”. Această comandă disponibil când fereastra 3D este activă. Înainte de a apela comanda, trebuie să setați scena 3D în poziția dorită, setați materialul necesar operațiuni, surse de lumină (puteți folosi surse de lumină pe cameră). La crearea unei imagini fotorealiste, se recomandă utilizarea proiecției în perspectivă.

Comanda este apelată în felul următor:

Pictogramă	Panglică
	Instrumente → Aspect → Fotorealism → Imagine realistă (rază POV)
Tastatura	Meniu text
<3VY >	Instrumente > Imagine realistă (POV-ray)

T-FLEX CAD stochează informații despre locația aplicației POV-Ray și verifică prezența acesteia de fiecare dată când este accesată.

În cazul în care POV-Ray este apelat pentru prima dată și, de asemenea, dacă sistemul nu poate găsi această aplicație, T-FLEX CAD solicită calea către acesta. În acest caz, pe ecran apare o casetă de dialog, cu ajutorul căreia trebuie să setați calea către aplicația POV-Ray. De obicei, aplicația se află pe următoarea cale: "Fișiere de program\POV-Ray pentru Windows v3.6\bin" Absența unui director corespunzător indică faptul că aplicația nu este instalată (vezi paragraful „Dispoziții de bază”).

După apelarea comenzii, pe ecran apare o casetă de dialog.

Latime si Inaltime . Setați lățimea și înălțimea imaginii fotorealiste create în pixeli. În mod implicit, dimensiunea ferestrei 3D curente este setată.

Netezirea culorii. Responsabil pentru netezirea culorii imaginii generate. Valoarea acestui parametru trebuie să fie mai mare decât 0.

Cu cât această valoare este mai mică, cu atât va arăta mai blândă tranziția de la o culoare la alta, dar în acest caz, randarea (adică, calculul imaginii) va dura mai mult. Valoarea acestui parametru poate fi selectată din listă sau setată independent.

POV-Ray folosește un limbaj special pentru a descrie o scenă 3D. Cu ajutorul acestuia, este posibil să setați un număr mare de caracteristici diferite pentru suprafața materialului, precum și pentru interiorul materialului. Prin urmare, în T-FLEX CAD, materialul are instrucțiuni speciale care determină cum va arăta materialul atunci când este redat în POV-Ray (comanda „3MT:Editați materiale", butonul [ material POV ]). La verificarea „Utilizați înlocuiri de materiale„, aceste instrucțiuni vor fi transmise către POV-Ray. Toate materialele furnizate împreună cu sistemul includ instrucțiuni specifice pentru POV-Ray. Pe lângă materiale, instrucțiuni suplimentare pentru sursa de lumină vor fi exportate în POV (vezi „Opțiuni pentru sursa de lumină", parametrul "Instrucțiuni POV").

Dacă caseta de selectare " Utilizați înlocuiri de materiale» este dezactivat, instrucțiunile generate automat de T-FLEX CAD vor fi trimise către POV-Ray, pe baza proprietăților materialului, cum ar fi culoarea și reflectivitate.

În fereastra 3D, una sau mai multe surse de lumină sunt alocate camerei în mod implicit. Aceste surse de lumină sunt orientate în raport cu camera și se deplasează cu aceasta (vezi descrierea „Opțiuni de vizualizare 3D”). Dacă caseta de selectare "Exportați lumini pe cameră» este pornit, aceste surse de lumină sunt transferate către POV-Ray.

Salvați rezultatul în. Aceasta afișează calea către un fișier de ieșire generat temporar pe care POV-Ray îl va folosi pentru a salva imaginea rezultată în format bmp, și T-FLEX CAD pentru a-l citi. Prin urmare, dacă aplicația T-FLEX CAD este închisă înainte de a obține rezultatul, imaginea din acest fișier poate fi vizualizată ulterior folosind orice alt vizualizator de imagini.

Toate fișierele create temporar în timpul procesului de generare a imaginii sunt create în folderul specificat în variabila de sistem TEMP. După ce imaginea este creată, toate fișierele, cu excepția celui de ieșire, sunt șterse. Fișierul de ieșire în sine este stocat în acest folder până când este creată o nouă imagine fotorealistă.

Informații pentru utilizatorii cu experiență în POV-Ray

Parametrii sursei de lumină. Când creați o imagine fotorealistă folosind surse de lumină convenționale, umbrele obiectelor sunt foarte clare, deoarece sursele de lumină sunt infinitezimale. În realitate, acest lucru se întâmplă foarte rar, așa că umbrele sunt cel mai adesea netezite. Utilizarea surselor de lumină difuză face umbrele mai fine și îmbunătățește calitatea și realismul imaginii. În sursele de lumină difuză, în loc de o sursă de lumină punctuală, se folosesc mai multe surse punctiforme deplasate una față de cealaltă. Cu cât sunt deplasate mai mult, cu atât umbra va fi mai puțin clară. Cu cât este mai mare numărul de surse punctuale pe care le are o sursă difuză, cu atât este mai mare neclaritatea umbrei și cu atât este nevoie de mai mult timp pentru redare.

Lumină normală Lumină difuză

O sursă de lumină difuză în POV-Ray este un set de surse de lumină punctiforme. Aceste surse de lumină sunt plasate sub forma unui dreptunghi, orientate într-un fel în raport cu centrul specificat. Numărul de surse de lumină de-a lungul fiecărei părți a dreptunghiului poate fi diferit. Pentru ca o sursă de lumină creată în T-FLEX CAD să devină o sursă de lumină difuză în POV-Ray, în proprietățile sursei de lumină în câmpul „Instrucțiuni POV” trebuie să se scrie următoarele:

zonă_luminoasă<0.035, 0, 0>, <0, 0.035, 0.035>, 5, 5 adaptiv 1 jitter

Aici, între paranteze triunghiulare, sunt date coordonatele colțurilor opuse ale dreptunghiului față de punctul de plecare (punctul în care se află sursa de lumină difuză). „5, 5” este numărul de surse de lumină în fiecare direcție. În acest caz, numărul total de surse de lumină punctiforme este 5x5=25. „1 jitter adaptiv” - opțiuni suplimentare, inclusiv optimizarea calculelor umbrelor.

