3D -Computergrafik

3D -Computergrafik, manchmal genannt CGI, 3DCGI oder dreidimensional Computergrafik (im Kontrast zu 2D -Computergrafik), sind Grafiken, die a verwenden dreidimensional Darstellung geometrischer Daten (oft Kartesischer) Das wird im Computer gespeichert, um Berechnungen und Rendering durchzuführen 2D -Bilder. Die resultierenden Bilder können für die spätere Anzeige gespeichert werden (möglicherweise als Animation) oder angezeigt in Echtzeit. nicht wie 3D -Film und ähnliche Techniken, das Ergebnis ist zweidimensional, ohne die Illusion, fest zu sein.

3D -Computergrafiken verlassen sich auf viele der gleichen Algorithmen als 2D -Computer Vektorgrafiken in dem Kabelrahmenmodell und 2D -Computer Rastergrafiken im endgültigen gerenderten Display. In Computergrafiksoftware können 2D -Anwendungen 3D -Techniken verwenden, um Effekte wie z. BeleuchtungIn ähnlicher Weise kann 3D einige 2D -Rendering -Techniken verwenden.

Die Objekte in 3D -Computergrafiken werden häufig als bezeichnet als 3D -Modelle. Im Gegensatz zum gerenderten Bild sind die Daten eines Modells in einer grafischen Datendatei enthalten. Ein 3D -Modell ist a mathematisch Repräsentation von irgendein dreidimensional Objekt; Ein Modell ist technisch gesehen keine Grafik bis es angezeigt wird. Ein Modell kann visuell als zweidimensionales Bild durch einen genannten Prozess angezeigt werden 3D-Rendering, oder es kann in nicht grafisch verwendet werden Computersimulationen und Berechnungen. Mit 3d Drucken, Modelle werden in eine tatsächliche 3D -physikalische Darstellung von sich selbst gerendert, wobei einige Einschränkungen dafür sind, wie genau das physische Modell mit dem virtuellen Modell übereinstimmen kann.^[1]

Geschichte

William Fetter wurde das geprägte Begriff zugeschrieben Computergrafik 1961^[2][3] seine Arbeit bei beschreiben Boeing. Eine der ersten Anzeigen der Computeranimation war Zukünftige Welt (1976), die eine enthielten Animation eines menschlichen Gesichts und einer Hand, die ursprünglich in der experimentellen Kurzform von 1971 erschienen war Eine computer animierte Hand, erstellt von Universität von Utah Studenten Edwin Catmull und Fred Parke.^[4]

3D -Computergrafiksoftware begann für zu erscheinen Heimcomputer In den späten 1970er Jahren. Das früheste bekannte Beispiel ist 3D -Kunstgrafik, eine Reihe von 3D -Computergrafikeffekten, die von Kazumasa Mitazawa geschrieben und im Juni 1978 für die veröffentlicht wurden Apple II.^[5][6]

Überblick

3D -Computergrafikproduktions -Workflow fällt in drei grundlegende Phasen:

1. 3D Modellierung - Der Prozess der Bildung eines Computermodells der Form eines Objekts
2. Layout und Animation - Die Platzierung und Bewegung von Objekten (Models, Lichter usw.) in einer Szene
3. 3D-Rendering - Die Computerberechnungen, die basierend auf Lichtplatzierung, Oberflächentypen und anderen Eigenschaften erzeugen (rasterisieren Sie die Szene in ein Bild)

Modellieren

Das Modell beschreibt den Prozess der Bildung der Form eines Objekts. Die beiden häufigsten Quellen von 3D -Modellen sind diejenigen, die ein Künstler oder Ingenieur auf dem Computer mit einer Art von einer Art entspricht 3D -Modellierungswerkzeugund Modelle gescannt in ein Computer Aus realen Objekten (polygonale Modellierung, Patchmodellierung und NURBS-Modellierung sind einige beliebte Tools, die bei der 3D-Modellierung verwendet werden). Modelle können auch hergestellt werden prozedural oder über Physikalische Simulation. Grundsätzlich wird ein 3D -Modell aus Punkten gebildet, die als Eckpunkte bezeichnet werden, die die Form und Form definieren Polygone. Ein Polygon ist ein Bereich, der aus mindestens drei Eckpunkten (ein Dreieck) gebildet wird. Ein Polygon von N-Punkten ist ein N-Gon.^[7] Die allgemeine Integrität des Modells und seine Eignung für die Animation hängen von der Struktur der Polygone ab.

