リアルな画像は、さまざまなシーンで使用できる製品の高品質 (写真) コンピューター画像です。 通常、まだ設計されていないが製造されていない製品を宣伝するために使用されます。 ソリッド モデルに基づいて製品のリアルな画像を作成するためのサブシステム (Photo Works など) を使用すると、次のことが可能になります。 マテリアルのライブラリを使用して、表面プロパティ (色、テクスチャ、反射率、透明度) を設定します (ライブラリはユーザーが個別に補充できます) ）またはテクスチャ（写真、ロゴ）を追加し、風景を設定します（各モデルは、照明、影、背景などのプロパティを設定できるシーンに関連付けられています）。配置された光源に関する情報に基づいて、影と半影が生成されます。現実にはまだ存在しない構造物のコンピューター画像に並外れた信頼性を与えます。

自動作成設計した製品のプロトタイプ（ラピッドプロトタイピング）

これらの手法は、製品の生産に投入する前に製品の性能を確認するために、コンピュータモデルを使用して製品の実際のモデルを短時間で作成し、製品の生産にそのモデルを使用することを目的としています（たとえば、製品のモデルとして）。鋳造金型）。

原理は、製品の 3 次元モデルを作成し、それを別個の横方向 2 次元プロファイル、いわゆる薄い厚さ (0.1 ～ 0.5 mm) のスライスの形で提示し、そのパラメータが CNC に転送されることです。特別な複合体のシステムであり、各スライスの実際のモデルの助けを借りて、そのセットが製品の実際のモデル、つまりプロトタイプを形成します。 プロトタイプの作成は特別なベース (基板) 上で実行され、各セクションを作成した後、そのセクションの厚さまで下げられます。 この方法に基づいて、プロトタイプを作成するための多くの方法が開発されています。

光造形;

固体コーティング;

特別な紙または箔の層から。

レーザーを使用した選択焼結。

融合することで。

光造形(光造形 -STL)。 プロトタイプは、液体ポリマー (いわゆるフォトポリマー) で満たされた容器内の基板上に作成されます。液体ポリマーは、熱の影響で硬化します。 レーザービーム。 レーザーは作業体に取り付けられ、その動作は CNC システムによって制御されます。 レーザー移動プログラムは、製品の 3 次元ソリッド モデルの各層のセクションに基づいてコンパイルされます。 レーザーが次の層を走査し、その結果、この領域でポリマーが硬化します。その後、基板がセクションの厚さまで下げられ、製品のプロトタイプが作成されるまで、このプロセスが次のセクションに対して実行されます。

ソリッドコーティング方式(ソリッド グラウンド キュアリング - SGC) はレーザーの使用を必要とせず、マスクの作成とフォトポリマーの層の塗布という 2 つの並行プロセスを必要とします。 マスクの作成は、透明なマスクプレート上に紫外線を通さない材料を静電蒸着する方法を使用して、3次元ソリッドモデルのスライスごとに実行されます。 次に、液体ポリマーが基板に塗布され、紫外線の影響で硬化します。 マスクを備えたプレートをフォトポリマーを備えた基板上に置き、マスクを通して紫外線をフォトポリマーに照射します。その結果、フォトポリマーの照射領域が硬化します。 その後、未硬化のフォトポリマーが除去され、その場所にワックスなどの低融点材料の層が塗布され、反りを軽減します。 マスクがプレートから除去され、モデルの後続の層のセクションに対応する次のマスクが作成されます。 このプロセスが繰り返されます。 プロトタイプの製造サイクルの最後に、低融点材料の層が熱い液体で除去されます。

プロセス 特殊な紙や箔の層からオブジェクトを作成する（積層物体の製造 - LOM）は、接着剤組成物でコーティングされており、レーザーの使用が必要です。 各層は、紙を作業領域に送り込み、対応するカットの輪郭をレーザービームで切り出し、ホットローラーで転がして前の層に貼り付けることによって作成されます。 材質：合成箔、アルミ箔、セラミック箔、炭素繊維布。

レーザーによる選択焼結(選択的レーザー焼結 - SLS) は、熱可塑性材料から粉末の層を順次塗布し、プログラム制御されたレーザーからのレーザー ビームの影響下で各層を焼結することで構成されます。 使用される材料は粉末材料であり、原理的には熱可塑性プラスチック、精密鋳造ワックス、金属、鋳物砂などのあらゆる熱可塑性材料に使用できます。

融合によるオブジェクトの作成溶融堆積モデリング (FDM) はレーザーの使用を必要とせず、CNC デバイスを使用して実行される加熱ノズルを使用して熱可塑性材料を溶融して各層を作成することで構成されます。

材質：熱可塑性プラスチック、精密鋳造用の特殊ワックス。

3次元モデルを使用したシミュレーション手法による製品の計算

シミュレーションモデリング設計されたオブジェクトのモデルを作成し、実際の条件と制限の下でそれを実験することにあります。

CADでのシミュレーション設計されたオブジェクトのモデルを作成し、実際の生産の前にその機能を監視して、合理的なパラメータを見つけることによって実行されます。 運動学的シミュレーションと動的シミュレーションがあります。

運動学シミュレーション要素の移動中にオブジェクトの機能をチェックするために実行されます (衝突などのチェック)。 例: 制御アセンブリ、移動機構の操作。

動的シミュレーション物体に作用する荷重と温度が変化したときの物体の挙動を研究することによって実行されます。 オブジェクト要素の熱応力状態と変形が特定されます。 複雑な構成を持つ物体に関連するこのような計算において、数理物理の手法によって得られた解析モデルを使用することは、現時点では不可能です。この場合、適切性を侵害することが多い制限を受け入れる必要があるからです。 数学的モデル物体。 したがって、CAD でのダイナミック シミュレーションの問題を解決するには、次のような近似手法が使用されます。 有限要素法 (FEM) と有限差分法 (FDM)。実践が示しているように、FEM は CAD でのシミュレーション モデリングの問題を解決するための最も効果的な方法です。 この方法は、節点でのみ相互作用する、有限要素と呼ばれるいくつかの幾何学的に単純な図形のセットの形式で研究対象を表現することに基づいています。 有限要素を特定の方法 (オブジェクトの設計に応じて) に配置し、境界条件に従って固定することで、その形状がモデル化されるオブジェクトの特性によって決定され、さまざまな機械的要素を記述することが可能になります。構造も部品も。

強度に関する工学計算を行う場合、構造要素の強度信頼性のモデルを作成する段階は避けられません。 このようなモデルを使用すると、構造の材料と必要な寸法を選択し、外部の影響に対する耐性を評価することができます。

信頼性とは、必要な期間、指定された制限内でその機能を実行する製品の能力です。 強度の信頼性とは、破壊や許容できない変形、または一般に、ある意味での限界状態の開始に関連する故障がないことを指します。 信頼性の主な尺度は、製品が故障なく動作する確率です。

強度の信頼性を評価するためのもう 1 つのより一般的な値は、安全マージンです。 p を製品の性能パラメータ (たとえば、実効力、圧力、危険点での等価電圧など) とします。 この場合、安全マージンは比率と呼ばれます

ここで、Pcr は、違反するパラメータ P の臨界 (制限) 値です。 通常の仕事 product、Рmax - 動作条件下でのパラメータの最高値。 強度の信頼性条件は次のように記述されます。

ここで、[n] は安全率の許容値です。 許容安全マージンは、同様の構造 (プロトタイプ) を操作したエンジニアリング経験に基づいて割り当てられます。 多くの技術分野には、さまざまな動作条件に対して許容される安全マージンが規制されている強度基準があります。 通常の変化範囲 [n] は 1.3 (安定した荷重条件下) から 5 以上 (変動荷重および動的荷重下) の範囲です。 計算の実践では、分析的手法と数値的手法の両方が使用されます。 1 つ目は境界値問題を解決するための数学的手法に基づいていますが、これは通常複雑で時間がかかり、多くの場合、物体のかなり単純な幾何学的形状と荷重スキームに限定されます。 特に、有限差分法、境界積分方程式法、境界要素法、有限要素法およびその他の方法を含む数値法は、逆に、物体の形状や構造によって制限されません。荷重のかけ方。 これは、強力なコンピューティング テクノロジの普及とともに、エンジニアリング環境におけるテクノロジの普及に貢献しています。

