Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Трёхмерная графика - Моделирование

Схема проецирования сцены на экран компьютера

Сцена включает в себя несколько категорий объектов:

• Геометрия
• Материалы
• Источники света
• Виртуальные камеры
• Силы и воздействия
• Дополнительные эффекты

Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

Рендеринг

На этом этапе математическая пространственная модель превращается в плоскую картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред.

Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:

• Z-буфер;
• Сканлайн — он же Ray casting — расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности;
• Трассировка лучей — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей, прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки;
• Глобальное освещение — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.

Грань между алгоритмами трассировки лучей в настоящее время практически стёрлась. Так, в 3D Studio Max стандартный визуализатор называется Default scanline renderer, но он считает не только вклад диффузного, отражённого и собственного света, но и сглаженные тени. По этой причине, чаще понятие Raycasting относится к обратной трассировке лучей, а Raytracing — к прямой.

Наиболее популярными системами рендеринга являются:

• PhotoRealistic RenderMan
• mental ray
• V-Ray
• FinalRender
• Brazil R/S
• BusyRay
• Turtle
• Maxwell Render
• Fryrender
• Indigo Renderer
• LuxRender
• YafaRay
• POV-Ray

Вследствие большого объема однотипных вычислений рендеринг можно разбивать на потоки. Поэтому для рендеринга весьма актуально использование многопроцессорных систем. В последнее время активно ведётся разработка систем рендеринга использующих GPU вместо CPU, и уже сегодня их эффективность для таких вычислений намного выше. К таким системам относятся:

• Refractive Software Octane Render
• AAA studio FurryBall
• RandomControl ARION

Многие производители систем рендеринга для CPU также планируют ввести поддержку GPU.

Самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики докладываются и обсуждаются на ежегодном симпозиуме SIGGRAPH, традиционно проводимом в США.