Layout und Animation

Vor dem Rendern in ein Bild müssen Objekte in a ausgelegt werden Szene. Dies definiert räumliche Beziehungen zwischen Objekten, einschließlich Lage und Größe. Animation bezieht sich auf die zeitliche Beschreibung eines Objekts (d. H. Wie es sich im Laufe der Zeit bewegt und verformt. Populäre Methoden enthalten Keyframing, Inverse Kinematik, und Bewegungsaufnahme). Diese Techniken werden häufig in Kombination verwendet. Wie bei der Animation, Physikalische Simulation Gibt auch Bewegung an.

Materialien und Texturen

Materialien und Texturen sind Eigenschaften, die die Render -Engine zum Rendern des Modells verwendet. Man kann den Modellmaterialien geben, um dem Render -Engine mitzuteilen, wie man Licht behandelt, wenn es auf die Oberfläche trifft. Texturen werden verwendet, um die materielle Farbe mit einer Farbe oder Albedo -Karte oder den Oberflächenmerkmalen mit a zu geben Bump Map oder Normale Karte. Es kann auch verwendet werden, um das Modell selbst mit a zu verformen Verdrängungskarte.

Rendering

Rendering Konvertiert ein Modell entweder durch Simulation in ein Bild Lichttransport um foto-realistische Bilder zu erhalten oder einen Kunststil wie in anzuwenden Nicht-photorealistischer Rendering. Die beiden grundlegenden Operationen im realistischen Rendering sind Transport (wie viel Licht von einem Ort zum anderen erhält) und Streuung (wie Oberflächen mit Licht interagieren). Dieser Schritt wird normalerweise mit Verwendung durchgeführt 3D -Computergrafiksoftware oder ein 3D -Grafik -API. Die Szene in eine geeignete Form zum Rendern zu ändern, beinhaltet auch 3D -Projektion, was ein dreidimensionales Bild in zwei Dimensionen anzeigt. Obwohl 3D -Modellierung und CAD Software kann ausführen 3D-Rendering auch (z. B.,, Autodesk 3ds max oder Mixer), exklusive 3D -Rendering -Software besteht auch (z. B. Otoy's Oktan -Rendering -Motor, Maxons Rotverschiebung)

• Beispiele von 3D-Rendering
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  A 3D-Rendering mit Strahlenverfolgung und Umgebungsverschluss Verwendung Mixer und Yafaray

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  Ein 3D -Modell von a Dunkerque-Klasse Schlachtschiff gerendert mit flache Schattierung

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  Während der 3D-Rendering Schritt kann die Anzahl der Reflexionen "Lichtstrahlen" sowie verschiedene andere Attribute aufnehmen, um einen gewünschten visuellen Effekt zu erzielen. Gerendert mit Kobalt.

Software

3D -Computergrafiksoftware produziert Computer generiertes Bild (CGI) durch 3D Modellierung und 3D-Rendering oder produziert 3D -Modelle für analytische, wissenschaftliche und industrielle Zwecke.

Dateiformate

Es gibt viele Arten von Dateien, die 3D -Grafiken unterstützen, z. B. Wavefront .obj -Dateien und .x DirectX -Dateien. Jeder Dateityp hat im Allgemeinen tendenziell eine eigene eindeutige Datenstruktur.

Auf jedes Dateiformat kann über ihre jeweiligen Anwendungen wie DirectX -Dateien zugegriffen werden. Beben. Alternativ können auf Dateien über eigenständige Programme von Drittanbietern oder über manuelle Dekompilierung zugegriffen werden.