Antialiasing. În timpul vizualizării normale, gradația și discontinuitatea liniilor subțiri pot apărea la granițele obiectelor. Netezirea prin calcule suplimentare poate reduce impactul negativ al acestor fenomene.

Border jaggies Anti-aliasing activat

Anti-aliasing se bazează pe randarea părților scenei cu rezoluție crescută. În același timp, redarea scenei încetinește. Prin urmare, nu ar trebui să activați anti-aliasing în timpul etapei de redare de probă. Dar pentru redarea finală este recomandabil să activați anti-aliasing.

Iluminare difuză (radiozitate). Redarea convențională ia în considerare iluminarea directă, în care sunt iluminate doar acele zone ale obiectelor care sunt iluminate direct de lumina de la sursa de lumină. Cu toate acestea, în lumea reală, lumina nu vine doar din surse. De asemenea, este reflectată de obiectele iluminate de lumină directă. POV-Ray are capacitatea de a activa un mecanism pentru calcularea luminii difuze, care în unele cazuri ajută la îmbunătățirea realismului imaginii.

Iluminare normală Iluminare ambientală

Datorită numărului mare de calcule suplimentare, utilizarea mecanismului de iluminare difuză poate duce la o încetinire semnificativă a randării. Prin urmare, utilizarea luminii ambientale în imagistica de testare ar trebui să fie efectuată numai la rezoluții scăzute.

Pentru a activa mecanismul de iluminare difuză, accesați „ Activați liniile „Fereastră”. Crearea unei imagini fotorealiste» notează următoarele:

global_settings(

radiozitate (număr 500 minimum_reuse 0,018 luminozitate 0,8))

Semnificația acestor instrucțiuni, precum și informații suplimentare referitoare la mecanismul de iluminare difuză, trebuie găsite în documentația aplicației POV-Ray.

Rezoluția imaginii. Acest parametru afectează semnificativ timpul petrecut pentru vizualizare. Cu o calitate a imaginii neschimbată, viteza de redare este direct proporțională cu aria imaginii rezultate. Când testați vizualizarea, vă puteți limita la rezoluții mici, de exemplu, 320*240.

Fișier INI suplimentar: Când lansați aplicația POV-Ray, este creat un fișier cu extensia ini unde sunt scrise setările exportate. Dacă este necesar, puteți specifica alte setări și chiar le puteți înlocui pe cele generate în T-FLEX CAD, specificându-le în acest fișier. În acest caz, numele acestui fișier este indicat în câmpul acestui dialog.

Includeți rânduri : În câmpul acestui dialog puteți insera șiruri de caractere, care sunt expresii scrise în format POV, care vor fi inserate în fișierul exportat.

Explicație: Când rulați comanda, este creat un fișier POV care are următoarea structură:

● <генерируемые переменные>

● <включаемые строки>

● <экспортированная 3D сцена>.

Variabile generate

Următoarele variabile sunt incluse în fișierul exportat:

● fAspectRatio – lățimea/înălțimea ecranului. Când suprascrieți setările de lățime și înălțime în modul avansat fișier INI trebuie să înlocuiți și această variabilă, folosind<включаемые строки>.

● vSceneMin și vSceneMax – vârfuri de cub care limitează scena 3D în spațiul 3D.

● vSceneCenter – centrul cubului.

● fSceneSize – lungimea diagonalei cubului.

● vCameraPos – poziția camerei.

● vCamera2Scene – vector de la vCameraPos la centrul cubului.

● fCamera2Scene – lungimea vectorului vCamera2Scene.

● cBackColor – culoarea de fundal.

Aceste variabile pot fi suprascrise sau utilizate în<включаемых строках>.

De exemplu:

#declare cBackColor<0.1, 0.1, 0.1>

distanta fCamera2Scene / 2

rgb<0, 0, 1>

fog_offset vSceneMin . z

fog_alt (vSceneMax . z - vSceneMin . z) / 4

Sus<0, 0, 1>

redefinește culoarea de fundal și stabilește o ceață albastră, în funcție de poziția și dimensiunea scenei 3D.

După ce setați toți parametrii necesari pentru a crea o imagine fotorealistă, trebuie să faceți clic pe butonul [ Bine ]. Uneori, la pornirea POV-Ray, poate apărea o casetă de dialog "", pentru a lansa aplicația în acest caz, trebuie doar să faceți clic pe butonul [ BINE].

Când creați o animație cu fotorealismul activat în comanda ":Animați modelul" este recomandabil să așteptați până când primul cadru este redat în POV-Ray pentru a vă asigura că fereastra " Despre POV-Ray(tm) pentru Windows » nu a apărut și nu interferează cu crearea animației.

După lansarea POV-Ray, controlul este transferat către T-FLEX CAD (adică puteți continua să lucrați cu acesta). La sfârșitul generării imaginii sau dacă aceasta este întreruptă, pe ecran apare următorul mesaj:

Dacă trebuie să vizualizați imaginea rezultată, trebuie să faceți clic pe butonul [ Da ]. Ca rezultat, se deschide o fereastră de vizualizare, a cărei imagine poate fi salvată într-un fișier. Dacă nu este necesară vizualizarea și salvarea imaginii rezultate, atunci faceți clic pe [ Nu ]. În acest caz, rezultatul imaginii fotorealiste va fi stocat în directorul de sistem pentru o perioadă de timp (până când este creată următoarea imagine fotorealistă) TEMP.

