3次元グラフィックス。その他の種類のコンピュータグラフィックス 3D グラフィックスが形成される基礎

Windows Phoneの場合 08.01.2022

Windows Phoneの場合

コンピューター業界全体の原動力は何なのかという問題は、多くのユーザーにとって長年の関心事です。それとも、新しいプロセッサを継続的に生産、リリースしているインテルでしょうか。しかし、では誰が彼らに購入を強制するのでしょうか？おそらくそれはすべて、ウィンドウをより大きく、より美しくし続ける Microsoft のせいなのでしょうか? いいえ、古いバージョンのプログラムで満足することもできます。特に、その機能の範囲は実質的に変わっていないためです。結論はそれ自体が示唆しています - すべてはゲームのせいです。はい、ゲームは現実世界にますます似て、現実世界の仮想コピーを作成し、より強力なリソースを必要とするものです。

PC 上のコンピューターグラフィックスの歴史全体がこれを証明しています。覚えておいてください、最初はテトリス、ディガー、アルカノイドがありました。すべてのグラフィックスは、画面の小さな領域、スプライトの再描画で構成されており、XT 上でも正常に動作しました。しかし、そんな日々はもう終わりました。シミュレーターのスターが誕生しました。

F19 や Formula 1 などのゲームのリリースでは、事前にメモリ内に画面を準備してから画面全体を再描画する必要があったため、少なくとも 286 プロセッサを入手する必要がありました。しかし、進歩はそこで止まりませんでした。ゲーム内の仮想世界を現実世界に見立てたいという欲求が強まり、Wolf 3D が登場しました。

これは、ある種の、しかしまだ現実的な世界がモデル化された最初の 3D ゲームであると言えるかもしれません。これを実装するには、上部 (640 KB 以上) メモリを使用し、プログラムを保護モードにする必要がありました。本格的なゲームを実現するには、80386 プロセッサをインストールする必要がありました。しかし、Wolf 3D の世界にも欠点がありました。壁は単色の長方形ではありませんが、解像度の低いテクスチャを使用して塗りつぶしているため、表面は遠くからしかまともに見えません。もちろん、テクスチャ解像度を上げるという道を選択することも可能でした。たとえば、DOOM を思い出してください。その後、新しいプロセッサに再度アップグレードし、メモリの量を増やす必要がありました。確かに、画像は改善されましたが、それでも同じ欠点がありました。そして平らな物体やモンスター - 誰が気にするでしょうか？ここに『Quake』のスターが誕生しました。このゲームでは、Z バッファという革新的なアプローチが使用され、すべてのオブジェクトにボリュームを与えることが可能になりました。ただし、ゲーム全体は依然として低解像度で実行され、あまり現実的ではありませんでした。

新しいハードウェアソリューションが準備されていました。そして、この解決策は、一般的に、表面上にあることが判明しました。ユーザーは 3 次元の仮想世界でプレイしたいと考えているため、その作成プロセス (次の画像が表示されるまでに 3D Studio で何分も待機していたことを思い出してください) を大幅に加速する必要があります。そして、中央プロセッサはこのタスクにあまりうまく対処できないため、専用のプロセッサを作成するという革命的な決定が下されました。

ここでスロットマシンメーカー 3Dfx が登場し、Voodoo グラフィックプロセッサの助けを借りてこのおとぎ話を現実にしました。人類は仮想世界へ新たな一歩を踏み出しました。

そして、霧の中に浮かび上がるようなテクスチャ付きウィンドウを備えた PC にはオペレーティングシステムが搭載されておらず、また予期されていないため、3D グラフィックス装置全体は、今のところゲームにのみ適用できます。これは、文明化された人類すべてが成功したことです。

モデル

3 次元オブジェクトをモニター画面に表示するには、その結果を 2 次元形式に変換する一連のプロセス (通常はパイプラインと呼ばれます) が必要です。最初に、オブジェクトは 3 次元空間内の点または座標のセットとして表されます。 3 次元座標系は、水平軸、垂直軸、深さの 3 つの軸によって定義され、一般にそれぞれ x 軸、y 軸、z 軸と呼ばれます。オブジェクトには、家、人、車、飛行機、または 3D 世界全体が含まれ、その座標によって空間内のオブジェクトを構成する頂点 (節点) の位置が決まります。オブジェクトの頂点を線で接続すると、ワイヤーフレームモデルが得られます。これは、3 次元の物体の表面のエッジのみが表示されるため、このように呼ばれます。ワイヤーフレームモデルは、色やテクスチャで塗りつぶしたり、光線で照らすことができるオブジェクトの表面を構成する領域を定義します。

米。 1: ワイヤーフレーム立方体モデル

3D グラフィックスパイプラインのこの簡略化された説明でも、2D 画面上に 3D オブジェクトをレンダリングするためにどれだけの計算が必要かは明らかです。オブジェクトが移動すると、座標系で必要な計算量がいかに増加するかが想像できます。