Modellieren

3D -Modellierungssoftware ist eine Klasse von 3D -Computergrafiksoftware, die zur Herstellung von 3D -Modellen verwendet wird. Individuell Programme dieser Klasse werden als Modellierungsanwendungen oder Modellierer bezeichnet.

3D -Modellierer ermöglichen es Benutzern, Modelle über ihre 3D zu erstellen und zu ändern Gittergewebe. Benutzer können das Netz hinzufügen, subtrahieren, dehnen und ansonsten in ihren Wunsch ändern. Modelle können aus einer Vielzahl von Blickwinkeln normalerweise gleichzeitig angesehen werden. Modelle können gedreht und die Ansicht eingezoomt werden.

3D -Modellierer können ihre Modelle an exportieren Dateien, was dann so lange in andere Anwendungen importiert werden kann wie die Metadaten sind kompatibel. Viele Modellierer erlauben Importeure und Exporteure sein eingestecktdamit sie Daten in den nativen Formaten anderer Anwendungen lesen und schreiben können.

Die meisten 3D -Modellierer enthalten eine Reihe verwandter Funktionen, wie z. Ray Tracer und andere Rendering -Alternativen und Textur-Mapping Einrichtungen. Einige enthalten auch Funktionen, die Modelle unterstützen oder ermöglichen. Einige können möglicherweise generieren Vollbewegungsvideo einer Reihe von gerenderten Szenen (d. H. Animation).

Computergestütztes Design (CAD)

Computer Aided Design -Software kann dieselben grundlegenden 3D -Modellierungstechniken anwenden, die 3D -Modellierungssoftware verwenden, das Ziel ist jedoch unterschiedlich. Sie werden in verwendet computergestütztes Ingenieurwesen, Computergestützte Herstellung, Finite -Elemente -Analyse, Produktlebenszyklusmanagement, 3d Drucken und Computergestütztes architektonisches Design.

Komplementäre Werkzeuge

Nach dem Erstellen von Videos dann Studios dann bearbeiten oder zusammengesetzt Das Video mit Programmen wie z. Adobe Premiere Pro oder Final Cut Pro in der mittleren Ebene oder Autodesk -Verbrennung, Digitale Fusion, Shake am High-End. Match Moving Software wird üblicherweise verwendet, um Live-Video mit computergeneriertem Video anzupassen, wobei die beiden synchronisiert werden, während sich die Kamera bewegt.

Die Verwendung von Echtzeit-Computergrafikmotoren zur Erstellung einer filmischen Produktion wird genannt Machinima.^[8]

Unterschiede mit anderen Arten von Computergrafiken

Unterscheidung von fotorealistischen 2D -Grafiken

Nicht alle Computergrafiken, die 3D erscheinen, basieren auf a Drahtmodell. 2D -Computergrafik mit 3D fotorealistisch Effekte werden oft ohne Drahtmodellierung erreicht und sind manchmal in der endgültigen Form nicht zu unterscheiden. Etwas Grafiksoftware Enthält Filter, die auf 2D -Vektorgrafiken oder 2D -Rastergrafiken auf transparenten Schichten angewendet werden können. Bildende Künstler kann auch 3D -Effekte kopieren oder visualisieren und manuell rendern fotorealistische Effekte ohne Filter.

Pseudo 3D und True 3D

Etwas Videospiele Verwenden Sie eingeschränkte Projektionen von dreidimensionalen Umgebungen, wie z. isometrische Grafiken oder Virtuelle Kameras mit festen Winkelnentweder als Weg zur Verbesserung der Leistung der Game Engine oder für stilistische und gameplay -Bedenken. Solche Spiele sollen verwenden Pseudo 3d Grafik. Im Gegensatz dazu sollen Spiele mit 3D -Computergrafiken ohne solche Einschränkungen verwendet werden wahre 3d.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

• Eine kritische Geschichte von Computergrafiken und Animation (Wayback -Maschine Kopieren)
• Wie Dinge funktioniert - 3D -Grafiken
• Geschichte der Computergrafik Reihe von Artikeln (Wayback -Maschine Kopie)
• Wie 3D funktioniert - Erklärt die 3D -Modellierung für ein beleuchtetes Manuskript