Înainte ca generarea imaginii să fie finalizată, puteți rula din nou POV-Ray (numărul de astfel de lansări nu este limitat). Apoi, T-FLEX CAD, la exportul în POV, va lansa din nou aplicația POV-Ray când procesul de generare a imaginii anterioare este finalizat. Astfel, este implementată o coadă de sarcini pentru generarea imaginilor, adică. o nouă sarcină este lansată după ce cea anterioară a încheiat generarea.

Exemple de imagini fotorealiste ale modelelor CAD T-FLEX

Prototipuri pentru fotorealism

Într-o instalație standard există prototipuri special concepute pentru creație rapidă imagine fotorealistă. Pentru a crea documente pe baza acestor prototipuri, trebuie să apelați comanda „:Crea document nou bazat pe fișierul prototip", iar pe fila " Fotorealism » alegeți unul dintre cele două prototipuri: « camera" sau " Zburând în jurul unui obiect».

În fiecare dintre aceste prototipuri, sunt pre-create mai multe surse de lumină, o cameră și un sistem de coordonate pentru legarea unui fragment 3D. Poziția acestor elemente poate fi modificată la discreția dvs. prin mutarea elementelor corespunzătoare în fereastra de desen. De asemenea, în fereastra 2D există o mică instrucțiune despre cum să utilizați prototipul.

De obicei, lucrul cu aceste prototipuri se desfășoară după cum urmează: un nou document este creat pe baza unuia dintre prototipuri. Un model 3D (la o scară adecvată) este inserat în acest document ca fragment 3D sau imagine 3D, a cărei imagine fotorealistă trebuie să fie obținută. În continuare, sunt efectuate mai multe redări de probă pentru a determina amplasarea corespunzătoare a surselor de lumină și a camerei. La final, se realizează o vizualizare finală.

Setările care trebuie specificate pentru vizualizarea de probă și finală vor fi discutate mai jos. Dar mai întâi, este necesar să spunem despre caracteristici distinctive fiecare dintre prototipuri.

Prototipul „Cameră” » este conceput pentru a crea o imagine statică. În acest prototip, scena constă dintr-o „camera”, două lumini și o cameră. În plus, pentru comoditate, a fost creat în prealabil un sistem de coordonate pentru legarea unui fragment 3D. În mod implicit, cei doi pereți și tavanul „camerei” nu sunt vizibili, dar pot fi vizibili dacă debifați caseta de selectare „Ascunde plafonul” din fereastra 2D.

Prototipul " Zburând în jurul unui obiect" este destinat atât pentru crearea unei imagini statice, cât și pentru crearea unei animații fotorealiste în care camera se mișcă în jurul obiectului. Scena este formată dintr-o platformă circulară mare, trei surse de lumină și o cameră. Un sistem de coordonate pentru legarea unui fragment 3D a fost creat în prealabil în scenă. În plus, poziția camerei este legată de expresie și depinde de cadrul în care se află scena. În fereastra 2D, trebuie să setați durata animației (adică timpul în care camera va zbura în jurul obiectului și va reveni la locația sa inițială). Scena trebuie animată folosind variabila „cadru”, ținând cont de faptul că numărul de cadre pe secundă este de 25.

Exemplu de utilizare a unui prototip "Zburând în jurul unui obiect„ se află în biblioteca „Exemple 3D 15”, în folderul „Unelte de service\ Imagine fotorealistă\ Zbor în jurul unui obiect”. Prin deschiderea fișierului "Scenă bazată pe prototip.grb", trebuie să selectați camera în fereastra 3D " Camera foto " În continuare, trebuie să utilizați comanda „AN: Model animat” și să efectuați animație pe variabila „cadru” de la 0 la 250 cu pași de 1.

Lucrările realizate folosind grafica pe computer tridimensională atrag în egală măsură atenția atât a designerilor 3D, cât și a celor care au o idee destul de vagă despre cum a fost realizat. Cele mai de succes lucrări 3D nu pot fi distinse de filmările reale. Astfel de lucrări, de regulă, dau naștere la dezbateri aprinse despre dacă este o fotografie sau un fals tridimensional.
Inspirați de lucrările unor artiști 3D celebri, mulți se apucă de studiul editorilor 3D, crezând că stăpânirea acestora este la fel de ușor ca Photoshop. Între timp, programele pentru crearea de grafică 3D sunt destul de greu de stăpânit, iar învățarea lor necesită mult timp și efort. Cu toate acestea, chiar și după ce a studiat instrumentele unui editor 3D, nu este ușor pentru un designer începător să obțină o imagine realistă. Aflându-se într-o situație în care scena pare „fără viață”, nu poate găsi întotdeauna o explicație pentru asta. Ce s-a întâmplat?
Principala problemă cu crearea unei imagini fotorealiste este dificultatea de a simula cu acuratețe mediul. Imaginea care se obține ca urmare a redării (vizualizării) într-un editor tridimensional este rezultatul calcule matematice conform unui algoritm dat. Este dificil pentru dezvoltatorii de software să găsească un algoritm care să ajute la descrierea tuturor proceselor fizice viata reala. Din acest motiv, modelarea mediului cade pe umerii artistului 3D însuși.
Capacitățile hardware ale stațiilor de lucru cresc în fiecare zi, ceea ce face posibilă utilizarea instrumentelor pentru lucrul cu grafica 3D și mai eficient. În același timp, arsenalul de instrumente de editor grafic 3D este îmbunătățit.
Există un anumit set de reguli pentru crearea unei imagini 3D realiste. Indiferent de editorul 3D în care lucrați și de complexitatea scenelor pe care le creați, acestea rămân aceleași. Respectarea acestor cerințe nu garantează că imaginea rezultată va fi similară cu fotografia. Cu toate acestea, ignorarea lor va duce cu siguranță la eșec.
Crearea unei imagini fotorealiste în timp ce lucrați numai la un proiect 3D este o sarcină incredibil de dificilă. De regulă, cei care se dedică graficii 3D și lucrează cu ea profesional, efectuează doar una dintre etapele creării unei scene 3D. Unii cunosc toate complexitățile modelării, alții pot crea cu măiestrie materiale, alții „văd” iluminarea corectă a scenelor etc. Din acest motiv, atunci când începeți să lucrați cu grafică tridimensională, încercați să găsiți zona în care vă simțiți cel mai mult. încrezător și dezvoltă-ți talentele.
După cum știți, rezultatul lucrului într-un editor 3D este un fișier static sau o animație. În funcție de care va fi produsul final, abordările pentru crearea unei imagini realiste pot varia.

