3D oluşturma - 3D rendering

3D render olan grafik 3D bilgisayar dönüştürme süreci 3D modelleri içine 2D görüntüleri bir üzerinde bilgisayara . 3B işlemeler , fotogerçekçi efektler veya fotogerçekçi olmayan stiller içerebilir .

oluşturma yöntemleri

Radyosity oluşturma, DOF ve prosedür materyallerini kullanan 6 bilgisayar fanının fotogerçekçi bir 3D oluşturması

Oluşturma , hazırlanan sahneden gerçek 2B görüntü veya animasyon oluşturmanın son işlemidir . Bu, gerçek hayatta kurulum tamamlandıktan sonra bir fotoğraf çekmek veya sahneyi filme almakla karşılaştırılabilir. Birkaç farklı ve genellikle özel işleme yöntemleri geliştirilmiştir. Bunlar, belirgin şekilde gerçekçi olmayan tel çerçeve oluşturmadan poligon tabanlı işleme yoluyla daha gelişmiş tekniklere kadar uzanır: tarama çizgisi oluşturma , ışın izleme veya radyosite . Oluşturma, tek bir görüntü/kare için bir saniyeden birkaç güne kadar sürebilir. Genel olarak, fotogerçekçi işleme veya gerçek zamanlı işleme için farklı yöntemler daha uygundur .

Gerçek zaman

Kareleri gerçek zamanlı olarak işleyen 2003 çevrimiçi sanal dünyası Second Life'dan bir ekran görüntüsü

Oyunlar ve simülasyonlar gibi etkileşimli ortamlar için işleme, saniyede yaklaşık 20 ila 120 kare hızında gerçek zamanlı olarak hesaplanır ve görüntülenir. Gerçek zamanlı işlemede amaç, gözün bir saniyenin çok küçük bir bölümünde (diğer bir deyişle "bir karede") işleyebildiği kadar çok bilgiyi göstermektir: Saniyede 30 kare animasyon durumunda, bir kare saniyenin 30'da birini kapsar).

Birincil hedef, kabul edilebilir bir minimum oluşturma hızında (genellikle saniyede 24 kare, insan gözünün başarılı bir şekilde hareket yanılsaması yaratmak için görmesi gereken minimum değer olduğu için) mümkün olduğu kadar yüksek bir fotogerçekçilik derecesi elde etmektir . Aslında sömürüler, gözün dünyayı 'algıladığı' şekilde uygulanabilir ve sonuç olarak, sunulan nihai görüntü mutlaka gerçek dünyanınki değil, insan gözünün tahammül edebileceği kadar yakın bir görüntüdür.

Oluşturma yazılımı, mercek parlaması , alan derinliği veya hareket bulanıklığı gibi görsel efektleri simüle edebilir . Bunlar, kameraların ve insan gözünün optik özelliklerinden kaynaklanan görsel fenomenleri simüle etme girişimleridir. Bu efektler, efekt yalnızca bir kameranın simüle edilmiş bir eseri olsa bile, bir sahneye gerçekçilik unsuru verebilir. Bu, oyunlarda, etkileşimli dünyalarda ve VRML'de kullanılan temel yöntemdir .

Bilgisayar işlem gücündeki hızlı artış, HDR işleme gibi teknikler de dahil olmak üzere gerçek zamanlı işleme için bile giderek daha yüksek bir gerçekçilik derecesine izin verdi . Gerçek zamanlı render genellikle çokgen ve bilgisayarın yardımıyla olduğunu GPU .

Gerçek zamanlı olmayan

Gilles Tran tarafından oluşturulan bilgisayar tarafından oluşturulan görüntü (CGI)

Uzun metrajlı filmler ve videolar gibi etkileşimli olmayan medya için animasyonların oluşturulması çok daha uzun sürebilir. Gerçek zamanlı olmayan işleme, daha yüksek görüntü kalitesi elde etmek için sınırlı işlem gücünden yararlanmayı sağlar. Tek tek kareler için oluşturma süreleri, karmaşık sahneler için birkaç saniyeden birkaç güne kadar değişebilir. İşlenen kareler bir sabit diskte depolanır , ardından sinema filmi veya optik disk gibi diğer ortamlara aktarılır. Bu kareler daha sonra , hareket yanılsamasını elde etmek için , tipik olarak saniyede 24, 25 veya 30 kare (fps) gibi yüksek kare hızlarında sırayla görüntülenir .

