Онлайн визуализация объемных объектов

Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трехмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объемные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трехмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трехмерные дисплеи. Но чтобы насладиться объемной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Шаг вправо, шаг влево, равно как и неосторожный поворот головы, карается превращением трехмерности в несимпатичное зазубренное изображение. Решение этой проблемы уже созрело в научных лабораториях.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«Онлайн визуализация объемных объектов»

Онлайн визуализация объемных объектов

Выполнила: студентка V курса, группы МДМ-212

Косолапова Юлия

Классификация средств КГиА

пакеты компьютерной графики для полиграфии;
программы двумерной компьютерной живописи;
презентационные пакеты;
программы двумерной анимации, используемые для создания динамических изображений и спецэффектов в кино;
программы для двумерного и трехмерного моделирования, применяемые для дизайнерских и инженерных разработок;
пакеты трехмерной анимации, используемые для создания рекламных и музыкальных клипов и кинофильмов;
комплексы для обработки видеоизображений, необходимые для наложения анимационных спецэффектов на видеозапись;
программы для научной визуализации

Трёхмерная графика

Трёхмерная графика (3D Graphics, три измерения изображения, 3 Dimensions) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.
рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.
вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер

Моделирование

Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

Геометрия (построенная с помощью различных техник модель, например здание)
Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон)
Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения)
Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции)
Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации)
Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)

Рендеринг

Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:

Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX 10)

Сканлайн (scanline) — он же Ray casting(«бросание луча», упрощенный алгоритм обратной трассировки лучей) — 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 (иногда с учётом освещения и т. д.)

Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей (то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки

Глобальное освещение (англ.global illumination, radiosity) — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений

Программное обеспечение

3Ds Max
Maya
Cinema 4D
Modo
Houdini
Softimage
LightWave

Кроме того, существуют и открытые продукты, распространяемые свободно, например, пакет Blender (позволяет создавать 3D модели, c последующим рендерингом (компьютерной визуализацией), K-3D и Wings3D.

3D Studio Max

Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) — полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk.

Возможности:

моделирование на основе полигонов, сплайнов и NURBS
мощная система частиц
модуль волосы/шерсть
расширенные шейдеры Shader FX
поддержка новых и усовершенствованных механизмов Iray и mental ray
анимация толпы
импорт из Revit и SketchUp
интеграция композитинга

Плюсы: огромный функционал, множество плагинов и обучающей информации.

Минусы: не так прост в освоении, требуются серьезные обновления.

Maya

Autodesk Maya — инструментальная система трёхмерной графики и компьютерной трехмерной анимации, обладающая также функционалом мощного редактора трехмерной графики. В настоящее время широко применяется в кинематографии, телевидении

Особенности программы

Одна из важнейших особенностей, присущих программе Autodesk Maya, заключается в том, что данное программное обеспечение является открытым для сторонних разработчиков. Поэтому они могут заниматься преобразованием исходного продукта в специализированную версию, которая наиболее оптимальным образом подходит для той или иной студии. Таким образом, существует возможность написания специфичного программного кода для определенных нужд

Возможности программы

В Autodesk Maya используется особая технология HumanIK, при помощи которой неоднократное использование и корректировка анимации осуществляется максимально быстро и просто. А при помощи специального инструмента Camera Sequencer можно самостоятельно задавать необходимую последовательность кадров вашей будущей анимации.

Данная утилита для создания качественной анимации эффективно работает с широким набором форматов файлов – .ma, .mel, .mb, .obj, .dfh, .mov,.wrl, .eps, .iges, .ct, .ai, .map, .pic, .bmp, .xpm, .tif, .rla, .tim, .png, .als, .psd, а также с некоторыми другими

Возможности:

полный набор инструментов для NURBS- и полигонального моделирования
мощные средства общей и персонажной анимации
развитая система частиц
технология Maya Fur (создание меха, волос, травы)
технология Maya Fluid Effects (моделирование жидкостей, атмосферы)
динамика твердых и мягких тел
широкий набор средств создания динамических спецэффектов
UV-текстуры, нормали и цветовое кодирование
многопроцессорный гибкий рендеринг

Плюсы: огромный функционал и возможности

Минусы: длительное и сложное обучение, высокие требования к системе, высокая цена

Cinema 4D

Cinema 4D – один из самых лучших и удобных 3D пакетов на сегодняшний день. Огромный функционал: от моделирования, анимации, эффектов до «лепки» и модуля BodyPaint 3D. У Cinema 4D более понятный и удобный интерфейс нежели у 3Ds Max и Maya. Широко используется в моушен-дизайне, киноиндустрии и рекламе.