Să începem cu compoziția
Amplasarea obiectelor într-o scenă 3D este de mare importanță pentru rezultatul final. Acestea ar trebui să fie poziționate astfel încât privitorul să nu fie pierdut atunci când privește o parte a obiectului care apare accidental în cadru, dar să poată recunoaște toate componentele scenei la prima vedere.
Când creați o scenă 3D, trebuie să acordați atenție poziției obiectelor față de camera virtuală. Rețineți că obiectele care sunt mai aproape de obiectivul camerei par mai mari ca dimensiune. Din acest motiv, trebuie să vă asigurați că obiectele de aceeași dimensiune sunt pe aceeași linie.
Indiferent de intriga unei scene 3D, aceasta trebuie să reflecte în mod necesar consecințele unor evenimente care s-au petrecut în trecut.
De exemplu, dacă urmele cuiva duc la o casă acoperită cu zăpadă, atunci, uitându-se la o astfel de imagine, privitorul va concluziona că cineva a intrat în casă.
Când lucrați la un proiect 3D, acordați atenție stării generale a scenei. Poate fi transmis printr-un element de decor bine ales sau o anumită gamă de culori. De exemplu, adăugarea unei lumânări la o scenă va sublinia romantismul decorului. Dacă modelezi personaje de desene animate, culorile ar trebui să fie strălucitoare, dar dacă creezi un monstru, alege nuanțe închise.

Nu uitați de detalii
Când lucrați la un proiect 3D, trebuie să țineți întotdeauna cont de cât de vizibil este obiectul în scenă, cât de iluminat este etc. În funcție de aceasta, obiectul ar trebui să aibă un grad mai mare sau mai mic de detaliu. Lumea tridimensională este o realitate virtuală, în care totul seamănă cu peisaje de teatru. Dacă nu vei vedea spate obiect - nu-l modelați. Dacă aveți un șurub cu șurub înșurubat, nu ar trebui să modelați filetul sub piuliță, dacă fațada casei va fi vizibilă în scenă, nu trebuie să modelați interiorul; scena pădurii, ar trebui să vă concentrați numai pe acele obiecte care sunt în prim-plan. Copacii situati in fundal vor fi aproape invizibili in imaginea randata, asa ca nu are sens sa ii modelezi pana la frunza.
Adesea, atunci când se creează modele tridimensionale, detaliile mici joacă aproape rolul principal, făcând obiectul mai realist.
Dacă nu puteți obține realismul într-o scenă, încercați să creșteți nivelul de detaliu al obiectelor. Cu cât scena conține mai multe detalii, cu atât imaginea finală va arăta mai credibilă. Opțiunea de creștere a detaliilor scenei este aproape de câștig pentru toate, dar are un dezavantaj - un număr mare de poligoane, ceea ce duce la o creștere a timpului de redare.
Vă puteți asigura că realismul cuplajului depinde direct de nivelul de detaliu la exemplu simplu. Dacă creați trei modele de fire de iarbă într-o scenă și le vizualizați, imaginea nu va face nicio impresie asupra privitorului. Cu toate acestea, dacă acest grup de obiecte este clonat de mai multe ori, imaginea va arăta mai impresionantă.
Puteți controla detaliile în două moduri: așa cum este descris mai sus (creșterea numărului de poligoane din scenă) sau creșterea rezoluției texturii.
În multe cazuri, este logic să acordați mai multă atenție creării texturii, mai degrabă decât modelului obiectului în sine. În același timp, veți economisi resursele sistemului, necesar pentru redarea modelelor complexe, reducând astfel timpul de randare. Este mai bine să faci o textură mai bună decât să crești numărul de poligoane. Un exemplu excelent de utilizare inteligentă a texturii este peretele unei case. Puteți modela fiecare cărămidă individual, ceea ce va necesita atât timp, cât și resurse. Este mult mai ușor să folosești o fotografie a unui zid de cărămidă.

Dacă trebuie să creați un peisaj
Una dintre cele mai dificile sarcini cu care se confruntă adesea designerii grafici 3D este modelarea naturii. Care este problema creării mediului natural din jurul nostru? Ideea este că orice obiect organic, fie el un animal, o plantă etc., este eterogen. În ciuda structurii aparente simetrice, forma unor astfel de obiecte nu se pretează la nicio descriere matematică cu care se ocupă editorii 3D. Chiar și acele obiecte care, la prima vedere, au un aspect simetric, la o examinare mai atentă se dovedesc a fi asimetrice. De exemplu, părul de pe capul unei persoane este situat diferit pe partea dreaptă și stângă, cel mai adesea, este pieptănat spre dreapta, iar o frunză de pe ramura unui copac poate fi deteriorată de o omidă într-un loc etc.
Cel mai mult cea mai buna solutie Pentru a simula materia organică în grafica tridimensională, se poate lua în considerare un algoritm fractal, care este adesea folosit în setările materialelor și a diferitelor instrumente de modelare tridimensională. Acest algoritm este mai bun decât alte expresii matematice în simularea materiei organice. Prin urmare, atunci când creați obiecte organice, asigurați-vă că utilizați capacitățile algoritmului fractal pentru a le descrie proprietățile.