有限要素法の主な考え方は、任意の連続量 (変位、温度、圧力など) を以下から構成されるモデルで近似できるということです。 個々の要素(サイト)。

オブジェクトは、有限要素 (平面問題の場合は長方形、三角形、体積問題の場合は平行六面体、角柱、四面体) と呼ばれる単純な (幾何学的な観点からの) 図形のセットとして表されます。ノード。 要素は直線状または放物線状 (エッジの中央に節点がある) にすることができます。 これらの各要素について、検討中の連続量は区分的連続関数によって近似されます。この関数は、検討中の要素の有限数の点における検討中の連続量の値に基づいて構築されます。 この目的のために、線形 (1 次) 関数または放物線 (2 次) 関数が使用されます。

運動学的 (固定、変位) と静的 (荷重) の境界条件がノードに適用され、その結果としてボディが変形します。 各要素の平衡状態:

ここで、P は力ベクトル、U は変位ベクトル、は弾性係数 (ヤング率) E を含む有限要素の剛性マトリックスです。弾性変形に対する材料の抵抗を特徴付けるものです (発生する弾性変形に対する応力の比)。それによる）とポアソン比μ（縦方向に対する横方向の変形の比）。

すべての有限要素の剛性行列はグローバル剛性行列 [K] に結合され、節点での変位と力はそれぞれ変位 [U] と力の共通列 [P] に結合されます。

その結果、システムが構築される 線形方程式、ここで未知の変位は次のとおりです。

各ノードの変位を計算して連立方程式を解きます。 これは、1963 年に、この FEM が構造力学で知られるレイリー・リッツ法の変形の 1 つとみなせることが証明されたときに可能になりました。この方法では、位置エネルギーを最小限に抑えることで、問題を線形系に還元することができます。平衡方程式。 つまり、結果として得られる解は、変形した弾性システムの最小位置エネルギーに対応します。

変位はフックの法則により対応する応力に関係します。

得られた計算結果を視覚的に評価するために、得られたパラメータ（応力、ひずみ）の値の分布が等値線（パラメータ値が一定）の形で表示され、その色と彩度が変化します。パラメータ値に応じて。 また、物体の変形状態を視覚的に定性的に評価するために、変形を歪めて表示します。

3D モデリングとビジュアライゼーションは、製品やそのパッケージの製造時、また製品のプロトタイプの作成や 3D アニメーションの作成時に必要です。

したがって、3D モデリングおよび視覚化サービスは次の場合に提供されます。

• 身体的および 技術的特徴オリジナルのサイズ、素材、構成で作成される前の製品。
• 将来のインテリアの 3D モデルを作成する必要があります。

このような場合は、3D モデリングと視覚化の分野の専門家のサービスに頼る必要があります。

3Dモデル- 一体型コンポーネント 質の高いプレゼンテーション技術文書、および製品プロトタイプ作成の基礎となります。 当社の特徴は、モデリングからプロトタイピングまで、リアルな 3D オブジェクトを作成するための作業の全サイクルを実行できることです。 すべての作業を複合施設内で実行できるため、実行者の検索や新しい技術仕様の設定にかかる時間とコストが大幅に削減されます。

製品について言えば、トライアルシリーズのリリースや、小規模または工業規模でのさらなる生産のセットアップをお手伝いします。

「3Dモデリング」と「ビジュアライゼーション」の概念の定義

3Dグラフィックスまたは 3Dモデリング- コンピューター グラフィックス。技術空間で 3 次元オブジェクトを作成するために必要な技術とツールを組み合わせたもの。

テクニックは、3 次元のグラフィック オブジェクトを形成する方法として理解されるべきです。つまり、そのパラメータを計算し、「スケルトン」または 3 次元の詳細ではない形状を描画します。 部品の押し出し、延長、切断など。

ツールの下にはプロフェッショナルな 3D モデリング プログラムがあります。 まず第一に、SolidWork、ProEngineering、3DMAX、およびオブジェクトと空間の体積視覚化のためのその他のプログラムです。

ボリュームレンダリング構築された 3D モデルに基づいて 2 次元ラスター イメージを作成します。 本質的に、これは 3 次元グラフィック オブジェクトの最も現実的な画像です。

3Dモデリングの応用:

• 広告とマーケティング

将来の製品のプレゼンテーションには、3次元グラフィックスが不可欠です。 制作を開始するには、オブジェクトの 3D モデルを描画して作成する必要があります。 そして、その3Dモデルを基に、ラピッドプロトタイピング技術（3Dプリンティング、フライス加工、シリコンモールドキャスティング等）を用いて、将来の製品の現実的なプロトタイプ（サンプル）を作成します。

レンダリング（3Dビジュアライゼーション）後の画像は、パッケージデザインの開発や屋外広告、POS素材、展示スタンドのデザイン作成などに活用できます。

• 都市計画

3 次元グラフィックスの助けを借りて、最小限のコストで都市の建築と風景の最も現実的なモデリングが実現されます。 建物の建築とランドスケープデザインを視覚化することで、投資家や建築家は設計された空間における臨場感の効果を体験することができます。 これにより、プロジェクトの利点を客観的に評価し、欠点を取り除くことができます。

• 業界

現代の生産は、製品の生産前モデリングなしには想像できません。 3D テクノロジーの出現により、メーカーは材料を大幅に節約し、エンジニアリング設計にかかる財務コストを削減する機会を得ました。 3D モデリングを使用して、グラフィック デザイナーはパーツやオブジェクトの 3 次元イメージを作成します。これは、後でオブジェクトの型やプロトタイプを作成するために使用できます。

• コンピュータゲーム

3D テクノロジーは、10 年以上にわたってコンピューター ゲームの作成に使用されてきました。 プロのプログラムでは、経験豊富な専門家が手作業で 3D 風景やキャラクターのモデルを描画し、作成した 3D オブジェクトやキャラクターにアニメーションを付けたり、コンセプト アート (コンセプト デザイン) を作成したりします。

• シネマ

現代の映画業界全体が 3D 形式の映画に焦点を当てています。 このような撮影には、3D フォーマットで撮影できる特殊なカメラが使用されます。 さらに、3D グラフィックスの助けを借りて、映画業界向けに個々のオブジェクトや本格的な風景が作成されます。

• 建築とインテリアデザイン

建築における 3D モデリング技術は長い間確立されてきました。 最高の面。 今日、建物の 3 次元モデルの作成は、不可欠な設計属性となっています。 3D モデルに基づいて、建物のプロトタイプを作成できます。 さらに、建物の一般的な輪郭のみを再現したプロトタイプと、将来の構造の詳細なプレハブモデルの両方。

インテリアデザインでは、3Dモデリング技術を活用し、リノベーション後の自宅やオフィスの様子を顧客が確認できる。

• アニメーション

3D グラフィックスを使用して、アニメーション キャラクターを作成して「動かす」ことができ、複雑なアニメーション シーンを設計することで、本格的なアニメーションビデオを作成することもできます。

3D モデル開発の段階

3D モデルの開発はいくつかの段階で行われます:

1. モデル ジオメトリのモデリングまたは作成

私たちは、オブジェクトの物理的特性を考慮せずに、3 次元の幾何学モデルを作成することについて話しています。 次のテクニックが使用されます。

• 押し出し;
• 修飾子;
• ポリゴンモデリング。
• 回転。

2. オブジェクトのテクスチャリング

将来のモデルのリアリズムのレベルは、テクスチャを作成するときのマテリアルの選択に直接依存します。 3D グラフィックスを扱う専門的なプログラムには、リアルな画像を作成するための実質的に無限の可能性があります。

