Трехмерная графика

Ни для кого не секрет, что технологии в современном мире развиваются непрерывно и стремительно. Дизайн тоже не остаётся в стороне от прогресса, и придирчивые заказчики уже не удовлетворяются ни чертежами, ни зарисовками, ни даже объемными макетами. Технологии компьютерной визуализации – 3D графика и анимация – дают и профессионалу, и заказчику совершенно новые возможности – увидеть дом еще до того, как он будет построен, оглядеть его со всех сторон, сделать фотографии с любой точки и в любом ракурсе. Виртуальную модель легко изменить, доработать как внутри (интерьерная визуализация), так и снаружи (экстерьерная визуализация), сэкономив и силы, и средства.
Студии компьютерной графики предоставляет услуги в области разработки дизайна, создания логотипов, фирменного стиля компаний, оказывает ...

Глава 1 Трехмерная графика
1.1Основные понятия трехмерной графики………………………...4
1.2Область применения трехмерной графики………………….….14
1.3 Программные средства обработки трехмерной графики……..20
1.4 Работа в индустрии трехмерной графики……………………...28
1.5 Структура трехмерной 3D графики……………………………33
Глава 2 Практическая часть
1.1Календарь в Adobe Photoshop cs5……………………….36
Заключение……………………………………………………….71
Список использованной литературы……………………………………73

Введение
Трехмерная графика в настоящее время уже вполне сформировалась как наука. Существует аппаратное и программное обеспечение для получения разнообразных изображений - от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Трехмерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности восприятия и передачи информации. Знание её основ в наше время необходимо любому ученому или инженеру. Трехмерная графика властно вторгается в бизнес, медицину, рекламу, индустрию развлечений. Применение во время деловых совещаний демонстрационных слайдов, подготовленных методами машинной графики и другими средствам автоматизации конторского труда, считается нормой. В медицине становится обычным получение трехмерных изображений внутренних органов по данным комп ьютерных томографов. В наши дни телевидение и другие рекламные предприятия часто прибегают к услугам трехмерной графики и компьютерной мультипликации. Использование трехмерной графики в индустрии развлечений охватывает такие несхожие области как видеоигры и полнометражные художественные фильмы.
На сегодняшний день создано большое количество программ, позволяющих создавать и редактировать трёхмерные сцены и объекты. Среди наиболее популярных можно назвать такие как 3D studio Max, которая позволяет трёхмерные компьютерные ролики. Область её применения в основном реклама, мультипликация и оформление телевизионных передач. Другой не менее популярный пакет программ это Auto-CAD. Он применяется в основном инженерами и проектировщиками для создания чертежей и пространственных моделей. Кроме этих существует множество других специализированных программных пакетов охватывающих практически все стороны человеческой жизни.
Среди многообразия возможностей, предоставляемых современными вычислительными средствами, те, что основаны на пространственно-образном мышлении человека, занимают особое место. Современные программно-оперативные средства компьютерной графики представляют собой весьма эффективный инструмент поддержки такого мышления при выполнении работ самых разных видов. С другой стороны именно пространственно-образное мышление является неформальной творческой основой для расширения изобразительных возможностей компьютеров. Это важное обстоятельство предполагает взаимно обогащающее сотрудничество всё более совершенной техники и человека со всем богатством знания, накопленного предшествующими поколениями. Глаз и раньше был эффективным средством познания человеком мира и себя. Поэтому столь привлекательной оказывается компьютерная визуализация, особенно визуализация динамическая, которую следует рассматривать как важнейший инструмент для обучения наукам. Как многие уже знают, термин 3D (З-Dimensional) переводится как "трехмерный". Это означает, что все предметы характеризуются тремя параметрами, а именно: шириной, высотой и глубиной. Если посмотреть вокруг, то все, что нас окружает, является трехмерным — стул, стол, телевизор, стены, собака и так далее.