Subtilități ale creării materialelor
Materialele care sunt simulate în grafica 3D pot fi foarte diverse - de la metal, lemn și plastic la sticlă și piatră. Mai mult, fiecare material este determinat de un număr mare de proprietăți, inclusiv topografia suprafeței, specularitatea, modelul, dimensiunea și luminozitatea strălucirii etc.
Când vizualizați orice textură, trebuie să vă amintiți că calitatea materialului din imaginea rezultată depinde în mare măsură de mulți factori, printre care: parametrii de iluminare (luminozitate, unghiul de incidență al luminii, culoarea sursei de lumină etc.), algoritmul de vizualizare. (tipul de vizualizator utilizat și setările acestuia), rezoluția texturii raster. Metoda de proiectare a texturii pe un obiect este, de asemenea, de mare importanță. O textură aplicată fără succes poate „dezvălui” un obiect tridimensional ca o cusătură sau un model care se repetă în mod suspect. În plus, de obicei obiectele reale nu sunt perfect curate, adică există întotdeauna urme de murdărie pe ele. Dacă modelați o masă de bucătărie, atunci, în ciuda faptului că modelul de pe pânza de bucătărie se repetă, suprafața acesteia nu ar trebui să fie aceeași peste tot - pânza de ulei poate fi purtată la colțurile mesei, poate avea tăieturi de la un cuțit etc. .
Pentru ca obiectele dvs. 3D să nu arate nefiresc de curate, puteți folosi cele realizate manual (de ex. Adobe Photoshop) hărți de murdărie și amestecați-le cu texturile originale pentru a crea un material uzat realist.

Modalități de a obține realism în grafica 3D

Lucrările realizate folosind grafica tridimensională pe computer atrag în mod egal atenția atât a designerilor 3D, cât și a celor care au o idee destul de vagă despre cum a fost realizat totul. Cele mai de succes lucrări 3D nu pot fi distinse de filmările reale. Astfel de lucrări, de regulă, dau naștere la dezbateri aprinse despre ce este: o fotografie sau un fals tridimensional. Inspirați de munca unor artiști 3D celebri, mulți învață editori 3D, crezând că sunt la fel de ușor de stăpânit ca Photoshop. Între timp, programele pentru crearea de grafică 3D sunt destul de greu de stăpânit, iar învățarea lor necesită mult timp și efort. Dar chiar și după ce a studiat instrumentele unui editor 3D, nu este ușor pentru un designer 3D începător să obțină o imagine realistă. Aflându-se într-o situație în care scena pare „moartă”, nu poate găsi întotdeauna o explicație pentru asta. Ce s-a întâmplat?

Principala problemă cu crearea unei imagini fotorealiste este dificultatea de a simula cu acuratețe mediul. Imaginea care se obține ca rezultat al calculului (vizualizării) într-un editor tridimensional este rezultatul calculelor matematice conform unui algoritm dat. Este dificil pentru dezvoltatorii de software să găsească un algoritm care să ajute la descrierea tuturor proceselor fizice care au loc în viața reală. Prin urmare, modelarea mediului se sprijină pe umerii artistului 3D însuși. Există un anumit set de reguli pentru crearea unei imagini 3D realiste. Indiferent de editorul 3D în care lucrați și de complexitatea scenelor pe care le creați, acestea rămân aceleași. Rezultatul lucrului într-un editor 3D este un fișier static sau o animație. În funcție de care va fi produsul final în cazul dvs., abordările pentru crearea unei imagini realiste pot diferi.

Să începem cu compoziția

Amplasarea obiectelor într-o scenă 3D este de mare importanță pentru rezultatul final. Acestea ar trebui să fie poziționate astfel încât privitorul să nu fie pierdut atunci când privește o parte a obiectului care apare accidental în cadru, dar să poată recunoaște toate componentele scenei la prima vedere. Când creați o scenă 3D, trebuie să acordați atenție poziției obiectelor față de camera virtuală. Rețineți că obiectele situate mai aproape de obiectivul camerei par mai mari ca dimensiune. Prin urmare, trebuie să vă asigurați că obiectele de aceeași dimensiune sunt pe aceeași linie. Indiferent de intriga unei scene 3D, aceasta trebuie să reflecte în mod necesar consecințele unor evenimente care s-au petrecut în trecut. Deci, de exemplu, dacă urmele cuiva duc la o casă acoperită cu zăpadă, atunci, uitându-se la o astfel de imagine, privitorul va concluziona că cineva a intrat în casă. Când lucrați la un proiect 3D, acordați atenție stării generale a scenei. Poate fi transmis printr-un element de decor bine ales sau o anumită gamă de culori. De exemplu, adăugarea unei lumânări la o scenă va sublinia romantismul decorului. Dacă modelezi personaje de desene animate, culorile ar trebui să fie strălucitoare, dar dacă modelezi un monstru dezgustător, alege nuanțe închise.

Nu uitați de detalii

Când lucrați la un proiect 3D, ar trebui să țineți întotdeauna cont de cât de vizibil este obiectul în scenă, cât de iluminat este etc. În funcție de aceasta, obiectul ar trebui să aibă un grad mai mare sau mai mic de detaliu. Lumea tridimensională este o realitate virtuală, în care totul seamănă cu peisaje de teatru. Dacă nu veți putea vedea partea din spate a obiectului, nu-l modelați. Dacă aveți un șurub cu piuliță înșurubată, nu modelați filetele de sub piuliță; dacă fațada casei este vizibilă în scenă, nu este nevoie să modelați interiorul; Dacă modelați o scenă de pădure de noapte, ar trebui să vă concentrați numai pe acele obiecte care sunt în prim-plan. Copacii situati in fundal vor fi aproape invizibili in imaginea randata, asa ca nu are sens sa ii modelezi pana la frunza.