米。 2: 表面を塗装した飛行機モデル

APIの役割

アプリケーションプログラマブルインターフェイス (API) は、ソフトウェアで 3D パイプラインを制御する関数で構成されますが、利用可能な場合は 3D ハードウェア実装を利用することもできます。ハードウェアアクセラレータがある場合、API はそれを利用します。そうでない場合、API は最も一般的なシステム向けに設計された最適な設定で動作します。したがって、API の使用により、任意の数のソフトウェアを任意の数のハードウェア 3D アクセラレータでサポートできます。

一般およびエンターテイメントアプリケーションには、次の API が存在します。

Microsoft Direct3D
クライテリオンレンダウェア
アルゴノートブレンダー
インテル 3DR

Apple は、独自の Quickdraw 3D API に基づいた独自の Rave インターフェイスを推進しています。

WindowsNT を実行するプロフェッショナルアプリケーションの場合、OpenGL インターフェイスが主流です。エンジニアリングアプリケーションの最大手メーカーである Autodesk は、Heidi と呼ばれる独自の API を開発しました。
Intergraph - RenderGL、3DFX - GLide などの企業も API を開発しています。

さまざまなグラフィックスサブシステムやアプリケーションをサポートする 3D インターフェイスの存在と可用性により、リアルタイム 3D グラフィックスハードウェアアクセラレータの必要性が高まっています。このようなアクセラレータの主な消費者および顧客はエンターテイメントアプリケーションですが、Windows NT で実行される 3D グラフィックスを処理するプロフェッショナルアプリケーションのことも忘れてはなりません。その多くは、Silicon Graphics などの高性能ワークステーションから PC プラットフォームに転送されます。インターネットアプリケーションは、3D GUI が提供する驚異的な俊敏性、直観性、柔軟性から大きな恩恵を受けるでしょう。 World Wide Web 上のインタラクションは、3 次元空間で行われる場合、はるかに簡単かつ便利になります。

グラフィックアクセラレータ

コンセプトが登場する前のグラフィックスサブシステム市場 マルチメディア開発は比較的簡単でした。開発における重要なマイルストーンは、1987 年に IBM によって開発された VGA (ビデオグラフィックスアレイ) 標準でした。これにより、ビデオアダプタメーカーは、コンピュータモニタでより高い解像度 (640x480) とより大きな色深度を使用できるようになりました。 Windows OS の人気の高まりに伴い、追加のイベントの処理を強いられるシステムの中央プロセッサを軽減するハードウェア 2D グラフィックスアクセラレータが緊急に必要になっています。グラフィックス処理に対する CPU の集中は、GUI (Graphical User Interface)、つまりグラフィカルユーザーインターフェイスの全体的なパフォーマンスに大きな影響を与えます。Windows OS とそのアプリケーションは可能な限り多くの CPU リソースを必要とするため、グラフィックス処理は優先順位が低い、つまりとてもゆっくりと行われました。メーカーは自社製品に 2 次元グラフィックス処理機能を追加してきました。たとえば、開いたり最小化するときにウィンドウを描画したり、ポインタを移動するときに常に表示されるハードウェアカーソルや、高頻度の画像再生で画面上の領域をペイントしたりします。そこで、Windows または GUI アクセラレータとしても知られる VGA アクセラレーション (Accelerated VGA - AVGA) を提供するプロセッサが登場しました。これは、現代のコンピュータには必須の要素となっています。

マルチメディアの導入により、一連の 2 次元グラフィックス機能にオーディオやデジタルビデオなどのコンポーネントが追加されることによって、新たな課題が生じました。現在、多くの AVGA 製品がハードウェアレベルでデジタルビデオ処理をサポートしていることは容易にわかります。したがって、モニターが切手ほどの大きさのウィンドウでビデオを再生する場合は、それを車に設置する時期です。 マルチメディアアクセラレータ。通常、マルチメディアアクセラレータには、ビデオイメージを x 軸と y 軸に沿って拡大縮小したり、ハードウェアでデジタル信号をアナログに変換して RGB 形式でモニターに出力したりできるハードウェア機能が組み込まれています。一部のマルチメディアアクセラレータには、デジタルビデオ解凍機能が組み込まれている場合もあります。

グラフィックスデザイナーは、一部はコンピューターモニターのサイズ、一部は GUI、一部は GPU によって決定される要件に依存する必要があります。解像度 640x480 ピクセルの主要な VGA 規格は、当時最も一般的だった 14 インチモニターに十分でした。現在では、解像度 1024x768 または 1024x768 の画像を表示できるため、チューブ対角サイズ 17 インチのモニターが最も好まれています。もっと。

VGA からマルチメディアアクセラレータへの移行における主な傾向は、コンピュータモニタ上にできる限り多くの視覚情報を配置できることでした。 3D グラフィックスの使用は、この傾向の論理的な発展です。 3 次元で表示すると、膨大な量の視覚情報を限られた画面スペースに押し込むことができます。 3 次元グラフィックスのリアルタイム処理により、ユーザーは提示されたデータを簡単に操作できます。