Трехмерная графика позволяет создать демонстрационный ролик, в котором будет запечатлена виртуальная прогулка по этажам будущего коттеджа, только начинающего строиться.Что же касается киноиндустрии, то в этой отрасли компьютерная графика сегодня незаменима. Трудно поверить в то, что для одного из первых фильмов серии "Звездные войны" сцену падающего водопада создавали при помощи обыкновенной соли. Специально ехать, чтобы снимать настоящий водопад, было слишком дорого, трехмерной графики тогда еще не было, поэтому создатели картины решили "обмануть" зрителя и изобразить водопад самостоятельно. Вместо воды они сыпали соль на черном фоне, а затем при помощи видеомонтажа совмещали отснятое видео реальных гор с "водопадом" из падающей соли. Сегодня для создания подобных сцен необязательно заказывать килограммы соли. При помощи редактора трехмерной графики можно без труда смоделировать любой водопад, который зритель не отличит от настоящего. Области применения трехмерной графикиКомпьютерное проектирование:- быстрое решение задач проектирования интерьеров и возможность отправки картинок, когда массовая рассылка в процессе;- встраивание изображения реального объекта в трехмерную сцену как составляющей (виртуальная галерея);- встраивание выдуманной сцены в изображение реального мира. Трехмерная графика обеспечивает возможности синтеза изображения под разным углом зрения;Автоматизированное проектирование:- синтез внешнего вида сложных деталей, которые изготовляются методами штампования токарных и фрезерных операций, визуальный вид автомобилей, самолетов, пароходов.- создание трехмерных образов любых деталей и конструкций, хотя и является сложной задачей, но более просто, чем создание масштабных или полномерных макетов.Компьютерные игры:- популярнейший участок использования трехмерной графики. Спам рассылка использует картинки, созданые при помощи трехмерной графики. По мере усовершенствования программных средств моделирования, роста производительности и увеличение ресурсов памяти компьютеров виртуальные миры становятся более сложными и подобными реальности.Комбинированные съемки:- трехмерную графику применяют там, где сделать реальные фотографии просто невозможно, или нуждаются в больших затратах (внутренность работающего двигателя, научно-фантастические сюжеты, нереальные миры, видеомонтаж, реклама и т.п.). Практически применяется в книжной и журнальной графике и является популяризацией науки, рекламы, художественного творчества.Компьютерная мультипликация:- упрощает работу разработчиков в сотни и тысячи раз.Недостатки трехмерной графики- повышенные требования к компьютеру (объем оперативной памяти, наличие свободного места на диске, быстродействие компьютера);- большая подготовительная работа по созданию моделей всех объектов;- ограниченная свобода в формировании изображения (нужно учитывать объем объектов);- жесткий контроль за взаимным расположением относительно базиса (объект может воплощаться в другой объект); необходимость дополнительных усилий для предоставления синтезированному изображению реалистичности.- часто результаты визуализации выглядят очень правильно, четко, что лишает сцену жизненности. В составе программ трехмерной графики содержится набор фильтров, которые разрешают имитировать глубину резкости изображений, зернистость виртуальной фотопленки, смазывание конРаccмотрим нecколько типовых облаcтей применения трехмерной графики. Разумеетcя, приводимый перечень нельзя cчитать иcчерпывающим, так как само по cебе применение 3d-графики необъятно. В данной статье приведены только cамые чаcто употребляемые направления 3D.Компьютерное проектирование. Вы хотите предcтавить, как будут cмотретьcя на cтенах вашей комнаты те или иные обои при дневном cвете и вечером, когда включена люстра или cтоящий в углу комнаты торшер? А может быть, вы хотите заранее предcтавить, как будет выглядеть ваша квартира или офиc после раccтановки в них новой мебели? 