Adesea, atunci când se creează modele tridimensionale, detaliile mici joacă aproape rolul principal, făcând obiectul mai realist. Dacă nu puteți obține realismul într-o scenă, încercați să creșteți nivelul de detaliu al obiectelor. Cu cât scena conține mai multe detalii, cu atât imaginea finală va arăta mai credibilă. Opțiunea de creștere a detaliilor scenei este aproape de câștig pentru toate, dar are un dezavantaj - un număr mare de poligoane, ceea ce duce la o creștere a timpului de redare. Puteți vedea că realismul unei scene depinde direct de nivelul de detaliu folosind acest exemplu simplu. Dacă creați trei modele de fire de iarbă într-o scenă și le vizualizați, imaginea nu va face nicio impresie asupra privitorului. Cu toate acestea, dacă acest grup de obiecte este clonat de mai multe ori, imaginea va arăta mai impresionantă. Puteți controla detaliile în două moduri: așa cum este descris mai sus (creșterea numărului de poligoane din scenă) sau creșterea rezoluției texturii. În multe cazuri, este logic să acordați mai multă atenție creării texturii, mai degrabă decât modelului obiectului în sine. În același timp, veți economisi resursele de sistem necesare pentru a reda modele complexe, reducând astfel timpul de randare. Este mai bine să faci o textură mai bună decât să crești numărul de poligoane. Un exemplu excelent de utilizare inteligentă a texturii este peretele unei case. Puteți modela fiecare cărămidă individual, ceea ce va necesita atât timp, cât și resurse. Este mult mai ușor să folosești o fotografie a unui zid de cărămidă.

Dacă trebuie să creați un peisaj

Una dintre cele mai dificile sarcini cu care se confruntă adesea designerii 3D este modelarea naturii. Care este problema creării mediului natural din jurul nostru? Ideea este că orice obiect organic, fie el un animal, o plantă etc., este eterogen. În ciuda structurii aparente simetrice, forma unor astfel de obiecte nu se pretează la nicio descriere matematică cu care se ocupă editorii 3D. Chiar și acele obiecte care, la prima vedere, au un aspect simetric, la o examinare mai atentă se dovedesc a fi asimetrice. Deci, de exemplu, părul de pe capul unei persoane este situat diferit pe partea dreaptă și stângă, cel mai adesea, el îl pieptănează spre dreapta, iar o frunză de pe o ramură de copac poate fi deteriorată de o omidă într-un loc etc. Cea mai bună soluție pentru simularea materiei organice în 3D poate fi considerată un algoritm fractal, care este adesea folosit în setările materialelor și diferitelor instrumente de modelare 3D. Acest algoritm este mai bun decât alte expresii matematice în simularea materiei organice. Prin urmare, atunci când creați obiecte organice, asigurați-vă că utilizați capacitățile algoritmului fractal pentru a le descrie proprietățile.

Subtilități ale creării materialelor

Materialele care sunt simulate în grafica 3D pot fi foarte diverse - de la metal, lemn și plastic la sticlă și piatră. Mai mult, fiecare material este determinat de un număr mare de proprietăți, inclusiv relieful suprafeței, specularitatea, modelul, dimensiunea și luminozitatea strălucirii etc. Când vizualizați orice textură, trebuie să vă amintiți că calitatea materialului din imaginea rezultată depinde foarte mult de mulți factori, inclusiv de parametrii de iluminare (luminozitatea, unghiul de incidență al luminii, culoarea sursei de lumină etc.), algoritmul de vizualizare. (tipul de redare utilizat și setările acestuia), rezoluția texturii raster. Metoda de proiectare a texturii pe un obiect este, de asemenea, de mare importanță. O textură aplicată fără succes poate „dezvălui” un obiect tridimensional ca o cusătură formată sau un model care se repetă în mod suspect. În plus, în realitate, obiectele nu sunt de obicei perfect curate, adică există întotdeauna urme de murdărie pe ele. Dacă modelați o masă de bucătărie, atunci, în ciuda faptului că modelul de pe pânza de bucătărie se repetă, suprafața sa nu ar trebui să fie aceeași peste tot - pânza de ulei poate fi purtată la colțurile mesei, poate avea tăieturi de la un cuțit, etc. Pentru a preveni ca obiectele dvs. 3D să arate nefiresc de curate, puteți utiliza hărți de murdărie realizate manual (de exemplu, Adobe Photoshop) și le puteți amesteca cu texturile originale pentru a crea un material „uzat” realist.

Adăugarea de mișcare

La crearea animației, geometria obiectelor joacă un rol mai important decât în cazul unei imagini statice. În timpul mișcării, privitorul poate vedea obiectele din diferite unghiuri, așa că este important ca modelul să arate realist din toate părțile. De exemplu, atunci când modelați copaci într-o scenă statică, puteți folosi un truc și vă simplifica sarcina: în loc să creați un arbore „adevărat”, puteți face două planuri perpendiculare care se intersectează și le puteți aplica o textură folosind o mască de transparență. Când creați o scenă animată, această metodă nu este potrivită, deoarece un astfel de arbore va arăta realist dintr-un singur punct și orice rotație a camerei va „dezvălui” falsul. În cele mai multe cazuri, odată ce obiectele 3D dispar din obiectivul camerei virtuale, cel mai bine este să le eliminați din scenă. În caz contrar, computerul va efectua o sarcină inutilă, calculând geometria invizibilă.

