Блог shr » 3d-графика

Графический движок

shr — Sun, 11 Jul 2010 16:18:41 +0000

Графическим движком можно назвать программное обеспечение, в задачи которого входит визуализация 2D и 3D-графики. Чаще всего графический движок является всего лишь частью целого игрового движка на базе которого строятся игры, но в некоторых случаях может существовать отдельно. Это нужно в случае визуализации компьютерного видео или изображений. Кроме игр такой движок так же может применяться в специализированном программном обеспечении для 3D-моделирования. Например, Maya, 3ds Max, Cinema 4D, Blender или Zbrush. Так же следует отметить, что понятие графически движок часто интерпретируют как визуализатор, отрисовщик или рендер.

Основное и самое важное отличие игровых движков от графических движков, используемых в программах моделирования в том, что первые должны работать в режиме реального времени, а вторые могут обрабатывать картинку долгое время. Но это не единственное отличие. Есть еще одна существенная разница. Игровые графические движки примерно с 1995 года начали использовать для рендеринга трехмерной графики мощности графических процессоров видео карт, в то время как программные движки опираются на мощности центральных процессоров.

Отложенное освещение и затенение

shr — Sun, 11 Jul 2010 06:05:40 +0000

Данная методика используется для обработки освещения и затенения визуальных сцен в трехмерной графики. Схема этой технологии проста. Процесс вычисления разбиваться на множество мелких частей, которые записываются в буфер, а затем объединяются. Основное отличие этой технологии от обычных методов освещения заключается в том, что результат работы шейдеров записывается быстро попадает во фреймбуфер цвета. В выпускаемых сейчас видео картах для рендеринга используются несколько цепей, что дает избежать лишних трансформаций вершин. После того как будут построены все необходимые буферы они считываются из шейдерных алгоритмов и объединяются в единое целое для создания результата. Благодаря такой технологии скорость вычисления сводиться к минимуму. Обсчитываются только видимые части картинки и уменьшается сложность просчета освещения сцены.

Но у этой технологии есть серьезный недостаток. Нет возможности обрабатывать прозрачность в пределах алгоритма. Обойти ее можно. Для этого нужно использовать задержку рендеринга прозрачных сцен. Но рендеринг с задержкой не совместим со сглаживание. Это невозможно, т.к. стадия расчета освещения сцены разделена со стадией расчета геометрии.

Приведем примеры некоторых игр, которые используют технологию отложенного освещения и затенения: LittleBigPlanet, Killzone 2 и знаменитый S.T.A.L.K.E.R. Так же эту технология поддерживает продвинутый движок CryEngine 3 от команды Crytek.

Lightmap

shr — Sat, 10 Jul 2010 12:35:27 +0000

Этот метод так же носит название «карта освещения». С его помощью с трехмерных приложениях создаются текстуры несущие в себе информацию об освещенности той или иной трехмерной модели.

Когда используется технология Lightmap, то расходы системных ресурсов значительно сокращаются. При таком подходе графический движок не обрабатывает свет в реальном режиме времени, следовательно, существенно проигрывает динамическому методу освещения. Эта технология сейчас используется практически во всех современных трехмерных приложениях с целью создания статического освещения. При таком подходе освещение генерируется еще до начала рендеринга и потом уже не меняется, а если и меняется, то не значительно.

На начальном этапе создания карты освещения она полностью вся заполняется черными пикселями. Затем для каждого текселя карты освещения высчитываются координаты на полигоне. В той точке нужно будет воспроизвести абсолютно все источники света, которые действуют на нее. Далее вектора из данной точки до источника освещения проверяются на пересечение с геометрическими объектами на сцене. Если пересечение находиться, то, следовательно, этот источник свет не освещает данную точку. Остальные источники освещения увеличивают значение тексела lightmap на величину, которая зависит от используемого типа освещения, а так же его положения относительно обсчитываемой точки. Для создания более реалистичной картинки применяют билинейную фильтрацию.

Дальше во время рендеринга трехмерной картинки полученный Lightmap может быть повторно использован, но с применением альфа-блендинга. В качестве примера движков используемых такую технологию можно перечислить следующие продукты Unreal Engine, Source, Lithtech и id Tech.

OpenGL, DirectX и API

shr — Sat, 10 Jul 2010 10:42:14 +0000

Этот связующий элемент между видео адаптером и программой необходим для программистов занимающихся разработкой, как компьютерных игр, так и программ для 3D-моделирования. API определяет то, что может предоставить программа стороннему разработчику. Конечному программисту нет необходимости в понимании реализации той или иной функцией API.

Все программные компоненты, которые входят в какую-то одну систему, взаимодействуют между собой посредством интерфейсов API. Причем обычно эти компоненты образуют некую иерархию. Высокоуровневые модули используют API более низкоуровневых, а те в свою очередь еще более низкоуровневых. Т.к. видеокарты разных производителей устроены по разному и имеют совершенно разные наборы возможностей и функций, то такая технология позволяет не задумываться разработчику о функциях и возможностях той или иной видео карты. Он создает единый код, который будет работать абсолютно на любой видео системе.