ゲームエンジン

コンピュータゲームの第一のルールは、ルールがないということです。従来、ゲーム開発者は技術者の推奨に従うよりも、自分のプログラムのクールなグラフィックに興味を持っていました。開発者が Direct3D などの 3D API を自由に使えるようになっているにもかかわらず、プログラマーの中には独自の 3D ゲームインターフェイスやエンジンを作成するという道を選ぶ人もいます。独自のゲームエンジンは、開発者が驚異的なリアリズムを達成するための 1 つの方法であり、グラフィックスプログラミング機能の限界を事実上押し広げます。

開発者にとって、システムコンポーネントのハードウェア機能に直接アクセスできることほど望ましいものはありません。有名な開発者の中には、名声とお金をもたらしたハードウェアグラフィックアクセラレータを最適に活用する独自のゲームエンジンを作成した人もいます。たとえば、Descent II 用の Interplay のエンジンと Quake 用の id Software のエンジンは、利用可能な場合には完全な 3D ハードウェア機能を活用して、真の 3D アクションを提供します。

妥協のないグラフィックス

エンターテインメントやビジネスなどの分野で 3D グラフィックスを使用する可能性についての議論はかなり前から行われており、潜在的なユーザーの関心が極限まで高まり、新しいタイプの製品がすでに市場に登場しています。これらの新しい技術ソリューションは、Windows アクセラレータに対する今日の要件を満たす 2D グラフィックスの優れたサポート、3D グラフィックス機能のハードウェアサポートを組み合わせ、必要なフレームレートでデジタルビデオを再生します。
原則として、これらの製品は、妥協のないグラフィックスを提供する新世代のグラフィックスサブシステムによるものと考えて間違いなく、デスクトップコンピューティングシステムの標準装備として正当な地位を占めています。
新世代の代表的な製品としては、次のような製品を挙げることができます。

CPU チケット・トゥ・ライド企業 ナンバーナインビジュアルテクノロジーズ
プロセッサーシリーズ ヴィルゲ企業 株式会社エススリー
CPU リバ128、両社が共同開発 SGSトムソンそして nVidia

3Dグラフィックス技術

最後に、実際に 3D グラフィックスを試してみるよう説得しましょう (まだ試していない場合)。そして、3D ビデオカードを使用するように設計された 3D ゲームの 1 つをプレイすることにしました。
このゲームがカーレースシミュレーターであることが判明し、あなたの車はすでにスタートラインに立っており、新しい記録を達成するために急ぐ準備ができているとします。発射前のカウントダウンが始まり、モニター画面に映し出されるコックピットからの景色が、いつもと少し違うことに気づく。
あなたは以前にも同様のレースに参加したことがありますが、初めてその画像の並外れたリアリズムに驚かされ、何が起こっているのかを信じさせられます。地平線も遠くの物体も朝もやに沈んでいます。道路は異常に滑らかに見えます。アスファルトは汚れた灰色の四角形の集まりではなく、道路標識が適用された単色の表面です。道路沿いの木々は実際には落葉樹冠を持ち、個々の葉が見えるように見えます。画面全体は、現実をシミュレートしようとする情けない試みではなく、実際の遠近感を備えた高品質の写真の印象を与えます。

3D ビデオカードがこれほどリアルな仮想現実を伝えることができる技術ソリューションを考えてみましょう。 PC ビジュアルメディアはどのようにしてプロの 3D グラフィックススタジオのレベルに達することができたのでしょうか?

3 次元世界の表示とモデリングに関連するコンピューティング操作の一部は、3D ビデオカードの心臓部である 3D アクセラレータに転送されるようになりました。中央プロセッサは、画面イメージがビデオカードによって作成されるため、表示の問題に実質的に影響を受けなくなります。このプロセスは、ハードウェアレベルでの多数のエフェクトの実装と、単純な数学的装置の使用に基づいています。 3D グラフィックスプロセッサで正確に何ができるかを理解してみましょう。

レーシングシミュレータの例に戻って、路面や道路脇に立っている建物のリアルな表示がどのように達成されるかを考えてみましょう。これを行うには、テクスチャマッピングと呼ばれる一般的な方法が使用されます。
これは、サーフェスをモデリングする場合の最も一般的な効果です。たとえば、建物のファサードでは、多くのレンガ、窓、ドアをモデル化するために多くの面をレンダリングする必要があります。ただし、テクスチャ (表面全体に一度に適用される画像) を使用すると、ファサード全体を 1 つの表面として操作できるため、よりリアルな表現が可能になりますが、必要なコンピューティングリソースは少なくなります。サーフェスが画面に当たる前に、テクスチャとシェーディングが行われます。すべてのテクスチャはメモリに保存され、通常はビデオカードにインストールされます。ところで、ここで、AGP を使用するとテクスチャをシステムメモリに保存できるようになり、その容量がはるかに大きくなることに必ず注目してください。