Al doilea lucru care trebuie luat în considerare la crearea scenelor animate este mișcarea în care se află majoritatea obiectelor în realitate. De exemplu, draperiile din cameră se leagănă în vânt, acționările ceasului se mișcă etc. Prin urmare, la crearea animației, este necesar să se analizeze scena și să se identifice acele obiecte pentru care este necesar să se stabilească mișcare. Apropo, mișcarea adaugă realism scenelor statice. Cu toate acestea, spre deosebire de cele animate, în ele mișcarea ar trebui ghicită în lucruri mărunte înghețate - într-o cămașă care alunecă de pe spătarul unui scaun, o omidă care se târăște pe un trunchi, un copac îndoit de vânt. În timp ce crearea de animații realiste pentru obiecte de scenă mai simple este relativ ușoară, simularea mișcării personajelor fără instrumente auxiliare este aproape imposibilă. În viața de zi cu zi, mișcările noastre sunt atât de naturale și obișnuite încât nu ne gândim, de exemplu, dacă să ne aruncăm capul pe spate când râdem sau să ne aplecăm când trecem pe sub un baldachin jos. Modelarea unui astfel de comportament în lumea graficii tridimensionale este asociată cu multe capcane, iar recrearea mișcărilor, și în special a expresiilor faciale, ale unei persoane nu este atât de ușoară. De aceea, pentru a simplifica sarcina, se folosește următoarea metodă: un număr mare de senzori sunt atârnați pe corpul uman, care înregistrează mișcarea oricărei părți a acestuia în spațiu și trimit un semnal corespunzător către computer. El, la rândul său, prelucrează informația primită și o folosește în raport cu vreun model scheletic al personajului. Această tehnologie se numește captura de mișcare. La mutarea carcasei, care este plasată pe baza scheletului, este necesar să se țină cont și de deformarea musculară. Pentru animatorii 3D implicați în animația personajelor, va fi util să studieze anatomia pentru a înțelege mai bine sistemele osoase și musculare.

Iluminarea nu este doar lumină, ci și umbre

Crearea unei scene cu iluminare realistă este o altă provocare care trebuie depășită pentru a oferi imaginii finale un realism mai mare. În lumea reală, razele de lumină sunt reflectate și refractate în mod repetat de obiecte, rezultând umbrele proiectate de obiecte având în general granițe neclare și neclare. Aparatul de redare este responsabil în principal pentru calitatea afișării umbrelor. Există cerințe separate pentru umbrele aruncate într-o scenă. Umbra aruncată dintr-un obiect poate spune multe - cât de sus este deasupra solului, care este structura suprafeței pe care cade umbra, ce sursă a iluminat obiectul etc. Dacă uiți de umbre într-o scenă, o astfel de scenă nu va arăta niciodată realistă, deoarece în realitate fiecare obiect are propria sa umbră. În plus, o umbră poate sublinia contrastul dintre prim-plan și fundal, precum și „emite” un obiect care nu se află în câmpul vizual al lentilei camerei virtuale. În acest caz, privitorului i se oferă posibilitatea de a-și imagina mediul înconjurător al scenei. De exemplu, pe cămașa unui personaj tridimensional, el poate vedea o umbră care cădea din ramuri și frunze și poate ghici că există un copac care crește pe partea opusă a punctului de tragere. Pe de altă parte, prea multe umbre nu vor face imaginea mai realistă. Asigurați-vă că subiectul nu aruncă umbre de la sursele de lumină auxiliare. Dacă în scenă există mai multe obiecte care emit lumină, cum ar fi felinarele, atunci toate elementele scenei ar trebui să arunce umbre din fiecare dintre sursele de lumină. Cu toate acestea, dacă într-o astfel de scenă veți folosi surse de lumină auxiliare (de exemplu, pentru a evidenția zonele întunecate ale scenei), nu este nevoie să creați umbre din aceste surse. Sursa auxiliară ar trebui să fie invizibilă pentru privitor, iar umbrele își vor dezvălui prezența.

Când creați o scenă, este important să nu exagerați cu numărul de surse de lumină. Este mai bine să petreci puțin timp alegând cea mai bună poziție pentru el decât să folosești mai multe surse de lumină unde te poți descurca doar cu una. În cazul în care este necesară utilizarea mai multor surse, asigurați-vă că fiecare dintre ele aruncă umbre. Dacă nu puteți vedea umbrele unei surse de lumină, atunci poate că o altă sursă, mai puternică, le supraexpune. Când aranjați sursele de lumină într-o scenă, asigurați-vă că acordați atenție culorii lor. Sursele de lumină naturală au o nuanță albastră, dar pentru a crea o sursă de lumină artificială trebuie să îi dai o culoare gălbuie. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că culoarea sursei care simulează lumina zilei depinde și de ora din zi. Prin urmare, dacă intriga scenei implică seara, iluminarea poate fi, de exemplu, în nuanțele roșiatice ale apusului.

Cel mai important lucru este calculul greșit

Vizualizarea este etapa finală și, desigur, cea mai importantă în crearea unei scene tridimensionale. Editorul de grafică 3D calculează imaginea, ținând cont de geometria obiectelor, de proprietățile materialelor din care sunt realizate, de locația și parametrii surselor de lumină etc. Dacă comparăm lucrul în 3ds max cu filmarea video, atunci valoarea motorului de randare poate fi comparată cu filmul pe care este filmat materialul. Așa cum două filme de la companii diferite pot produce fotografii luminoase și estompate, rezultatul muncii dvs. poate fi realist sau numai satisfăcător, în funcție de algoritmul de redare a imaginii pe care îl alegeți. Existența unui număr mare de algoritmi de vizualizare a determinat o creștere a numărului de randere externe conectate. Adesea, același renderer poate fi integrat cu diferite pachete de grafică 3D. În ceea ce privește viteza și calitatea imaginii redate, vizualizatoarele externe, de regulă, sunt superioare aparatului de redare standard al editorilor 3D. Cu toate acestea, este imposibil să dați un răspuns clar la întrebarea care dintre ele dă cel mai bun rezultat. Conceptul de „realism” în acest caz este subiectiv, deoarece nu există criterii obiective prin care să se poată evalua gradul de realism al vizualizatorului.