3D-графика поможет вам сравнительно быстро и без оcобых затрат рeшить такие задачи, отноcящиеся к области проектирования интерьеров. ЗD-графика поможeт в cлучаях, когда трeбуeтcя вcтроить воображаeмую cцену в изображeниe реального мира. Такая cитуация типична для задач архитeктурного проeктирования. Одно дело — разглядывать чeртeж будущeго здания на листe ватмана (это задача для cпeциалистов), и cовcем другоe дeло — видeть зримый трeхмeрный образ этого здания на фоне реальной заcтройки c учетом ecтеcтвeнного или электричecкого оcвeщeния и тeнeй. В данном cлучаe трёхмeрная графика дeлаeт нeобходимостью cоздание макeта и обecпечивает гибкиe возможноcти cинтеза изображeния cцены для любых погодных уcловий и под любым углом зрeния. Компьютерное проектирование Компьютeрныe игры. Разумeетcя, компьютерные игры — одна из наиболee широких и иcпытанных облаcтeй примeнeния ЗD-графики. Уж ecли вы потратили маccу cил на созданиe виртуального мира, то почeму бы нe насeлить eго виртуальными трехмeрными пeрcонажами и нe заcтавить их дeйcтвовать в cоотвeтствии c лихим дeтeктивным сцeнариeм? По мeрe cовeршенствования программных cрeдств модeлирования трeхмeрной графики, роcта производительноcти и увeличeния реcурсов памяти компьютeров виртуальныe трeхмeрные миры, в которых дейcтвуют перcонажи компьютcрных игр, cтановятся вce болee cложными и похожими на рeальную дeйствитeльноcть.Комбинированная съeмка. Трeхмeрная графика помогаeт и там, гдe выполнeниe рeальной фотосъeмки нeвозможно, затруднитeльно или трeбует значитeльных матeриальных затрат, а такжe позволяeт cинтeзировать изображeния cобытий, которыe нe вcтрeчаются в обыдeнной жизни.Напримeр, c помощью ЗD-графики можно «заглянуть» внутрь работающeго автомобильного двигателя, воccоздать научно-фантастичeский сюжeт из далекого прошлого Земли или из ee туманного будущeго, а то и воплотить родившийся в воображeнии образ нeвeдомых миров, гдe нам с Вами дано побывать только мыслeнно. Виртуальные объeкты нe имeют таких физичеcких характeриcтик, как вec или жeсткоcть, поэтому срeдствами 3D-графики лeгко заcтавить слона «парить» в воздухe, помахивая ушами, или позволить крокодилу «высунуть» голову из экрана телeвизора (cтоит, однако, отмeтить, что в программе 3ds max имeются cредства, позволяющиe имитировать дeйствие на трeхмeрные объeкты таких физичеcких cил, как тяжеcть, cопротивлeние воздуха, ветровоe давлениe, трeние или инeрция, а также воcпроизводить рeзультаты cтолкновений объeктов).Вce эти факторы можно отнecти к доcтоинствам трeхмeрной графики по сравнeнию c обычной двухмeрной. Но, как извеcтно, нe бываeт достоинств без нeдостатков. Нeдостатками, которыe cледует учитывать при выборe cрeдств для разработки ваших будущих графичecких проeктов, можно уcловно cчитать:•повышeнные требования к аппаратной чаcти компьютeра, в чаcтности к объeму опeративной памяти, наличию свободного мeста на жeстком диске и быстродействию процeссора. •нeобходимость большой подготовки работы по созданию моделeй всeх объeктов, cцены, которыe могут попаcть в полe зрения камeры, и по присвоeнию им матeриалов. Впрочeм, эта работа обычно окупаeтся получeнным рeзультатом. •мeньшую , чем при иcпользовании двухмeрной графики, свободу в формировании изображeния. Имeeтся в виду, что риcуя картину карандашом на бумагe или срeдствами двумeрной графики на экранe компьютeра, вы имеeтe возможность совeршeнно свободно искажать любые пропорции объeктов, нарушать правила пeрспeктивы и т. п., еcли это нeобходимо для воплощения художествeнного замысла. В 3ds max это такжe возможно, но требуeт дополнитeльных уcилий. •нeобходимоcть контроля за взаимным положением объeктов в cоставe cцeны, оcобeнно при выполнeнии анимации. В cвязи c тем, что объекты трехмерной графики «беcтелеcны», легко допуcтить ошибочное проникновeние одного объeкта в другой или ошибочное отсутствиe нужного контакта мeжду объeктами. Это означаeт, что, например, модeль пeрсонажа анимации вмеcто того, чтобы плотно cтоять на «зeмле», можeт завиcнуть в «воздухe» или провалитьcя по колeно. По этой жe причинe нeобходимо принимать cпециальныe мeры для дeформации объeктов при их cтолкновeнии или разрушeнии. Eсли этого нe сдeлать, то, напримeр, сталкивающиeся модeли автомобилей проcто проeдут друг сквозь друга, а мeч одного гeроя анимации пройдeт сквозь тeло другого, нe причинив eму никакого врeда.•нeобходимость принятия дополнитeльных мeр, обычно примeняемых на этапе вторичной обработки cинтeзированных изображeний, чтобы «испортить» картинку, придав eй болee правдоподобный вид. Нe ceкрeт, что рeзультаты визуализации cцен cредствами трехмерной графики выглядят чeрeсчур «прилизанными», идeально правильными, а потому нeдостаточно жизнeнными. В связи с этим в cостав программ трехмeрной графики входит цeлый ряд фильтров, позволяющих имитировать такие эффeкты, как конeчная глубина рeзкости изображeний, зeрнистость воображаeмой фотоплeнки или cмаз, вызванный движeнием объeктов в момeнт cъемки тура при движении в момент съемки.1.3 Программные средства обработки трехмерной графики. На персональных компьютерах основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета. Эффективней всего они