3. ライトと観察ポイントの設置

3D モデルを作成する際に最も難しい段階の 1 つ。 結局のところ、画像のリアルな認識は、光の色調、明るさレベル、シャープネス、影の深さの選択に直接依存します。 また、対象物の観測点を選択する必要があります。 これは、人間の身長と同じ高さからオブジェクトのビューを選択することによって、鳥瞰図や空間を拡大縮小して、そこに存在しているかのような効果を実現することができます。+

4. 3D ビジュアライゼーションまたはレンダリング

3Dモデリングの最終段階。 これは、3D モデルの表示設定の詳細で構成されます。 つまり、グレア、フォグ、輝きなどのグラフィック特殊効果を追加します。 ビデオレンダリングの場合、キャラクター、細部、風景などの 3D アニメーションの正確なパラメータが決定されます。 （色の変化、輝きなどの時間）。

同じ段階で、視覚化設定の詳細が決定されます。必要な 1 秒あたりのフレーム数と最終ビデオの拡張子が選択されます (DivX、AVI、Cinepak、Indeo、MPEG-1、MPEG-4、MPEG-2 など)。 、WMVなど）。 2 次元のラスター画像を取得する必要がある場合、画像の形式と解像度が決まります。主に JPEG、TIFF、または RAW です。

5. ポストプロダクション

メディアエディターを使用してキャプチャした画像とビデオを処理する - アドビフォトショップ、Adobe Premier Pro (または Final Cut Pro/ ソニーベガス)、GarageBand、Imovie、Adobe After Effects Pro、 アドビイラストレーター、Samplitude、SoundForge、Wavelab など。

ポストプロダクションは、メディア ファイルにオリジナルの視覚効果を与えることで構成されます。その目的は、潜在的な消費者の意識を刺激し、印象を与え、興味を呼び起こし、長い間記憶に残るようにすることです。

鋳造工場での 3D モデリング

鋳造生産において、3D モデリングは徐々に製品作成プロセスに不可欠な技術要素になりつつあります。 金型への鋳造について言えば、3D モデリング技術と 3D プロトタイピングを使用して、そのような金型の 3D モデルが作成されます。

しかし、今日ではシリコーン型での鋳造も同様に人気が高まっています。 で この場合- 3D モデリングと視覚化は、オブジェクトのプロトタイプの作成に役立ち、それに基づいてシリコンまたはその他の素材 (木材、ポリウレタン、アルミニウムなど) から型が作成されます。

3D視覚化手法（レンダリング）

1. ラスタライズ。

最も重要なものの 1 つ 簡単な方法レンダリング。 使用する場合は追加で 視覚効果(たとえば、観測点を基準とした物体の色と影)。

2. レイキャスティング。

3D モデルは、人間の高さ、鳥瞰図など、特定の事前に決定された点から表示されます。 観測点から光線が送られ、通常の 2D 形式で見た場合のオブジェクトの明暗が決まります。

3. レイトレーシング。

このレンダリング方法は、光線がサーフェスに当たると、反射、影、屈折の 3 つのコンポーネントに分割されることを意味します。 これが実際にピクセルの色を形成します。 さらに、画像のリアルさは分割数に直接依存します。

4. パストレース。

最も重要なものの 1 つ 複雑なメソッド 3D ビジュアライゼーション。 この 3D レンダリング方法を使用すると、光線の伝播は光伝播の物理法則に可能な限り近くなります。 これにより、最終画像の高いリアリズムが保証されます。 この方法はリソースを大量に消費することに注意してください。

当社は、3D モデリングとビジュアライゼーションの分野であらゆるサービスを提供します。 当社には、さまざまな複雑さの 3D モデルを作成するためのあらゆる技術的能力があります。 また、当社には 3D ビジュアライゼーションとモデリングの豊富な経験があり、当社のポートフォリオや、まだサイトに掲載されていない他の作品 (リクエストに応じて) を検討することで、個人的に検証することができます。

ブランド代理店コロロ試作品や小規模生産のサービスをご提供いたします。 これを行うために、当社の専門家は、お客様が必要とするオブジェクト (パッケージ、ロゴ、キャラクター、製品の 3D サンプル、鋳型など) の最も現実的な 3D モデルを作成し、それに基づいて製品のプロトタイプを作成します。作成されました。 作業のコストは 3D モデリング オブジェクトの複雑さに直接依存し、個別に検討されます。

おそらくこの記事は、実際の寸法、高さ、幅が表示されるコンピューター モニターまたはモバイル デバイスの画面で読んでいると思います。 しかし、たとえば漫画のトイ・ストーリーを見たり、ゲームをしたりすると、 トゥームレイダー、三次元の世界が見えます。 3D 世界の最も驚くべき点の 1 つは、あなたが見ている世界が、私たちが住んでいる世界、明日住む世界、あるいは映画やゲームのクリエイターの心の中にだけ存在する世界である可能性があるということです。 そして、これらすべての世界は 1 つの画面にのみ表示できます。これは少なくとも興味深いことです。
コンピューターはどのようにして私たちの目をだまして、私たちが何かを見ているときにそう思わせるのでしょうか？ フラットスクリーン描かれている絵の深さがわかりますか？ ゲーム開発者は、実際の風景の中で実際のキャラクターが動き回るのをどのようにして確認しているのでしょうか? 今日は、グラフィックデザイナーが使用する視覚的なトリックと、それがどのようにデザインされ、私たちにとってとてもシンプルに見えるのかについてお話します。 実際、すべてが単純ではありません。3D グラフィックスが何であるかを知るには、カットに移動してください。そこには魅力的なストーリーがあり、前例のない喜びに浸ることができると確信しています。

画像を立体的にするものは何でしょうか?

高さ、幅、奥行きがある、またはあるように見える画像は 3 次元 (3D) です。 高さと幅はあるが奥行きがない画像は 2 次元 (2D) です。 二次元画像がどこで見つかるか教えてください。 - ほぼどこでも。 トイレのドアにある、男女別の個室を示すよくあるマークも覚えておいてください。 記号は一目で認識できるようにデザインされています。 そのため、最も基本的な形式のみが使用されます。 シンボルに関する詳細な情報により、ドアにぶら下がっている小さな人がどのような服を着ているか、髪の色がわかります。たとえば、女子トイレのドアの象徴性などです。 これは、3D グラフィックスと 2D グラフィックスの使用方法の主な違いの 1 つです。2D グラフィックスはシンプルで記憶に残りますが、3D グラフィックスはより詳細な情報を使用し、一見普通のオブジェクトに非常に多くの情報を詰め込みます。

たとえば、三角形には 3 本の線と 3 つの角があります。これらはすべて、三角形が何で構成され、一般に何を表しているかを示すために必要です。 しかし、三角形を反対側から見てください。ピラミッドは 4 つの三角形の側面を持つ 3 次元構造です。 この場合、すでに 6 本の線と 4 つの角があることに注意してください。これがピラミッドを構成しているものです。 普通の物体がどのようにして 3 次元になり、三角形やピラミッドのストーリーを伝えるために必要なさらに多くの情報が含まれるかを見てみましょう。

何百年もの間、アーティストは、平らな 2D 画像を現実の 3D 世界への窓のように見せる視覚的なトリックをいくつか使用してきました。 スキャンしてコンピューターのモニターで表示できる通常の写真でも同様の効果が見られます。写真内の物体は、遠くにあるほど小さく見えます。 カメラのレンズに近いオブジェクトには焦点が合っています。つまり、焦点が合っているオブジェクトの背後にあるものはすべてぼやけています。 被写体が近くにないと、色の鮮やかさが薄れる傾向があります。 今日、コンピューター上の 3D グラフィックスについて話すとき、それは動く画像のことを指します。

3Dグラフィックスとは何ですか?