На сегодняшний день существуют два самых крупных графических API -DirectX и OpenGL. Это два конкурента, которые соперничают между собой уже довольно продолжительное время.

OpenGL – это полностью кроссплатформенный программный продукт, который дает возможность разработчикам создавать приложения, работающие как с двухмерной графикой, так и с трехмерной. Кроссплатформенность этого API позволяет запускать графически приложения практически под любой операционной системой.

DirectX – это не кроссплатформенный графический API от корпорации Microsoft. Приложения, которые написаны с использованием DirectX функционируют исключительно под операционной системой Windows. Сейчас этот API довольно широко используется разработчиками разного рода игр.

Что же все-таки требует от человека трехмерная графика?

shr — Tue, 15 Jun 2010 11:01:55 +0000

Прежде всего, умение моделировать разные конструкции и формы с помощью самых разнообразных программ. Кроме этого необходимы знания центрального и ортогонального проецирования. Центральное проецирование называется перспективой. Отличное качество моделирования можно достигнуть путем скрупулезного подбора материалов и текстур для них, а так же правильным расположением камер и источников света в сцене. Основой основ при построении любой объемной формы всегда было и остается полость и грань объекта. В трехмерной графике плоскость задается тремя точками, которые соединяются между собой прямыми отрезками линий.

Только это условие помогает описать всю пространственную сетку с помощью этих плоскостей. После того как создается «каркас» объекта из плоскостей ему необходимо присвоить характеристику поверхности, т.е. материал. Сама характеристика материала тоже может делиться на несколько видов. Например, блестящая, полированная, шероховатая и другое. Так же описывается текстура материала. Камень, стекло, металл, ткань или другое. Задаются оптические характеристики объекта. Он может быть прозрачным или отражающим свет.
После этого полученному трехмерному объекту можно назначить источники освещения и положение камеры, которая как бы будет смотреть на этот объект. Вся полученная постановка из самого объекта, его освещения и положения камеры называется трехмерной сценой. Для описания же пространства, в котором находиться все это служит т.н. координатный метод.

Существует довольно обширное множество способов построения модели трехмерных объектов. Среди которых есть метод текстового описания трехмерной модели на языке программирования.

Трёхмерная графика. Обзор трёхмерных редакторов.

shr — Tue, 01 Sep 2009 14:30:18 +0000

Трёхмерная графика. Обзор трёхмерных редакторов
Прежде всего необходимо понять что же такое трёхмерная графика. Трёхмерна графика это своего рода изображение, которое имеет ширину, длину и глубину. Для более точно понимания введем такое понятия как двухмерная графика. В самом простом случае двухмерная графика это изображение, которое вы видите на экране монитора, то есть вы видите плоское изображение, которое не имеет объема. Главное отличие двумерной графики от трёхмерной, является присутствие объема у изображения. Если вы положите книгу на стол в горизонтальном положение и посмотрите сверху, то книга будет выглядеть плоской, то есть не объемной. Если же поставите книгу вертикально в угол комнаты, то вы увидите не просто плоскую фигуру, а объемную фигуру. Для более точного понимая следует понимать, что трёхмерная графика использует три координаты x,y,z, а двухмерная две x и y. Несколько лет назад трёхмерная графика была показателем научного прогресса в области вычислительной техники. Сейчас ситуация резко изменилась, трёхмерная графика используется во многих сферах человеческой деятельности (фильмы, компьютерные игры, образовательные программы, научные исследования и т.д.). Сейчас даже обычный пользователь со среднем по производительности ПК может работать с трёхмерной графикой. Это стало возможным благодаря быстрому развитию вычислительной техники, и появлению множества программного обеспечения для работы с трёхмерной графикой. На данный момент времени существует большое количество всевозможных трёхмерных редакторов, по большому счету все они имеют сходство, но в это же время отличаются, так как каждый из них используют в различных сферах. Например: трёхмерный редактор Maya от компании Autodesk является стандартом в области трёхмерной анимации, а 3ds Max зачастую используют разработчики компьютерных игр.
Рассмотрим некоторые из них.
SketchUp: довольно не сложный трёхмерный редактор, с очень простым и удобным интерфейсом. Человек не знакомый с трёхмерной графикой может легко смоделировать(моделирование – процесс создания модели в трёхмерном пространстве) несложную трёхмерную модель в очень короткие сроки.
Poser: является отличным выбором для создания трёхмерных персонажей их анимации и окружения. Poser является набором готовых трёхмерным моделей, которые вы сможете изменять на свой вкус и цвет, одним кликом мыши. Если хотите создать быстро и качественно трёхмерный персонаж, в этом случае Poser станет идеальным инструментом.
3ds Max: профессиональная программная система для работы с трёхмерной графикой. Обладает достаточно обширной документацией, является одной из самых распространенных программ для работы с трёхмерной графикой. Обладает множеством инструментов и компонентов. Если вам по вкусу заниматься трёхмерной графикой, то 3ds Max будет отличным выбором.