当然のことながら、サーフェスがテクスチャ化されている場合、たとえば中央分離帯が地平線を超えて伸びている道路を表示する場合など、遠近感を考慮する必要があります。テクスチャ付きオブジェクトを正しく見せるには、遠近法の補正が必要です。これにより、ビットマップがオブジェクトのさまざまな部分 (観察者に近い部分と遠い部分の両方) に正しく重ねられることが保証されます。
遠近感を考慮した修正は非常に労力を要する作業であるため、その実装が完全に正しくないことがよくあります。

テクスチャを適用すると、原則として、近くにある 2 つのビットマップ間の継ぎ目も確認できます。または、より頻繁に発生するのは、一部のゲームで道路や長い廊下を描写するときに、移動中にちらつきが目立つことです。これらの問題を抑制するために、フィルタリング (通常はバイリニアまたはトリリニア) が使用されます。

バイリニアフィルタリングは、画像の歪みを除去する方法です。オブジェクトが回転したりゆっくりと移動すると、ピクセルがある場所から別の場所に飛び、ちらつきの原因となることがあります。この影響を軽減するために、双一次フィルタリングは 4 つの隣接するテクスチャピクセルの加重平均を取得して、表面ポイントを表示します。

トリリニアフィルタリングはもう少し複雑です。画像内の各ピクセルを取得するには、2 レベルの双線形フィルタリングの結果の加重平均が取られます。得られる画像はさらに鮮明になり、ちらつきが少なくなります。

物体の表面を形成するテクスチャは、物体から観察者の目の位置までの距離の変化に応じてその見え方を変化させます。たとえば、動画では、オブジェクトが観察者から遠ざかるにつれて、表示されているオブジェクトのサイズに合わせてテクスチャビットマップのサイズも小さくなるはずです。この変換を実行するために、GPU はテクスチャビットマップをオブジェクトの表面をカバーする適切なサイズに変換しますが、画像は自然なままでなければなりません。オブジェクトが予期しない方法で変形しないようにしてください。

予期せぬ変更を避けるために、ほとんどのグラフィックスプロセスでは、事前にフィルター処理され、解像度が低下した一連のテクスチャビットマップが作成されます。これは、ミップマッピングと呼ばれるプロセスです。次に、グラフィックスプログラムは、すでに画面に表示されている画像の詳細に基づいて、どのテクスチャを使用するかを自動的に決定します。したがって、オブジェクトのサイズが小さくなると、そのテクスチャビットマップのサイズも小さくなります。

さて、レーシングカーの話に戻りましょう。道路自体はすでにリアルに見えますが、その端に問題があります。線が画面の端と平行でない場合にどのように見えるかを思い出してください。したがって、私たちの道路には「でこぼこ」があります。そして、この画像の欠陥と戦うために、それが使用されます。


破れたエッジ		滑らかなエッジ

これは、ピクセルを処理 (補間) して、画像 (オブジェクト) のより鮮明なエッジ (境界線) を生成する方法です。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として決定されます。ただし、場合によっては、アンチエイリアスの副作用としてエッジがぼやけてしまうことがあります。

私たちは、すべての 3D アルゴリズムの機能における重要なポイントに近づいています。レーシングカーが走行するトラックが、建物、木、人々など、さまざまな物体に囲まれていると仮定しましょう。
ここで 3D プロセッサは、どのオブジェクトが視野内にあるか、またそれらがどのように照らされているかを決定する方法という主な問題に直面します。さらに、現時点で何が見えているかを知るだけでは十分ではありません。オブジェクトの相対位置に関する情報も必要です。この問題を解決するには、Z バッファリングと呼ばれる技術が使用されます。これは、隠れたサーフェスを削除するための最も信頼性の高い方法です。いわゆる Z バッファには、すべてのピクセルの深度値 (Z 座標) が保存されます。新しいピクセルが計算 (レンダリング) されると、その深度は Z バッファーに保存されている値と比較され、より具体的には、同じ x および y 座標を持つ既にレンダリングされたピクセルの深さと比較されます。新しいピクセルの深度値が Z バッファ内のどの値よりも大きい場合、新しいピクセルは表示用にバッファーに書き込まれません。それより小さい場合は、書き込まれます。

Z バッファリングをハードウェアに実装すると、パフォーマンスが大幅に向上します。ただし、Z バッファは大量のメモリを消費します。たとえば、640x480 の解像度でも、24 ビットの Z バッファは約 900 KB を占有します。このメモリは 3D ビデオカードにも取り付ける必要があります。