私たちの多くにとって、ゲームとは パソコン, モバイルデバイスあるいはさらに進んだ ゲームシステム- 最も印象的な例であり、3 次元グラフィックスについて考える一般的な方法です。 これらのコンピュータで生成されたゲームやクールな映画はすべて、リアルな 3D シーンを作成して表示するために 3 つの基本的な手順を経る必要があります。

1. 仮想 3D 世界の作成
2. 世界のどの部分を画面に表示するかを決定する
3. 画像全体ができるだけリアルに見えるように、画面上のピクセルがどのように見えるかを決定します。

仮想 3D 世界の作成
もちろん、仮想 3D 世界は現実世界と同じではありません。 仮想 3D 世界の作成は、現実の世界に似た世界をコンピュータで視覚化する複雑な作業であり、その作成に使用されます。 多数のこれは非常に詳細な情報を意味します。 たとえば、現実世界のごく一部、つまり手とその下のデスクトップを考えてみましょう。 あなたの手には、それがどのように動き、外部に現れるかを決定する特別な性質があります。 指の関節は手のひらに向かってのみ曲がり、反対側には曲がりません。 テーブルに当たった場合、テーブルには何も起こりません。テーブルはしっかりしています。 したがって、手がデスクトップを通過することはできません。 この命題が正しいことは、自然のものを見ることで証明できますが、仮想の 3 次元世界では状況がまったく異なります。仮想世界には自然は存在せず、たとえば、手のような自然なものも存在しません。 仮想世界のオブジェクトは完全に合成されています。これらは、以下を使用してオブジェクトに与えられる唯一のプロパティです。 ソフトウェア。 プログラマーは特別なツールを使用し、すべてが常に特定の方法で動作するように細心の注意を払って 3D 仮想世界を設計します。

仮想世界のどの部分が画面に表示されますか?
常に、画面にはコンピューター ゲーム用に作成された仮想 3D 世界のほんの一部しか表示されません。 画面に表示されるのは、世界を定義する方法の特定の組み合わせであり、どこに行き、何を見るかを決定します。 前後、上、下、左、右のどこに行っても、特定の位置にいるときに何が見えるかは、周囲の仮想 3D 世界によって決まります。 あなたが見ているものは、あるシーンから次のシーンまで意味があります。 方向に関係なく、同じ距離から物体を見ると、高く見えるはずです。 すべての物体は、実際の物体と同じ質量がある、本物の物体と同じくらい硬い、または柔らかい、などと思われるような見た目と動きをする必要があります。

書くプログラマー コンピュータゲームでは、3D 仮想世界の開発に多大な労力を費やし、「この世界ではありえない!」と思われるものに遭遇することなく歩き回れるようにしています。 最も避けたいのは、相互に通過できる 2 つの固体オブジェクトです。 これは、あなたが見ているものはすべて偽物であることをはっきりと思い出させます。 3 番目のステップには、少なくとも他の 2 つのステップと同じくらい多くの計算が含まれており、これもリアルタイムで実行する必要があります。

照明と遠近感

部屋に入ると電気がつきます。 おそらく、ランプが実際にどのように機能するのか、ランプからの光がどのように部屋中に伝わるのかについて疑問に思うことに多くの時間を費やすことはないでしょう。 しかし、3D グラフィックスを扱う人は、すべてのサーフェスや周囲のワイヤーフレームなどを照らす必要があるため、これについて考慮する必要があります。 1 つの方法であるレイ トレーシングには、光線が電球から出て、鏡、壁、その他の反射面で反射し、最終的にさまざまな角度からさまざまな強度でオブジェクトに到達するまでの経路のセクションが含まれます。 1 つの電球で 1 つのビームを生成できるため、これは困難ですが、ほとんどの部屋では、複数のランプ、天井ランプ (シャンデリア)、フロアランプ、窓、キャンドルなど、複数の光源が使用されます。

照明は、次の 2 つの効果において重要な役割を果たします。 外観、オブジェクトの重量と外部強度: 陰影と影。 最初の効果であるシェーディングは、オブジェクトの一方の側からもう一方の側からより多くの光が当たることです。 シェーディングは被写体に自然さを与えます。 この陰影により、ブランケットのひだは深く柔らかくなり、高い頬骨が印象的に見えます。 光の強さのこれらの違いは、オブジェクトに高さと幅だけでなく奥行きがあるという全体的な錯覚を強化します。 質量の錯覚は 2 番目の効果である影から生じます。

固体は光が当たると影を落とします。 これは、日時計や木が歩道に落とす影を観察するとわかります。 したがって、私たちは現実の物体や人が影を落としているのを見ることに慣れています。 3D では、影が再び錯覚を強化し、数学的に生成された形状の画面内ではなく、現実世界にいるかのような効果を生み出します。

視点
遠近感という 1 つの単語にはさまざまな意味がありますが、実際には誰もが見た単純な効果を表しています。 長くまっすぐな道路の脇に立って遠くを見ると、道路の両側が地平線上の一点に集まっているかのように見えます。 また、木が道路の近くにある場合、遠くにある木は近くにある木よりも小さく見えます。 実際には、道路の近くに形成される地平線上の特定の点に木々が集まっているように見えますが、実際はそうではありません。 シーン内のすべてのオブジェクトが遠くの 1 点に集まって見える場合、これが遠近法です。 この効果にはさまざまなバリエーションがありますが、ほとんどの 3D グラフィックスでは、今説明したのと同じ視点が使用されます。

被写界深度

3 次元のグラフィック オブジェクトを作成するためにうまく使用されているもう 1 つの光学効果は、被写界深度です。 木の例を使用すると、上記に加えて、次のようなものがあります。 面白いこと。 近くの木を見ると、遠くの木はピントが合っていないように見えます。 映画監督とコンピューター アニメーターは、この効果である被写界深度を 2 つの目的で使用します。 1 つ目は、ユーザーが見ているシーンの奥行きの錯覚を強化することです。 2 番目の目的は、監督が被写界深度を使用して、最も重要と考えられる被写体や俳優に注意を集中させることです。 たとえば、映画のヒロイン以外の人物に注目を集めるには、俳優だけに焦点が合う「浅い被写界深度」が使用されることがあります。 印象に残るように設計されたシーンでは、代わりに「深い被写界深度」を使用して、できるだけ多くのオブジェクトに焦点が合い、視聴者に見えるようにします。

スムージング

同様に目をだますことに依存するもう 1 つの効果は、アンチエイリアシングです。 デジタル グラフィック システムは、鮮明な線を作成するのが非常に得意です。 しかし、斜めの線が優位に立つこともあります (斜めの線は現実世界では頻繁に現れますが、コンピューターははしごを彷彿とさせる線を再現します) (画像オブジェクトを詳しく調べると、はしごが何であるかがわかると思います) ））。 したがって、滑らかな曲線や線が見えるように目をだますために、コンピュータは追加することができます。 特定の色合い線を囲むピクセルの行に色を配置します。 このピクセルの「灰色」により、コンピュータは実際にあなたの目を欺き、その間、あなたはギザギザのステップがもう存在しないと思います。 目をだますために余分な色のピクセルを追加するこのプロセスはアンチエイリアスと呼ばれ、3D コンピューター グラフィックスによって手動で作成される手法の 1 つです。 コンピューターにとってもう 1 つの困難なタスクは 3D アニメーションの作成です。その例については次のセクションで説明します。

実際の例

上で説明したすべてのトリックを組み合わせて使用​​して、驚くほどリアルなシーンを作成すると、努力に見合った結果が得られます。 最新のゲーム、映画、機械生成オブジェクトが写真の背景と組み合わされて錯覚を高めます。 写真とコンピューターで生成されたシーンを比較すると、驚くべき結果がわかります。

上の写真は、歩道を入り口として使用している一般的なオフィスです。 次の写真の 1 つは、シンプルな無地のボールを歩道に置き、その様子を撮影したものです。 3番目の写真はコンピューターの使用を表しています グラフィックスプログラム、この写真には実際には存在しないボールを実際に作成しました。 これら 2 つの写真の間に大きな違いがあることがわかりますか? そうではないと思います。

アニメーションと実写の外観の作成

これまで、あらゆることを強制するツールを見てきました。 デジタル画像画像が静止画であっても、アニメーション シーケンスの一部であっても、よりリアルに見えます。 それがアニメーション シーケンスの場合、プログラマーやデザイナーはさらにさまざまな視覚トリックを使用して、コンピュータで生成された画像ではなく「実写」の外観を作成します。