Cu toate acestea, putem spune cu siguranță că pentru ca imaginea finală să fie mai realistă, algoritmul de vizualizare trebuie să țină cont de toate caracteristicile propagării undelor luminoase. După cum am spus mai sus, atunci când o rază de lumină lovește obiecte, este reflectată și refractată de multe ori. Este imposibil să se calculeze iluminarea în fiecare punct din spațiu, ținând cont de un număr infinit de reflexii, așa că pentru determinarea intensității luminii se folosesc două modele simplificate: Raytracing și metoda Global Illumination. Până de curând, cel mai popular algoritm de randare era trasarea razelor de lumină. Această metodă a constat în faptul că un editor tridimensional urmărea cursul unui fascicul emis de o sursă de lumină cu un număr dat de refracții și reflexii. Trasarea nu poate oferi o imagine fotorealistă deoarece algoritmul nu furnizează efectele causticelor reflectorizante și refractive (erupții rezultate din reflexia și refracția luminii), precum și proprietățile de împrăștiere a luminii. Astăzi, utilizarea metodei de iluminare globală este o condiție prealabilă pentru obținerea unei imagini realiste. Dacă trasarea calculează numai acele zone ale scenei în care cad razele de lumină, metoda de iluminare globală calculează împrăștierea luminii în zonele neluminate sau umbrite ale scenei pe baza unei analize a fiecărui pixel din imagine. Acest lucru ia în considerare toate reflexiile razelor de lumină în scenă.

Una dintre cele mai comune metode de calculare a iluminării globale este Photon Mapping. Această metodă implică calcularea iluminării globale pe baza creării unei așa-numite hărți fotonice - informații despre iluminarea scenei colectate folosind trasarea. Avantajul Photon Mapping este că, odată salvate ca hartă fotonică, rezultatele urmăririi fotonilor pot fi utilizate ulterior pentru a crea efecte de iluminare globale în scenele de animație 3D. Calitatea Iluminării Globale calculată folosind trasarea fotonilor depinde de numărul de fotoni, precum și de adâncimea de urmărire. Folosind Photon Mapping, puteți calcula și caustice. Pe lângă calcularea iluminării globale, rendererele externe vă permit să vizualizați materialele ținând cont de efectul împrăștierii sub suprafață (Sub-Surface Scattering). Acest efect este o condiție necesară pentru obținerea realismului în materiale precum piele, ceară, țesătură subțire etc. Razele de lumină care cad pe un astfel de material, pe lângă refracție și reflexie, sunt împrăștiate în materialul însuși, provocând astfel o ușoară strălucire din interior.

Un alt motiv pentru care imaginile redate folosind module de redare plug-in sunt mai realiste decât imaginile redate folosind algoritmi de randare standard este capacitatea de a utiliza efectele camerei. Acestea includ, în primul rând, adâncimea câmpului (Depth of Field), estomparea obiectelor în mișcare (motion blur). Efectul de adâncime a câmpului poate fi folosit atunci când doriți să atrageți atenția privitorului asupra unor detalii din scenă. Dacă o imagine conține un efect de adâncime a câmpului, privitorul va observa mai întâi elementele din scenă care sunt focalizate. Efectul de adâncime a câmpului poate fi util atunci când trebuie să vizualizați ceea ce vede un personaj. Folosind efectul de adâncime a câmpului, puteți concentra privirea personajului asupra unuia sau altui obiect. Efectul adâncimii câmpului este o componentă esențială a unei imagini realiste chiar și atunci când atenția în scenă este atrasă de un obiect mic - de exemplu, o omidă pe un trunchi. Dacă toate obiectele care intră în focalizare sunt la fel de clar desenate în imagine, inclusiv ramuri, frunze, trunchi și omida, atunci o astfel de imagine nu va arăta realistă. Dacă o astfel de scenă ar exista în realitate, iar filmarea ar fi efectuată nu cu o cameră virtuală, ci cu o cameră reală, ar fi focalizat doar obiectul principal - omida. Orice lucru aflat la distanță de el ar părea neclar. Prin urmare, o imagine tridimensională trebuie să aibă un efect de adâncime a câmpului.

Concluzie

Capacitățile hardware ale stațiilor de lucru cresc în fiecare zi, ceea ce face posibilă utilizarea instrumentelor pentru lucrul cu grafica 3D și mai eficient. În același timp, arsenalul de instrumente de editor grafic 3D este îmbunătățit. În același timp, abordările de bază pentru crearea de imagini fotorealiste rămân neschimbate. Respectarea acestor cerințe nu garantează că imaginea rezultată va fi similară cu fotografia. Cu toate acestea, ignorarea lor va duce cu siguranță la eșec. Crearea unei imagini fotorealiste în timp ce lucrați numai la un proiect 3D este o sarcină incredibil de dificilă. De regulă, cei care se dedică graficii 3D și lucrează cu ea profesional, se arată doar la una dintre etapele creării unei scene 3D. Unii cunosc toate complexitățile modelării, alții știu să creeze cu pricepere materiale, alții „văd” iluminarea corectă a scenelor etc. Prin urmare, atunci când începeți să lucrați cu 3D, încercați să găsiți zona în care vă simțiți cel mai încrezător și să vă dezvoltați talentele.

Sergey și Marina Bondarenko, http://www.3domen.com