Z バッファの解像度は、その最も重要な属性です。これは、奥行きのあるシーンを高品質に表示するために重要です。解像度が高いほど、Z 座標の離散性が高まり、遠くのオブジェクトのレンダリングがより正確になります。レンダリング時に解像度が不十分な場合、重なり合う 2 つのオブジェクトが同じ Z 座標を受け取る可能性があり、その結果、機器はどちらのオブジェクトが観察者に近いかを認識できなくなり、画像の歪みが発生する可能性があります。
これらの影響を回避するために、プロフェッショナルボードには 32 ビット Z バッファがあり、大量のメモリが搭載されています。

上記の基本機能に加えて、3D グラフィックスカードは通常、多くの追加機能を提供する機能を備えています。たとえば、レーシングカーを砂浜に運転すると、舞い上がる砂埃によって視界が遮られるでしょう。これらおよび同様の効果を実装するには、フォギングが使用されます。この効果は、霧の深さを決定する関数の制御の下で、混合されたコンピュータカラーピクセルと霧の色を組み合わせることで作成されます。同じアルゴリズムを使用すると、遠くにある物体が霞の中に沈み、距離があるかのような錯覚を生み出します。

現実世界は、透明、半透明、不透明なオブジェクトで構成されています。この状況を考慮するために、半透明オブジェクトの透明度に関する情報を送信する方法であるアルファブレンディングが使用されます。半透明効果は、元のピクセルの色と既にバッファーにあるピクセルを組み合わせることによって作成されます。
その結果、ポイントの色は前景色と背景色を組み合わせたものになります。通常、アルファ係数は各カラーピクセルに対して 0 から 1 までの正規化された値を持ちます。新しいピクセル = (アルファ)(ピクセル A の色) + (1 - アルファ)(ピクセル B の色)。

画面上で何が起こっているかをリアルに表現するには、画面の内容を頻繁に更新する必要があることは明らかです。次の各フレームを形成するとき、3D アクセラレータは計算パス全体を新たに実行するため、かなりの速度が必要になります。ただし、3D グラフィックスでは、動きを滑らかにするために他の方法も使用されます。重要なのはダブルバッファリングです。
アニメーターが紙の束の隅に漫画のキャラクターを描き、後続のシートごとに位置を少しずつ変えるという昔ながらの手法を想像してみてください。スタック全体をスクロールして角を曲げると、ヒーローの滑らかな動きが表示されます。 3D アニメーションのダブルバッファリングの動作原理はほぼ同じです。キャラクターの次の位置は、現在のページがめくられる前にすでに描画されています。ダブルバッファリングがないと、画像は必要な滑らかさを持たなくなります。断続的になります。ダブルバッファリングには、3D グラフィックスカードのフレームバッファ内に 2 つの領域を予約する必要があります。両方の領域が画面に表示される画像のサイズと一致する必要があります。このメソッドは、イメージを受信するために 2 つのバッファーを使用します。1 つはイメージの表示用で、もう 1 つはレンダリング用です。一方のバッファの内容が表示されている間、もう一方のバッファではレンダリングが行われます。次のフレームが処理されると、バッファが切り替わります (スワップ)。したがって、プレイヤーは常に素晴らしい映像を見ることができます。

3D グラフィックスアクセラレータで使用されるアルゴリズムに関する説明の締めくくりとして、すべてのエフェクトを個別に使用することで全体像をどのように取得できるかを考えてみましょう。 3D グラフィックスは、レンダリングパイプラインと呼ばれる多段階メカニズムを使用して実装されます。
パイプライン処理を使用すると、前のオブジェクトの計算が完了する前に次のオブジェクトの計算を開始できるため、計算の実行をさらに高速化できます。

レンダリングパイプラインは、ジオメトリック処理とラスター化の 2 つのステージに分割できます。

幾何学的処理の最初の段階では、座標変換 (すべてのオブジェクトの回転、移動、スケーリング) が実行され、オブジェクトの目に見えない部分が切り取られ、照明の計算が行われ、すべての光源を考慮して各頂点の色が決定され、分割のプロセスが行われます。画像をより小さな形状に分割します。オブジェクトの表面の性質を記述するために、オブジェクトはさまざまなポリゴンに分割されます。
ほとんどの場合、グラフィックオブジェクトを表示する場合は、計算と操作が最も簡単な三角形と四角形への分割が使用されます。この場合、計算を高速化するために、オブジェクトの座標が実数表現から整数表現に変換されます。

第 2 段階では、説明されているすべての効果が次の順序で画像に適用されます。隠れた表面の削除、遠近感を考慮したテクスチャの適用 (Z バッファを使用)、霧と半透明の効果の適用、アンチエイリアシングです。この後、次のポイントは次のフレームからバッファに配置される準備ができていると見なされます。

以上のことから、3D アクセラレータボードに搭載されているメモリがどのような目的で使用されているかがわかります。テクスチャ、Z バッファ、次のフレームバッファを保存します。 PCI バスを使用する場合、ビデオカードのパフォーマンスがバス帯域幅によって大幅に制限されるため、これらの目的に通常の RAM を使用することはできません。これが、AGP バスの進歩が 3D チップをプロセッサに直接接続し、それによって RAM との高速データ交換を組織化できるため、3D グラフィックスの開発にとって特に有望である理由です。さらに、このソリューションでは、フレームバッファー自体用にボード上にわずかなメモリしか残らないため、3D アクセラレータのコストが削減されます。