Hedef foto-gerçeklik olduğunda, ışın izleme , yol izleme , foton haritalama veya radyosite gibi teknikler kullanılır. Dijital mecralarda ve sanatsal çalışmalarda kullanılan temel yöntem budur. Işığın çeşitli madde formlarıyla etkileşimi gibi doğal olarak oluşan diğer etkileri simüle etmek amacıyla teknikler geliştirilmiştir. Bu tür tekniklerin örnekleri arasında parçacık sistemleri (yağmur, duman veya ateşi simüle edebilen), hacimsel örnekleme (sis, toz ve diğer uzaysal atmosferik etkileri simüle etmek için ), kostikler (örn. bir yüzme havuzunun dibinde görülen ışık dalgalanmaları) ve yüzey altı saçılımı ( insan derisi gibi katı nesnelerin hacimlerinin içinde yansıyan ışığı simüle etmek için ).

Simüle edilen fiziksel süreçlerin karmaşık çeşitliliği göz önüne alındığında, işleme süreci hesaplama açısından pahalıdır. Bilgisayar işlem gücü yıllar içinde hızla arttı ve giderek daha yüksek derecede gerçekçi işlemeye izin verdi. Bilgisayar tarafından oluşturulan animasyonlar üreten film stüdyoları, görüntüleri zamanında oluşturmak için genellikle bir işleme çiftliğinden yararlanır. Bununla birlikte, düşen donanım maliyetleri, bir ev bilgisayar sisteminde küçük miktarlarda 3D animasyon oluşturmanın tamamen mümkün olduğu anlamına gelir. Oluşturucunun çıktısı genellikle tamamlanmış bir sinema sahnesinin yalnızca küçük bir parçası olarak kullanılır. Malzemenin birçok tabakalar ayrı ayrı işlenmiş ve kullanarak nihai atış içine entegre edilebilir kompozisyon bir yazılım.

Yansıma ve gölgeleme modelleri

Modelleri yansıma / saçılma ve gölgeleme bir yüzeyin görünümünü tanımlamak için kullanılır. Bu konular kendi başlarına problemler gibi görünseler de, neredeyse sadece render bağlamında incelenirler. Modern 3D bilgisayar grafikleri, büyük ölçüde Phong yansıma modeli ( Phong gölgeleme ile karıştırılmamalıdır ) adı verilen basitleştirilmiş bir yansıma modeline dayanır . Gelen kırılma ışığın, önemli bir kavramdır kırılma indeksi ; Çoğu 3D programlama uygulamasında bu değer için kullanılan terim "kırılma indisi"dir (genellikle IOR olarak kısaltılır).

Gölgeleme, genellikle bağımsız olarak incelenen iki farklı tekniğe ayrılabilir:

Yüzey gölgeleme - ışığın bir yüzeye nasıl yayıldığı (çoğunlukla video oyunlarında gerçek zamanlı 3B işleme için tarama çizgisi oluşturmada kullanılır )
Yansıma/saçılma - ışığın belirli bir noktada bir yüzeyle nasıl etkileşime girdiği (çoğunlukla hem CGI hareketsiz 3B görüntülerde hem de CGI etkileşimli olmayan 3B animasyonlarda gerçek zamanlı olmayan fotogerçekçi ve sanatsal 3B oluşturma için ışın izlemeli oluşturmalarda kullanılır)

Yüzey gölgeleme algoritmaları

3B bilgisayar grafiklerinde popüler yüzey gölgeleme algoritmaları şunları içerir:

Düz gölgeleme : çokgenin "normal"ine ve bir ışık kaynağının konumuna ve yoğunluğuna dayalı olarak bir nesnenin her bir çokgenini gölgeleyen bir teknik
Gouraud gölgeleme : 1971'de H. Gouraud tarafından icat edildi ; düzgün gölgeli yüzeyleri simüle etmek için kullanılan hızlı ve kaynak bilincine sahip bir köşe gölgeleme tekniği
Phong gölgeleme : Bui Tuong Phong tarafından icat edilmiştir ; aynasal vurguları ve pürüzsüz gölgeli yüzeyleri simüle etmek için kullanılır

Refleks

Utah çaydanlık yeşil aydınlatma ile

Yansıma veya saçılma , belirli bir noktada gelen ve giden aydınlatma arasındaki ilişkidir. Saçılma açıklamaları genellikle çift yönlü saçılma dağılım fonksiyonu veya BSDF cinsinden verilir.

gölgeleme

Gölgelendirme, farklı saçılma türlerinin yüzey boyunca nasıl dağıldığını (yani, hangi saçılma fonksiyonunun nerede uygulandığını) ele alır. Bu tür açıklamalar genellikle gölgelendirici adı verilen bir programla ifade edilir . Gölgelendirmenin basit bir örneği, yüzeydeki her noktadaki dağınık rengi belirtmek için bir görüntü kullanan ve ona daha belirgin ayrıntı veren doku eşlemedir .