работают на самых мощных машинах (в двух- или четырехпроцессорных конфигурациях Pentium II/III, Xeon) под управлением операционной системы Windows NT. Программа создания и обработки трехмерной графики 3D Studio Max фирмы Kinetix изначально создавалась для платформы Windows. Этот пакет считается “полупрофессиональным”. Однако его средств вполне хватает для разработки качественных трехмерных изображений объектов неживой природы. Отличительными особенностями пакета являются поддержка большого числа аппаратных ускорителей трехмерной графики, мощные световые эффекты, большое число дополнений, созданных сторонними фирмами. Сравнительная нетребовательность к аппаратным ресурсам позволяет работать даже на компьютерах среднего уровня. Вместе с тем по средствам моделирования и анимации пакет 3D Studio Max уступает более развитым программным средствам. Программа Softimage 3D компании Microsoft изначально создавалась для рабочих станций SGI и лишь сравнительно недавно была конвертирована под операционную систему Windows NT. Программу отличают богатые возможности моделирования, наличие большого числа регулируемых физических и кинематографических параметров. Для рендеринга применяется качественный и достаточно быстрый модуль Mental Ray. Существует множество дополнений, выпущенных “третьими” фирмами, значительно расширяющих функции пакета. Эта программа считается стандартом “де-факто” в мире специализированных графических станций SGI, а на платформе IBM PC выглядит несколько тяжеловато и требует мощных аппаратных ресурсов. Наиболее революционной с точки зрения интерфейса и возможностей является программа Мауа, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). Пакет существует в вариантах для разных операционных систем, в том числе и Windows NT. Инструментарий Мауа сведен в четыре группы: Animation (анимация), Modeling (моделирование), Dynamic (физическое моделирование), Rendering (визуализация). Удобный настраиваемый интерфейс выполнен в соответствии с современными требованиями. На сегодняшний день Мауа является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.Программное обеспечение для трехмерного моделированияВо многих случаях использование программ для трехмерного моделирования и анимации похоже на создание "с нуля" помещения, заполненного какими-либо объектами, где проводится видеосъемка сцены благодаря перемещению оператора вокруг различных объектов. Такие программы позволяют проектировать любые помещения с их обстановкой, используя типовые геометрические фигуры, которые достаточно просто выбираются и добавляются на сцену: куб, сфера, цилиндр и конус. В программе также предоставлены соответствующие инструментальные средства, необходимые для создания пользовательских объектов путем рисования поперечных сечений и их преобразования в трехмерные объекты либо посредством создания и изменения основных геометрических примитивов.Когда объекты созданы и размещены, для определения типа поверхности объекта можно воспользоваться библиотекой предопределенных материалов, вроде пластмассы, камня, дерева и стекла. Существует возможность создать и свой собственный материал, изменяя такие параметры, как цвет, яркость и прозрачность; кроме того, для создания любой поверхности объекта можно применять нарисованное или отсканированное изображение.Программное обеспечение для трехмерного моделированияВо многих случаях использование программ для трехмерного моделирования и анимации похоже на создание "с нуля" помещения, заполненного какими-либо объектами, где проводится видеосъемка сцены благодаря перемещению оператора вокруг различных объектов. Такие программы позволяют проектировать любые помещения с их обстановкой, используя типовые геометрические фигуры, которые достаточно просто выбираются и добавляются на сцену: куб, сфера, цилиндр и конус. В программе также предоставлены соответствующие инструментальные средства, необходимые для создания пользовательских объектов путем рисования поперечных сечений и их преобразования в трехмерные объекты либо посредством создания и изменения основных геометрических примитивов.Когда объекты созданы и размещены, для определения типа поверхности объекта можно воспользоваться библиотекой предопределенных материалов, вроде пластмассы, камня, дерева и стекла. Существует возможность создать и свой собственный материал, изменяя такие параметры, как цвет, яркость и прозрачность; кроме того, для создания любой поверхности объекта можно применять нарисованное или отсканированное изображение.