結論

3D グラフィックスの普及により、価格が大幅に上昇することなく、コンピュータの能力が向上しました。ユーザーはその可能性に圧倒され、自分のコンピュータで試してみたいと考えています。多数の新しい 3D カードを使用すると、ユーザーは自宅のコンピュータでリアルタイム 3D グラフィックスを表示できます。これらの新しいアクセラレータを使用すると、ネイティブハードウェア機能に依存して、CPU をバイパスして画像にリアリズムを追加し、グラフィック出力を高速化できます。

3D 機能は現在ゲームでのみ使用されていますが、将来的にはビジネスアプリケーションでも恩恵を受けると考えられています。たとえば、コンピューター支援設計ツールでは、すでに 3D オブジェクトを表示する必要があります。新たな機会のおかげで、作成とデザインがパーソナルコンピュータ上で可能になるでしょう。 3D グラフィックスは、人間とコンピューターのやり取りの方法を変えることもできるかもしれません。 3 次元プログラムインターフェイスを使用すると、コンピュータとの通信プロセスが現在よりもさらに簡単になるはずです。

Adobe Photoshop や類似のソフトウェア製品を使用して、ラスターグラフィックなどの 2 次元グラフィックを編集する方法を習得しました。しかし、創造的な完全な自由を最大限に活用できるのが 3D であるのに、なぜ 2D にとどまる必要があるのでしょうか。現在、3 次元オブジェクトのモデリング、アニメーション、視覚化のためのプログラムが数多くあります。たとえば、Autodesk Maya、Houdini、LightWave 3D、Rhinoceros など、それぞれに優れていますが、初心者には Autodesk の 3Ds MAX を使用することをお勧めします。このプログラムでは、管理の容易さと最終結果の有効性の組み合わせを作成することができたと私には思われます。実際、初心者ユーザーにとって、このプログラムは小さな 3D モデルを作成するのに非常にシンプルで複雑ではありません。そして最も重要なのは、シンプルなだけでなく高速であることです。

3Ds MAX を使用すると、ボール、ボックス、円柱、円錐、ピラミッド、さらにはティーポットなどのシンプルで複雑でない 3 次元オブジェクトを非常に簡単かつ迅速に作成できます。しかし、これらはいわば原始的なオブジェクトであり、非常に複雑な構成やモデルを作成することもできます。これらのオブジェクトに対してあらゆる種類の操作を実行することもできます。ズームイン、ズームアウト、編集、任意の方向への回転、さまざまな色や色合いのペイントなど、自由に遊んでみてください。これは Web デザイナーにとっても同様に重要です。そこで、たとえばインターネット上の Web サイトやブログ用に、さまざまなミニチュアや 3D シーンを作成できます。

このプログラムの使い方がいかに簡単であるかを示す例として、3D テキストを作成する方法を紹介します。ここでは、非常に簡単かつ迅速に実行できます。 Web ブログに美しいフォントを適用して使用することで、面白くて美しい 3D テキストを自分で作成することもできます。

例: No. 1 – 美しいフォントを使用した 3D 立体テキスト

プログラムを起動し、新しいプロジェクトを作成します。 [ファイル] -> [新規...] を選択し、[すべて新規] を選択して、[OK] をクリックします。

次に、作成する要素のタイプを選択できる「作成」メニューで、「形状」ボタンをクリックして、2 次元形状を作成します。そして、「テキスト」ボタンを押します。また、これらのパラメータでは、好みのフォントの種類とそのサイズを選択できます。

その後、テキストが表示されるはずのパースペクティブウィンドウの中央をマウスの左ボタンで静かにクリックします。しかし、テキストは依然として 2 次元であり、3 次元にするためには引き伸ばす必要があります。これを行うには、選択したフラットテキストを変更します。[変更] メニューに移動し、その中でモディファイアリストを開き、その中で [押し出し] を探してクリックします。次に、以下のパラメータで、テキストをどれだけ拡張するかという「量」値を設定する必要があります。これらの簡単な操作を行うと、膨大なテキストが完成するはずです。

ただし、プロジェクトを完全に表示する前に、プロジェクトを少し回転させ、テキストの画角を調整する必要があります。この目的のために、ビュー/投影を制御し、方向と視野角を変更するためのパネルがあります。その中で、パースペクティブウィンドウの視野角を変更できるように、[円弧回転]を選択する必要があります。これで、パースペクティブウィンドウで、ボリュームのあるテキストを好きな方法で回転したり、見たり、表示したりできます。好みの外観が決まったら、完成結果の確認に進むことができます。