Bazı gölgeleme teknikleri şunları içerir:

Bump mapping : Buruşuk yüzeyleri simüle etmek için kullanılan normal bir pertürbasyon tekniği olan Jim Blinn tarafından icat edildi .
Cel gölgelendirme : Elle çizilmiş animasyonun görünümünü taklit etmek için kullanılan bir teknik.

Ulaşım

Ulaştırma , bir sahnedeki aydınlatmanın bir yerden başka bir yere nasıl gittiğini açıklar. Görünürlük , hafif taşımacılığın önemli bir bileşenidir.

Projeksiyon

perspektif projeksiyonu

Gölgeli üç boyutlu nesneler, görüntüleme cihazının - yani bir monitörün - onu sadece iki boyutlu olarak gösterebilmesi için düzleştirilmelidir, bu işleme 3D projeksiyon denir . Bu, projeksiyon ve çoğu uygulama için perspektif projeksiyonu kullanılarak yapılır . Perspektif projeksiyonunun arkasındaki temel fikir, uzaktaki nesnelerin göze daha yakın olanlara göre daha küçük yapılmasıdır. Programlar, gözlemciden uzaklığın negatifinin gücüne yükseltilmiş bir genişleme sabitini çarparak perspektif üretir. Bir genişleme sabiti, perspektif olmadığı anlamına gelir. Yüksek genişleme sabitleri, görüntü bozulmasının oluşmaya başladığı bir "balık gözü" etkisine neden olabilir. Ortografik projeksiyon esas olarak bilimsel modellemenin hassas ölçümler ve üçüncü boyutun korunmasını gerektirdiği CAD veya CAM uygulamalarında kullanılır .

işleme motorları

Render motorları bir araya gelebilir veya 3D modelleme yazılımı ile entegre edilebilir, ancak bağımsız yazılımlar da vardır. Bazı render motorları birden fazla 3D yazılımla uyumludur, bazıları ise bir tanesine özeldir.

Ayrıca bakınız

Notlar ve referanslar

^ Badler, Norman I. "3D Nesne Modelleme Ders Serisi" ( PDF ) . Kuzey Karolina Üniversitesi, Chapel Hill'de .
^ "Fotogerçekçi Olmayan Render" . Dük Üniversitesi . 2018-07-23 alındı .
^ "3D Oluşturma Bilimi" . Dijital Arkeoloji Enstitüsü . 2019-01-19 alındı .
^ Christensen, Per H.; Jarosz, Wojciech. "Yol İzlemeli Filmlere Giden Yol" ( PDF ) .
^ "Görüntüleme - Yansıtma Fonksiyonlarının Temelleri" ( PDF ) . Ohio Eyalet Üniversitesi .
^ Gölgelendirici kelimesibazen yerel geometrik varyasyonutanımlayan programlar için de kullanılır.
^ "Bump Haritalama" . web.cs.wpi.edu . 2018-07-23 alındı .

Dış bağlantılar

[1] Badler, Norman I. "3D Nesne Modelleme Ders Serisi" ( PDF ) . Kuzey Karolina Üniversitesi, Chapel Hill'de .

[2] "Fotogerçekçi Olmayan Render" . Dük Üniversitesi . 2018-07-23 alındı .

[3] "3D Oluşturma Bilimi" . Dijital Arkeoloji Enstitüsü . 2019-01-19 alındı .

[4] Christensen, Per H.; Jarosz, Wojciech. "Yol İzlemeli Filmlere Giden Yol" ( PDF ) .

[5] "Görüntüleme - Yansıtma Fonksiyonlarının Temelleri" ( PDF ) . Ohio Eyalet Üniversitesi .

[6] Gölgelendirici kelimesibazen yerel geometrik varyasyonutanımlayan programlar için de kullanılır.

[7] "Bump Haritalama" . web.cs.wpi.edu . 2018-07-23 alındı .

Languages

In other projects