1秒あたり何フレーム?
地元の映画館に大ヒット映画を見に行くとき、フレームと呼ばれる一連の画像が 24 フレーム/秒で実行されます。 私たちの網膜は 1/24 秒よりわずかに長く画像を保持するため、ほとんどの人の目はフレームを動きと動作の 1 つの連続した画像にブレンドします。

私が今書いたことを理解できない場合は、次のように見てみましょう。これは、ムービーの各フレームが 1/24 秒のシャッター スピード (露出) で撮影された写真であることを意味します。 したがって、レース映画の多くのフレームのうちの 1 つを見ると、カメラのシャッターが開いている間に高速で走行したため、一部のレーシング カーが「ぼやけている」ことがわかります。 速い動きによって生み出されるこのぼやけは、私たちが見慣れているものであり、スクリーン上で画像を見たときに、私たちにとってその画像をリアルなものにする要素の一部です。

ただし、デジタル 3D 画像はあくまでも写真ではないため、撮影中に被写体がフレーム内で動いてもブレは発生しません。 画像をよりリアルにするには、プログラマーが明示的にブラーを追加する必要があります。 一部のデザイナーは、この自然なブラーの欠如を「克服」するには 1 秒あたり 30 フレーム以上必要だと考えています。そのため、ゲームは次のレベル、つまり 1 秒あたり 60 フレームに押し上げられています。 これにより、個々の画像を詳細に表示し、動くオブジェクトをより小さな増分で表示できるようになりますが、特定のアニメーション アクション シーケンスのフレーム数が大幅に増加します。 他にも、リアリズムのために正確なコンピューター レンダリングを犠牲にしなければならない特定の画像があります。 これは動いている物体と静止している物体の両方に当てはまりますが、それは全く別の話です。

最後まで行きましょう

コンピュータ グラフィックスは、真にリアルな動くオブジェクトや動かないオブジェクトやシーンを幅広く作成および生成することで、全世界を驚かせ続けています。 80 列と 25 行のモノクロ テキストから、グラフィックスは大幅に進歩しました。その結果は明らかです。何百万人もの人々がゲームをプレイし、今日のテクノロジーを使ってさまざまなシミュレーションを実行しています。 新しい 3D プロセッサーもその存在感を際立たせます。それらのおかげで、私たちは文字通り他の世界を探索し、現実の生活では試す勇気がなかったことを体験できるようになります。 最後に、ボールの例に戻ります。このシーンはどのように作成されたのでしょうか? 答えは簡単です。画像にはコンピューターで生成されたボールが含まれています。 どちらが本物かを判断するのは簡単ではありませんね。 私たちの世界は素晴らしいので、私たちはそれに応えなければなりません。 興味深く、また興味深い情報を学んでいただければ幸いです。

3D グラフィックスでリアリズムを実現する方法

立体を使った作品 コンピュータグラフィックス、3Dデザイナーと、それがどのように行われたかについて漠然としたアイデアを持っている人々の両方の注目を同様に集めています。 最も成功した 3D 作品は、実際の撮影と区別できません。 このような作品は、原則として、それが何なのか、写真なのか、三次元の偽物なのかについて激しい議論を引き起こします。 有名な 3D アーティストの作品に触発されて、3D エディターは Photoshop と同じくらい簡単に習得できると信じて、多くの人が 3D エディターの学習を始めます。 一方、3Dグラフィックスを作成するプログラムは非常に難しく、習得には多くの時間と労力がかかります。 しかし、3D エディターのツールを勉強した後でも、初心者の 3D デザイナーにとってリアルなイメージを実現するのは簡単ではありません。 現場が「死んでいる」ように見える状況に陥った彼は、これに対する説明を常に見つけることができません。 どうしたの？

フォトリアリスティックなイメージを作成する際の主な問題は、環境を正確にシミュレートすることが難しいことです。 ３次元エディタでの計算（可視化）の結果として得られる画像は、所定のアルゴリズムに従った数学的な計算の結果である。 ソフトウェア開発者にとって、実生活で行われるすべての物理プロセスの記述に役立つアルゴリズムを見つけることは困難です。 したがって、環境のモデリングは 3D アーティスト自身の肩にかかっています。 リアルな 3D 画像を作成するには、一定のルールがあります。 どの 3D エディタで作業するか、作成するシーンの複雑さに関係なく、それらは変わりません。 3D エディタで作業した結果は、静的ファイルまたはアニメーションになります。 最終製品がどのようなものになるかによって、リアルな画像を作成するアプローチが異なる場合があります。

作曲から始めましょう

3D シーン内のオブジェクトの位置は、最終結果にとって非常に重要です。 これらは、視聴者がフレーム内に偶然現れたオブジェクトの一部を見たときに戸惑わず、一目でシーンのすべての構成要素を認識できるように配置する必要があります。 3D シーンを作成するときは、仮想カメラに対するオブジェクトの位置に注意する必要があります。 カメラのレンズに近い物体ほどサイズが大きく見えることに注意してください。 したがって、同じサイズのオブジェクトが同じ行上にあることを確認する必要があります。 3D シーンのプロットに関係なく、過去に起こったいくつかのイベントの結果を必然的に反映する必要があります。 したがって、たとえば、誰かの足跡が雪に覆われた家につながった場合、そのような写真を見ると、閲覧者は誰かが家に入ったと結論付けるでしょう。 3D プロジェクトに取り組むときは、シーン全体の雰囲気に注意してください。 それは、適切に選択された装飾要素や特定の範囲の色によって伝えることができます。 たとえば、シーンにキャンドルを追加すると、その設定のロマンスが強調されます。 漫画のキャラクターをモデリングしている場合は、色を明るくする必要がありますが、嫌なモンスターをモデリングしている場合は、暗い色合いを選択してください。

詳細を忘れないでください

3D プロジェクトで作業するときは、シーン内でのオブジェクトの可視性、明るさなどを常に考慮する必要があります。 これに応じて、オブジェクトの詳細度は多かれ少なかれ異なります。 三次元の世界は、 仮想現実、すべてが劇場の風景に似ています。 オブジェクトの背面が見えない場合は、モデル化しないでください。 ナットがねじ込まれたボルトがある場合は、ナットの下のねじ山をモデル化しないでください。 シーン内で家のファサードが表示されている場合は、インテリアをモデル化する必要はありません。 夜の森のシーンをモデリングしている場合は、前景にあるオブジェクトのみに焦点を当てる必要があります。 背景にある木はレンダリングされたイメージではほとんど見えないため、葉までモデリングするのは意味がありません。

多くの場合、3 次元モデルを作成する場合、小さなディテールがほぼ主要な役割を果たし、オブジェクトをより現実的にします。 シーンでリアリズムを実現できない場合は、オブジェクトの詳細レベルを上げてみてください。 シーンに含まれる詳細が多いほど、最終的な画像の見た目がより信頼できるものになります。 シーンの詳細を増やすオプションはほぼ双方にとって有利ですが、ポリゴンの数が多くなり、レンダリング時間の増加につながるという欠点が 1 つあります。 シーンのリアリズムが詳細レベルに直接依存していることを確認できます。 簡単な例。 シーン内に草の葉のモデルを 3 つ作成して視覚化した場合、その画像は見る人に何の印象も与えません。 ただし、このオブジェクトのグループを何度も複製すると、画像はより印象的に見えます。 詳細は 2 つの方法で制御できます。上記で説明したように (シーン内のポリゴンの数を増やす)、もう 1 つはテクスチャの解像度を上げることです。 多くの場合、オブジェクト モデル自体ではなくテクスチャの作成に注意を払う方が合理的です。 同時に、複雑なモデルのレンダリングに必要なシステム リソースを節約し、レンダリング時間を短縮します。 ポリゴン数を増やすよりも、より良いテクスチャを作成する方が良いでしょう。 テクスチャを巧みに使用した好例は、家の壁です。 各レンガを個別にモデル化できますが、これには時間とリソースの両方がかかります。 レンガの壁の写真を使用する方がはるかに簡単です。