このタイプのコンピューターグラフィックスには、ラスターコンピューターグラフィックスだけでなくベクター画像も多く組み込まれています。インテリアデザインプロジェクト、建築オブジェクトの開発、広告、教育用コンピュータープログラム、ビデオ、機械工学の部品や製品のビジュアルイメージの作成などに使用されます。

3Dコンピュータグラフィックスでは、照明条件をモデリングし、視点を設定して 3 次元の 3D シーンを作成できます。

空間、環境、光と影の伝達、線遠近法、空気遠近法、カラー遠近法などの構成技術と手段を研究すると、このタイプのコンピュータグラフィックスがベクトルグラフィックスやラスターグラフィックスより優れていることは明らかです。 3 次元グラフィックスでは、画像 (またはキャラクター) が仮想空間、自然環境、屋内でモデル化されて移動され、そのアニメーションによってオブジェクトを任意の視点から見ることができ、人工的に作成された環境内でオブジェクトを動かすことができます。もちろん、特殊効果を伴う宇宙。

3 次元コンピューターグラフィックスは、ベクターグラフィックスと同様にオブジェクト指向であるため、3 次元シーンのすべての要素と各オブジェクトの両方を個別に変更できます。このタイプのコンピュータグラフィックスは、技術的な描画をサポートする大きな可能性を秘めています。 3D コンピュータグラフィックスのグラフィックエディタの使用など オートデスク 3D スタジオでは、部品や機械工学製品のビジュアルイメージを作成したり、建築および建設図面の対応するセクションで検討した建物や建築物のプロトタイピングを実行したりできます。これに加えて、透視投影、不等角投影、正投影などの記述幾何学のセクションにグラフィックサポートを提供できます。 3 次元コンピュータグラフィックスで画像を構築する原理は、部分的にそれらから借用されています。

装飾芸術や応用芸術の場合、3 次元コンピュータグラフィックスは将来の製品をモデル化する機会を提供し、これらの製品が作られる材料の質感や風合いを伝えます。製品を素材に具体化する前に任意の視点からレイアウトを確認できるため、作業開始後は不可能な形状や比率の変更や修正が可能になります (ジュエリー、ジュエリーなど)。装飾金属鋳物など）。同じ方向で、3次元コンピュータグラフィックスは、彫刻、デザイン、アートグラフィックスなどに使用できます。3次元の立体アニメーションや特殊効果も3次元グラフィックスを使用して作成されます。教育プログラム用の教育ビデオの作成は、これらの 3D コンピュータグラフィックス機能の主な用途となる可能性があります。

3 次元グラフィックスを操作するためのツールには、次のようなグラフィックエディターが含まれます。 3DスタジオMAX。これは最も有名な 3D エディターの 1 つであり、映画を作成するときによく使用されます。プログラム開発 3DスタジオMAX 1993年に開始されました。バージョン 3DスタジオMAX1.0 1995 年にプラットフォームでリリースされました Windows NT.

それでも一部の専門家は慎重に次のような意見を表明した。 マックス他の 3D グラフィックスパッケージと競合できます。 2003年秋 控えめな問題 3Dマックス6。新しいパーティクルアニメーションツールとモジュールを組み合わせて、フォトリアリスティックな雰囲気効果を作成できます。ドリップメッシュオブジェクト、完全なネットワーク視覚化、からのデータのインポートのサポートが組み込まれています。 CAD- アプリケーション、モデリングの新しい機会。しかしそれに加えて 3DスタジオMAX他にも同様に人気のある 3D モデリングプログラムがあります。たとえば、マヤ. マヤ- これはアナログプログラムです 3DスタジオMAX、しかし、それは第一に、アニメーションと三次元の俳優の顔の表情を伝えることを目的としています。さらに、マヤ描画がより便利になります。 3DスタジオMAXこれは主にオブジェクトの高品質な視覚化を目的としており、プリミティブな描画の作成にも使用できます。

一般に、描画用の 3 次元モデリングプログラムがあり、最も有名なものは次のとおりです。 AutoCAD, ArhiCAD. AutoCAD主に機械工学の製図を目的としたもので、 ArhiCAD建築モデリング用。

3Dグラフィックスは人に何を求めるのでしょうか？

もちろん、さまざまなソフトウェアツールを使用してさまざまな形状やデザインをモデル化する能力、および直交投影 (長方形) および中心投影の知識も必要です。最後のものは呼ばれます視点。非常に優れたモデリング品質は、シーン内での光源とカメラの適切な配置と組み合わせて、テクスチャとマテリアルを慎重に選択することによって実現されます。あらゆる空間形態を構築するための基礎は、オブジェクトの平面とエッジです。 3 次元グラフィックスの平面は、直線セグメントで接続された 3 つの点によって定義されます。