Возможности:

полигональное и NURBS-моделирование
BodyPaint 3D (модуль для создания разверток UV и текстурных карт)
генерация и анимация объектов
персонажная анимация
динамика мягких и твердых тел
модуль для создания реалистичных волос
система частиц Thinking Particles
неплохой встроенный визуализатор

Плюсы: легкость в освоении, интуитивный интерфейс, отличный функционал, множество обучающих материалов, тесная связь с Adobe After Effects, Houdini и т.д.

Минусы: неотлаженная система перехода между версиями.

Официальный сайт

Modo

Modo – полноценный продукт для моделирования, рисования, анимации и визуализации. Включает также инструменты скульптинга и текстурного окрашивания. Благодаря удобству пользования и высокой производительности, у Modo репутация одного из самых быстрых инструментов моделирования. Modo популярен в сфере рекламы, разработки игр, спецэффектов и архитектурной визуализации

Возможности:

полигональное и моделирование SDS
современные инструменты анимации
динамика твердых и мягких тел
система рисования
материал Fur (мех) для создания волос, травы и меха
инструменты лепки
быстрая и качественная визуализация

Плюсы: мощный и понятный инструментарий, высокая производительность.

Минусы: мало информации.

Официальный сайт

Side Effects Houdini

Houdini – мощный профессиональный пакет для работы с 3D графикой, в его основе процедурная, нодовая система. Houdini идеально подходит для создания сложной динамики, симуляции: частиц, жидкости, дыма, огня, имитации природных явлений и т.д. А также это отличный инструмент для создания впечатляющих визуальных эффектов. Основная область применения Houdini – киноиндустрия.

Возможности:

полигональное и NURBS-моделирование
анимация (ключевая, процедурная)
персонажная анимация
система частиц
динамика твердых и мягких тел, тканей, шерсти/волос, газов и жидкостей
работа с объемным звуком
мощный рендер движок Mantra
встроенный инструмент композитинга

Плюсы: высококлассные спецэффекты и анимация.

Минусы: мало информации, высокая цена.

Официальный сайт

Softimage

Softimage (Autodesk Softimage, ранее Softimage/XSI) - программа для 3D анимации и создания визуальных эффектов в game-индустрии, кино и телевидении.

У Softimage была одна из самых лучших систем анимации. Благодаря уникальной системе ICE (Interactive Creative Environment — платформе визуального программирования, основанной на нодах) пакет предлагал широкую функциональность, гибкость, высокую производительность и качество

Возможности:

мощное полигональное, а также процедурное моделирование в среде ICE
физика и динамика частиц и геометрии
нелинейная анимация
инструменты лицевой анимации Autodesk Face Robot;
встроенный MentalRay

В 2008 году компания Autodesk выкупила Softimage у Avid за 35 млн. долларов. В 2015 Autodesk объявила о прекращении продаж лицензий на Softimage и фактически избавилась от одного из самых сильных игроков на рынке. На официальном сайте предлагается перейти на 3Ds Max или Maya.

LightWave

Lightwave 3D - инструмент для 3D анимации и визуальных эффектов от компании NewNek. С давних пор является промышленным стандартом в кино и телевидении.

Новый усовершенствованный пакет LightWave 2015 предлагает огромные возможности: от динамического моделирования, персонажной анимации, визуальных эффектов до разработки игр и архитектурной визуализации.

Возможности:

интуитивный двойной интерфейс (modeler и layout)
мощное полигональное моделирование
развитая система анимации
система частиц
система снаряжения персонажа Genoma 2
усовершенствованный рендеринг
интерактивное динамическое наследование (Interactive Dynamic Parenting)
гибкая система Bullet Dynamics

Плюсы: огромный функционал, удобный двойной интерфейс

Минусы: не так популярен в нашей стране и странах СНГ, мало информации

Официальный сайт

Blender

Единственный в списке бесплатный 3D пакет, который практически не уступает по функционалу платным приложениям. Blender включает в себя средства для 3D моделирования, анимации, а также набор опций для создания игр, визуальных эффектов и скульптинга. Отличная альтернатива «монстрам» 3D анимации. Благодаря поддержке Blender Foundation, программа очень быстро и стабильно развивается