風景を作る必要がある場合

3D デザイナーがしばしば対処しなければならない最も困難なタスクの 1 つは、自然のモデリングです。 私たちの周りの自然環境を創造する上で何が問題になっているのでしょうか？ 重要なのは、動物であれ植物であれ、あらゆる有機物は異種であるということです。 見かけの対称構造にもかかわらず、そのようなオブジェクトの形状は、3D エディターが扱う数学的記述には適していません。 一見すると対称的に見える物体でも、よく観察すると非対称であることがわかります。 したがって、たとえば、人の頭髪の位置は右側と左側で異なります。多くの場合、右側でとかしますし、木の枝の葉はどこかで毛虫によって損傷される可能性があります。 最も 最良の解決策有機物を 3D でシミュレートするには、マテリアルの設定やさまざまな 3D モデリング ツールでよく使用されるフラクタル アルゴリズムを検討できます。 このアルゴリズムは、有機物のシミュレーションにおいて他の数式よりも優れています。 したがって、有機オブジェクトを作成するときは、必ずフラクタル アルゴリズムの機能を使用してそのプロパティを記述してください。

素材作りの繊細さ

3D グラフィックスでシミュレートされるマテリアルは、金属、木材、プラスチックからガラスや石に至るまで、非常に多様です。 この場合、それぞれの材質が決まります。 多数の表面レリーフ、鏡面性、パターン、グレアのサイズと明るさなどの特性。 テクスチャを視覚化するときは、結果として得られる画像のマテリアルの品質が、照明パラメータ (明るさ、光の入射角、光源の色など)、視覚化アルゴリズムなどの多くの要因に大きく依存することを覚えておく必要があります。 (使用されるレンダラーのタイプとその設定)、ラスター テクスチャ解像度。 テクスチャをオブジェクトに投影する方法も非常に重要です。 テクスチャの適用に失敗すると、継ぎ目が形成されたり、疑わしい繰り返しパターンとして 3 次元オブジェクトが「残されてしまう」可能性があります。 さらに、実際には、物体は通常完全にきれいではなく、常に汚れの痕跡が残っています。 キッチンテーブルをモデル化している場合、キッチンオイルクロスのパターンが繰り返されているという事実にもかかわらず、その表面はどこでも同じであってはなりません - オイルクロスはテーブルの角で磨耗していたり​​、ナイフで切り傷があったり、等 3D オブジェクトが不自然にきれいに見えないようにするには、手作り (Adobe Photoshop など) のダート マップを使用し、元のテクスチャとブレンドして、リアルな「使い古された」マテリアルを作成できます。

モーションを追加する

アニメーションを作成する場合、オブジェクトのジオメトリは静止画像の場合よりも重要な役割を果たします。 移動中、観察者はさまざまな角度からオブジェクトを見ることができるため、モデルがあらゆる側面からリアルに見えることが重要です。 たとえば、静的シーンで木をモデリングする場合、トリックを使用してタスクを簡素化できます。「本物の」木を作成する代わりに、交差する 2 つの垂直面を作成し、透明マスクを使用してそれらにテクスチャを適用できます。 アニメーション シーンを作成する場合、この方法は適切ではありません。そのような木は 1 点からのみリアルに見え、カメラの回転によって偽物が「バレて」しまうからです。 ほとんどの場合、3D オブジェクトが仮想カメラのレンズから消えたら、シーンから削除するのが最善です。 そうしないと、コンピュータは目に見えないジオメトリを計算するという無駄なタスクを実行することになります。

アニメーション シーンを作成するときに考慮する必要がある 2 番目のことは、ほとんどのオブジェクトが現実に存在する動きです。 たとえば、部屋のカーテンが風で揺れたり、時計の針が動いたりします。 したがって、アニメーションを作成する場合は、シーンを分析し、動きを設定する必要があるオブジェクトを特定する必要があります。 ちなみに、動きがあると静止したシーンにリアリティが加わります。 しかし、アニメーション作品とは異なり、その動きは、椅子の背もたれからずり落ちたシャツ、幹を這う毛虫、風で曲がった木など、凍った小さなものから推測されるべきです。 単純なシーン オブジェクトのリアルなアニメーションを作成するのは比較的簡単ですが、補助ツールなしでキャラクターの動きをシミュレートすることはほぼ不可能です。 日常生活において、私たちの動作は非常に自然で習慣的なものであるため、たとえば、笑うときに頭を後ろに投げ出すべきか、低い天蓋の下を通過するときに腰をかがめるべきかなどとは考えません。 3 次元グラフィックスの世界でそのような動作をモデル化するには、多くの作業が必要になります。 落とし穴、人の動き、特に顔の表情を再現するのはそれほど簡単ではありません。 そのため、作業を簡素化するために、次の方法が使用されます。人体に多数のセンサーが吊り下げられ、空間内の任意の部分の動きを記録し、対応する信号をコンピューターに送信します。 次に、彼は受け取った情報を処理し、それをキャラクターの骨格モデルに関連付けて使用します。 この技術はモーションキャプチャと呼ばれます。 骨格ベース上に配置されたシェルを移動するときは、筋肉の変形も考慮する必要があります。 キャラクター アニメーションに携わる 3D アニメーターにとって、骨と筋肉のシステムをより深く理解するために解剖学を学ぶことは役に立ちます。

照明には光だけではなく影も含まれます

リアルな照明を使用してシーンを作成することは、最終的なイメージにさらにリアリズムを与えるために克服する必要があるもう 1 つの課題です。 現実の世界では、光線は物体によって反射と屈折を繰り返し、その結果、物体によって投影される影の境界は一般に曖昧でぼやけたものになります。 影表示の品質は主にレンダリング装置が担当します。 シーンに投影される影には別の要件があります。 物体から投じられる影は、地面からの高さ、影が落ちる表面の構造は何か、物体を照らす光源は何かなど、多くのことを物語ります。 シーン内の影を忘れてしまうと、実際にはすべてのオブジェクトに独自の影があるため、そのようなシーンは決してリアルに見えなくなります。 さらに、影は前景と背景のコントラストを強調したり、仮想カメラのレンズの視野にないオブジェクトを「目立たせる」ことができます。 この場合、視聴者にはシーンの周囲の環境を想像する機会が与えられます。 例えば、３次元キャラクターのシャツに枝葉から落ちる影が見え、撮影ポイントの反対側に木が生えていると推測することができる。 一方、影が多すぎると画像がよりリアルになりません。 被写体に補助光源の影が映らないように注意してください。 ランタンなど、光を放射するオブジェクトがシーン内に複数ある場合、シーンのすべての要素が各光源から影を落とす必要があります。 ただし、このようなシーンで補助光源を使用する場合 (たとえば、シーンの暗い領域を強調表示するため)、これらの光源からシャドウを作成する必要はありません。 補助ソースは見る人には見えないはずで、影によってその存在が明らかになります。

シーンを作成するときは、光源の数を増やしすぎないことが重要です。 少し時間を費やした方が良いです 可能な限り最善の方法で 1 つだけで済む複数の光源を使用するのではなく、その位置を選択します。 複数のソースを使用する必要がある場合は、それぞれのソースが影を落とすようにしてください。 光源の影が見えない場合は、別のより強力な光源によって露出オーバーになっている可能性があります。 シーン内に光源を配置するときは、その色に必ず注意してください。 日光の光源は青みがかっていますが、人工光源を作成するには黄色がかった色を与える必要があります。 日光を模倣した光源の色は時間帯にも依存することも考慮する必要があります。 したがって、シーンのプロットに夕方が含まれる場合、照明は、たとえば夕焼けの赤みがかった色合いになる可能性があります。