この条件により、結果として得られる平面を使用して記述できるようになります。 「空間グリッド」、オブジェクトモデルを表します。次に、オブジェクトには、オブジェクトの表面の特性、つまり材質がさらに割り当てられます。次に、マテリアルは、研磨、粗さ、光沢などの表面の品質を特徴付けます。また、そのテクスチャ (石、布地、ガラスなど) も記述されます。光線の透明度、反射または屈折などの光学プロパティも設定します。
これに加えて、3 次元オブジェクトの照明条件を設定したり、最も興味深い視覚画像を取得できる視点 (カメラ) を選択したりすることができます。 3 次元オブジェクト、照明条件、および選択した視点で構成されるポーズを「ポーズ」と呼びます。 「立体的なシーン」。しかし、三次元空間とその中にある物体を記述するには、すでによく知られている座標法が使用されます。

3 次元オブジェクトをモデリングするにはさまざまな方法があります。たとえば、特殊なプログラミング言語を使用してモデルをテキストで記述する方法 "脚本".

今日の 3 次元グラフィックスは私たちの生活にすっかり定着しており、その表現に注意を払わないこともあります。

部屋の内部を描いた看板やアイスクリームの広告ビデオを見たり、アクション満載の映画のフレームを見たりしても、これらすべての背後に 3D グラフィックスマスターの骨の折れる仕事があるとは知りません。

3Dグラフィックスは、

3Dグラフィックス（3次元グラフィックス）は特別なタイプのコンピュータグラフィックスであり、3D オブジェクト (三次元オブジェクト) の画像を作成するために使用される一連の方法とツールです。

3D 画像を 2 次元画像と区別するのは難しくありません。これは、専用のソフトウェア製品を使用してシーンの 3D モデルを平面上に幾何学的投影を作成する必要があるからです。結果として得られるモデルは、家、車、彗星のモデルなど、現実のオブジェクトである場合もあれば、完全に抽象的な場合もあります。このような 3 次元モデルを構築するプロセスはと呼ばれ、まず第一に、モデル化されたオブジェクトの視覚的な 3 次元イメージを作成することを目的としています。

現在、3D グラフィックスに基づいて、実際のオブジェクトの高精度のコピーを作成したり、新しいものを作成したり、最も非現実的なデザインアイデアを実現したりすることができます。

3D グラフィックス技術と 3D プリンティング技術は人間の活動のさまざまな分野に浸透し、莫大な利益をもたらしています。

3D 画像は、テレビ、映画、コンピューターでの作業中、看板などの 3D ゲームで毎日私たちに浴びせられており、3D グラフィックスの威力と成果を明確に表しています。

最新の 3D グラフィックスの成果は次の業界で使用されています

映画撮影とアニメーション- 3D キャラクターとリアルな特殊効果の作成 . コンピュータゲームの制作- 3D キャラクター、仮想現実環境、ゲーム用の 3D オブジェクトの開発。
広告- 3D グラフィックスの機能により、製品を市場に有利に提示できます。3D グラフィックスを使用すると、クリスタルのような白いシャツやチョコレートチップの入ったおいしいフルーツアイスクリームなどの錯覚を作り出すことができます。同時に、実際には、宣伝されている製品には、美しく高品質な画像の陰に隠れやすい多くの欠点がある可能性があります。
インテリア・デザイン- インテリアデザインのデザインと開発も、今日では 3 次元グラフィックスなしでは成り立ちません。 3D テクノロジーを使用すると、家具 (ソファ、肘掛け椅子、椅子、タンスなど) のリアルな 3D モデルを作成し、オブジェクトの形状を正確に繰り返し、素材の模倣を作成することができます。 3D グラフィックスを使用すると、まだ建設が始まっていない設計済みの建物のすべてのフロアを示すビデオを作成できます。

3D画像を作成する手順

オブジェクトの 3D 画像を取得するには、次の手順を完了する必要があります。

モデリング- 一般的なシーンとそのオブジェクトの数学的 3D モデルの構築。
テクスチャリング作成したモデルにテクスチャを適用したり、マテリアルを調整したり、モデルをリアルに見せることが含まれます。
照明設定.
(動く物体)。
レンダリング- 以前に作成したモデルを使用してオブジェクトのイメージを作成するプロセス。
合成とか合成とか- 結果の画像の後処理。

モデリング- 仮想空間とその内部のオブジェクトの作成には、さまざまなジオメトリ、マテリアル、光源、仮想カメラ、追加の特殊効果の作成が含まれます。

3D モデリング用の最も一般的なソフトウェア製品は、Autodesk 3D max、Pixologic Zbrush、Blender です。

テクスチャリングは、ラスターイメージまたはベクターイメージの作成された 3 次元モデルの表面上のオーバーレイであり、オブジェクトのプロパティとマテリアルを表示できるようにします。

点灯- 作成したシーンでの光源の作成、方向設定、調整。グラフィック 3D エディタは、原則として、スポットライト (発散光線)、オムニライト (全方向性ライト)、指向性ライト (平行光線) などのタイプの光源を使用します。一部のエディタでは、ボリュームグローソースを作成できます。 (スフィアライト)。