最も重要なのは計算間違いです

ビジュアライゼーションは、3 次元シーンを作成する最後の段階であり、もちろん最も重要な段階です。 3D グラフィックス エディタは、オブジェクトの幾何学形状、オブジェクトを作成する材料の特性、光源の位置とパラメータなどを考慮して画像を計算します。 3ds max での作業とビデオ撮影を比較すると、レンダリング エンジンの価値は、マテリアルが撮影されたフィルムと比較できます。 2つの映画とまったく同じ さまざまな会社選択した画像レンダリング アルゴリズムに応じて、明るい写真も色あせた写真も得られ、作業の結果は現実的なものになる場合もあれば、満足のいくものだけになる場合もあります。 多数の視覚化アルゴリズムの存在により、外部に接続されるレンダラーの数が増加しました。 多くの場合、同じレンダラーを異なる 3D グラフィックス パッケージと統合できます。 レンダリングされたイメージの速度と品質の点では、通常、外部ビジュアライザは 3D エディタの標準レンダリング装置よりも優れています。 ただし、どちらが最良の結果をもたらすかという質問に明確に答えることはできません。 この場合の「リアリズム」の概念は主観的なものです。ビジュアライザーのリアリズムの程度を評価できる客観的な基準がないからです。

ただし、最終的な画像をよりリアルにするためには、視覚化アルゴリズムが光波伝播のすべての特徴を考慮する必要があることは確かです。 上で述べたように、光線が物体に当たると、何度も反射および屈折します。 無限の反射を考慮して空間の各点の照明を計算することは不可能であるため、光の強度を決定するために 2 つの単純化されたモデル、レイトレーシングとグローバル イルミネーション方法が使用されます。 最近まで、最も人気のあるレンダリング アルゴリズムは光線追跡でした。 この方法は、3 次元エディターが、指定された数の屈折と反射を伴う光源から発せられたビームの経路を追跡するという事実から構成されていました。 このアルゴリズムでは、光の散乱特性だけでなく、反射および屈折コースティクス (光の反射および屈折によって生じるフレア) の効果も提供されないため、トレースではフォトリアリスティックなイメージを提供できません。 現在、グローバル イルミネーション手法の使用は、リアルな画像を取得するための前提条件となっています。 トレースが光線を受け取るシーンの領域のみを計算する場合、グローバル イルミネーション方法は、画像内の各ピクセルの分析に基づいて、シーンの照明が当たっていない領域または影になっている領域での光の散乱を計算します。 これには、シーン内の光線のすべての反射が考慮されます。

グローバル イルミネーションを計算するための最も一般的な方法の 1 つは、フォトン マッピングです。 この方法には、トレースを使用して収集されたシーンの照明に関する情報、いわゆるフォトン マップの作成に基づいてグローバル イルミネーションを計算することが含まれます。 フォトン マッピングの利点は、フォトン マップとして保存すると、フォトン トレーシングの結果を後で 3D アニメーション シーンでグローバル イルミネーション エフェクトを作成するために使用できることです。 フォトン トレーシングを使用して計算されるグローバル イルミネーションの品質は、フォトンの数とトレースの深さに依存します。 フォトン マッピングを使用すると、コースティクスを計算することもできます。 グローバル イルミネーションの計算に加えて、外部レンダラーを使用すると、表面下散乱 (表面下散乱) の効果を考慮してマテリアルを視覚化できます。 この効果は、革、ワックス、薄い布地などのマテリアルでリアルさを実現するために必要な条件です。 このような素材に当たる光線は、屈折と反射に加えて素材自体の中で散乱し、それによって内側からわずかな輝きを引き起こします。

プラグイン レンダラーを使用してレンダリングされた画像が、標準のレンダリング アルゴリズムを使用してレンダリングされた画像よりもリアルであるもう 1 つの理由は、カメラ エフェクトを使用できることです。 これらには、まず、被写界深度 (Depth of Field)、動くオブジェクトのブラー (モーション ブラー) が含まれます。 被写界深度効果は、シーン内の細部に視聴者の注意を引きつけたい場合に使用できます。 画像に被写界深度効果が含まれている場合、視聴者はまずシーン内の焦点が当てられている要素に気づきます。 被写界深度効果は、キャラクターが見ているものを視覚化する必要がある場合に役立ちます。 被写界深度効果を使用すると、キャラクターの視線を 1 つまたは別のオブジェクトに集中させることができます。 被写界深度の効果は、シーン内の注意が小さなオブジェクト (幹の上の毛虫など) に集中している場合でも、リアルなイメージの重要な要素です。 枝、葉、幹、毛虫など、焦点が当たるすべてのオブジェクトが同じように鮮明に画像内に描かれている場合、そのような画像は現実的には見えません。 もしそのようなシーンが現実に存在し、その撮影が仮想カメラではなく本物のカメラで行われたとしたら、 メインオブジェクト- キャタピラ。 遠くにあるものはぼやけて見えます。 したがって、3 次元画像には被写界深度効果が必要です。

結論

ワークステーションのハードウェア機能は日々向上しており、3D グラフィックスを操作するためのツールをさらに効果的に使用できるようになりました。 同時に、3D グラフィックス エディター ツールの武器も改良されています。 同時に、フォトリアリスティックな画像を作成するための基本的なアプローチは変わりません。 これらの要件に準拠しても、結果として得られる画像が写真と同様であることは保証されません。 しかし、それらを無視すると必ず失敗します。 作成する 写実的な画像, 3D プロジェクトに一人で取り組むのは非常に困難な作業です。 原則として、3D グラフィックスに専念し、専門的にそれを扱う人は、3D シーンを作成する段階の 1 つの段階でしか自分自身を発揮しません。 モデリングの複雑さをすべて知っている人、マテリアルを巧みに作成する方法を知っている人、シーンの正しい照明を「見る」人などです。 したがって、3D の作業を始めるときは、自分が最も自信を持てる分野を見つけて、自分の才能を伸ばすようにしてください。

セルゲイ・ボンダレンコとマリーナ・ボンダレンコ、http://www.3domen.com

ポリゴンに重ねられたテクスチャの表示のリアリズムを高めるために、さまざまなテクノロジーが使用されています。

アンチエイリアシング

· MIP – マッピング。

· テクスチャーフィルター。

アンチエイリアシング技術

アンチエイリアスは、オブジェクトの「段差のある」エッジの影響 (エイリアシング) を除去するために画像処理で使用されるテクノロジーです。 ラスター方式の画像形成では、ピクセルから構成されます。 ピクセルのサイズは有限であるため、3D オブジェクトのエッジでいわゆる階段や階段状のエッジを区別できます。 階段効果を最小限に抑える最も簡単な方法は、画面の解像度を上げてピクセル サイズを小さくすることです。 しかし、この道は常に可能であるとは限りません。 モニターの解像度を上げても階段効果を取り除くことができない場合は、アンチエイリアス技術を使用すると、階段効果を視覚的に滑らかにすることができます。 このために最も一般的に使用される手法は、線またはエッジの色から背景色への滑らかな移行を作成することです。 オブジェクトの境界にある点の色は、2 つの境界点の色の平均値として決定されます。

基本的なアンチエイリアス技術がいくつかあります。 フルスクリーン アンチエイリアシング テクノロジ FSAA (フル スクリーン アンチエイリアシング) によって、最高品質の結果が初めて達成されました。 一部の文献では、このテクノロジーは SSAA と呼ばれています。 このテクノロジーの本質は、プロセッサが画面解像度よりもはるかに高い解像度で画像フレームを計算し、画面に表示されるときにピクセルのグループの値を平均して 1 にすることです。 平均ピクセル数はモニター画面の解像度に対応します。 たとえば、解像度 800x600 のフレームが FSAA を使用してアンチエイリアス処理されている場合、イメージは解像度 1600x1200 で計算されます。 モニター解像度に移行すると、モニターの 1 ピクセルに対応する 4 つの計算された点の色が平均化されます。 その結果、すべての線の色の遷移の境界が滑らかになり、階段効果が視覚的に排除されます。

FSAA は多くのことを行っています 余分な仕事、読み込み中 GPU、エッジではなく画像全体が滑らかになりますが、これが主な欠点です。 排除するには この欠陥より経済的な技術である MSSA が開発されました。

MSSA テクノロジの本質は FSAA テクノロジと似ていますが、ポリゴンの内側にあるピクセルに対して計算は実行されません。 オブジェクトの境界上のピクセルの場合、スムージングのレベルに応じて 4 つ以上の追加ポイントが計算され、そこからピクセルの最終的な色が決定されます。 この技術は現在最も普及しています。

ビデオ アダプタ メーカーの個別の開発が知られています。 たとえば、NVIDIA はカバレッジ サンプリング (CSAA) テクノロジを開発しました。これは、第 8 シリーズ (8600 ～ 8800、9600 ～ 9800) 以降の GeForce ビデオ アダプタでのみサポートされています。 ATI は、AAA (Adaptive Anti-Aliasing) を R520 GPU とそれ以降のすべての GPU に導入しました。

MIPマッピング技術

この技術は、3 次元オブジェクトのテクスチャリングの品質を向上させるために使用されます。 3D 画像をリアルに見せるには、シーンの深さを考慮する必要があります。 視点から遠ざかるにつれて、オーバーレイされたテクスチャはますますぼやけて見えるはずです。 したがって、均質な表面であってもテクスチャリングする場合、1 つではなく複数のテクスチャが使用されることが最も多く、これにより 3 次元オブジェクトの遠近歪みを正しく考慮することが可能になります。

たとえば、シーンの奥に続く石畳の通りを描写する必要があります。 全長に渡って 1 つのテクスチャだけを使用しようとすると、観察点から離れるにつれて波紋が現れたり、単色が 1 つだけ表示されたりすることがあります。 実際、この状況では、いくつかのテクスチャ ピクセル (テクセル) がモニター上の 1 つのピクセルに分類されます。 ピクセルを表示するときにどのテクセルを選択すべきかという疑問が生じます。

この問題は、MIP マッピング テクノロジを使用して解決されます。これは、さまざまな詳細度を持つテクスチャのセットを使用できる可能性を意味します。 各テクスチャに基づいて、より詳細なレベルのテクスチャのセットが作成されます。 このようなセットのテクスチャは MIP マップと呼ばれます。

テクスチャ オーバーレイの最も単純なケースでは、画像内のピクセルごとに、対応する MIP マップが LOD (詳細レベル) テーブルに従って決定されます。 次に、MIP マップから 1 つのテクセルだけが選択され、そのピクセルの色が割り当てられます。

ろ過技術

通常、MIP マッピング テクノロジは、MIP テクスチャリング アーティファクトを修正するために設計されたフィルタリング テクノロジと組み合わせて使用​​されます。 たとえば、オブジェクトが観測点から遠ざかるにつれて、低い MIP マップ レベルから高い MIP マップ レベルへの遷移が発生します。 オブジェクトがある MIP マップ レベルから別の MIP マップ レベルへの遷移状態にある場合、特殊なタイプの視覚化エラーが表示されます。つまり、ある MIP マップ レベルから別の MIP マップ レベルへの遷移の境界が明確に表示されます。

フィルタリングの考え方は、オブジェクトのピクセルの色が隣接するテクスチャ ポイント (テクセル) に基づいて計算されるということです。

テクスチャ フィルタリングの最初の方法は、いわゆるポイント サンプリングでしたが、これは現在の 3D グラフィックスでは使用されていません。 次に開発されたのは 双線形濾過。 で 双線形フィルタリング表面ポイントを表示するには、4 つの隣接するテクスチャ ピクセルの加重平均が取られます。 このフィルタリングを使用すると、エッジのあるゆっくり回転またはゆっくり移動するオブジェクト (立方体など) の品質が低くなります (エッジがぼやけます)。

もっと 高品質与える トリリニアピクセルの色を決定するフィルタリングでは、2 つの隣接する構造から 4 つを含む 8 つのテクセルの平均カラー値が取得され、7 つの混合操作の結果としてピクセルの色が決定されます。

GPUの高性能化に伴い開発された 異方性ろ過は今日でもうまく使用されています。 ポイントの色を決定する際には、多数のテクセルが使用され、ポリゴンの位置が考慮されます。 異方性フィルタリングのレベルは、ピクセル カラーの計算時に処理されるテクセルの数によって決まります: 2x (16 テクセル)、4x (32 テクセル)、8x (64 テクセル)、16x (128 テクセル)。 このフィルタリングにより、出力される動画の高画質が保証される。

これらのアルゴリズムはすべて、ビデオ カードのグラフィック プロセッサによって実装されます。

アプリケーション プログラミング インターフェイス (API)

3D パイプライン ステージの実行を高速化するには、3D グラフィックス アクセラレータに特定の機能セットが必要です。 中央プロセッサの関与なしに、ハードウェアで 3D 画像の構築に必要な操作を実行します。 これらの関数の集合は、 最も重要な特徴 3Dアクセラレータ。

3Dアクセラレータがあるので、 独自のシステムコマンドを有効に活用するには、アプリケーションプログラムがこれらのコマンドを使用する必要があります。 しかし、3D アクセラレータにはさまざまなモデルがあり、3 次元画像を生成するさまざまなアプリケーション プログラムがあるため、互換性の問題が発生します。さまざまなアクセラレータの低レベル コマンドを同様に適切に使用するプログラムを作成することは不可能です。 。 アプリケーション ソフトウェア開発者と 3D アクセラレータ メーカーの両方が、次の機能を実行する特別なユーティリティ パッケージを必要とすることは明らかです。

効率的なクエリ変換 アプリケーションプログラムハードウェア設計の特徴を考慮して、3D アクセラレータの低レベル コマンドの最適化されたシーケンスに変換します。

使用されているアクセラレータがそれらの機能をハードウェアでサポートしていない場合、要求された機能のソフトウェア エミュレーション。

これらの機能を実行するためのユーティリティの特別なパッケージは、と呼ばれます。 アプリケーションプログラミングインターフェース (アプリケーションプログラムインターフェース = API).

API は、高レベルのアプリケーション プログラムとプログラムの間の中間的な位置を占めます。 低レベルのチームアクセルはドライバーによって生成されます。 API を使用すると、アプリケーション開発者が低レベルのアクセラレータ コマンドを使用する必要がなくなり、プログラムの作成プロセスが簡素化されます。

現在、3D にはいくつかの API があり、その応用分野は明確に説明されています。

ダイレクトX、Microsoft によって開発され、Windows 9X 以降のオペレーティング システムを実行するゲーム アプリケーションで使用されます。

OpenGL、主に使用される プロフェッショナルなアプリケーション（コンピュータ支援設計システム、三次元モデリングシステム、シミュレータなど）、手術室の制御下で動作 Windows システムノーザンテリトリー;

ブランド化された（ネイティブ）API、3D アクセラレータのメーカーがその機能を最も効果的に活用するために、自社のチップセット専用に作成したものです。

DirectX は厳密に規制された非公開の標準であり、次のものがリリースされるまで変更は許可されません。 新しいバージョン。 これにより、ソフトウェア開発者、特にアクセラレータ メーカーの能力が制限される一方で、ユーザーによる 3D 用のソフトウェアとハ​​ードウェアのセットアップが大幅に簡素化されます。

DirectX とは異なり、OpenGL API はオープン スタンダードの概念に基づいて構築されており、小規模な関数のコア セットと、より複雑な関数を実装する多くの拡張機能を備えています。 3D アクセラレータ チップセットの製造元は、基本的な Open GL 機能を実行する BIOS とドライバを作成する必要がありますが、すべての拡張機能のサポートを提供する必要はありません。 このため、完全な形式と短縮された形式の両方で提供される自社製品用のドライバを作成するメーカーに関連した多くの問題が発生します。

フルバージョン OpenGL 互換ドライバーは ICD (Installable Client Driver) と呼ばれます。 最大限のパフォーマンスを提供します。なぜなら... には、基本的な関数セットだけでなく、その拡張機能もサポートする低レベルのコードが含まれています。 当然のことながら、OpenGL の概念を考慮すると、このようなドライバーの作成は非常に複雑で時間のかかるプロセスになります。 これが、プロ仕様の 3D アクセラレータがゲーム用のものと比べてコストが高い理由の 1 つです。