ОпределениеРежим реального времени - Непосредственная обработка входных данных и графики, при которой любые изменения сцены практически мгновенно отражаются на изображении.Разновидность идеи "виртуальной" съемочной площадки нашла свое воплощение при съемке фильма A.I.: Artificial Intelligence ("Искусственный разум"). Некоторые кадры Жестокого города (Rough city) реализовывались таким образом, что трехмерное представление города создали и наложили на сцену, где актеры снимались на синем фоне. Благодаря объединению компьютера, хранящего трехмерный образ города, с системой позиционирования камеры, специальное программное обеспечение сгенерировало трехмерное изображение города, которое можно было расположить за спинами актеров под любым заданным углом. Затем трехмерное изображение, равно как и запись реальных актеров, передали другой системе для последующего монтажа, что позволило режиссеру картины Стивену Спилбергу (Stephen Spielberg) определиться насчет внешнего вида сцены задолго до того, как спустя несколько месяцев к ней добавлялись заключительные фоновые эффекты.Технология "синего фона" наравне с трехмерной графикой также применялась в фильме для создания нескольких поврежденных роботов, включая повара и няньку.Мультимедийные проектыОдна из моих первых оплачиваемых трехмерных работ относилась к рекламным (point-of-sale — POS) моделям и демонстрационным версиям товаров для высокотехнологичных компаний. Большинство этих моделей были выполнены для компании Mondo Media, расположенной в то время в одном южном торговом районе Сан-Франциско со многими другими компаниями, имеющими непосредственное отношение к сфере мультимедиа. Фактически, в том районе наблюдалась такая концентрация компаний, что он получил название "Мультимедийное ущелье" (Multimedia Gulch).Рекламные модели предназначены для использования в киосках или компьютерных системах в среде розничной продажи для привлечения внимания клиента и предоставления ему информации о товаре. Часто подобные модели применяются для рекламирования самой компьютерной системы, и практически каждый производитель компьютеров использует их для демонстрации функциональности, возможностей и дизайна его ПК по сравнению с другими системами.Понятие демонстрационных товарных показов куда более емкое, чем принцип рекламных моделей, так как относится к более широкому кругу товаров и услуг. Если кто-то из читателей прежде бывал на торговых ярмарках, то наверняка вспомнит, как продавцы пытаются привлечь к себе внимание с помощью любых методов — от бесплатных безделушек и изображений знаменитостей до огромных видеоэкранов, оборудованных мощными звуковыми системами. Идея заключается не в рекламе функциональных возможностей (на которые проходящий мимо человек может и не обратить внимания), а в том, чтобы оставить хорошее впечатление о продукции или компании в памяти покупателя.Как правило, демонстрационные товарные показы, стремящиеся завоевать мысли потенциальных покупателей, сводятся к следующим девизам:•это — МОДНАЯ компания; •это - НЕВЕРОЯТНЫЙ товар; •это ВАЖНЕЕ, чем дышать. Таким образом, в демонстрационных показах практически не существует ограничений: в них комбинируют изображения исполнителей, добавляют специальные эффекты и, конечно же, трехмерную анимацию в стиле MTV, рассчитанную на трехсе-кундное привлечение внимания клиента. Другими словами, работа над подобными проектами можетИгрыОдна из наиболее интересных областей применения трехмерной графики относится к созданию игровых проектов. При работе над некоторыми играми дизайнер вплотную может приблизиться к созданию анимации и изображений телевизионного качества, обладая при этом такой свободой действий, которая и не снилась обычным художникам, работающим над кинофильмами или телепроектами.В современных играх трехмерная технология развивается с невероятной скоростью и применяется для создания чего угодно — от детализированных персонажей и трехмерного окружения игр Quake III, Unreal Tournament и Max Payne до видеофрагментов и анимационных заставок (cut scenes), которые прерывают процесс игры для демонстрации сюжета в виде небольшого клипа .Прежде чем скорость обработки и детализация трехмерной графики стали достаточными для создания визуально насыщенных игр, в играх, содержащихся на нескольких компакт-дисках, таких как The 11th Hour, Zork: Nemesis и The Daedalus Encounter, при разработке задних планов использовалась предварительно виэуализированная (pre-rendered) трехмерная графика. Кроме того, в играх Zork: Nemesis и Star Trek Technical Manual для просмотра виртуальной среды применялись круговые точки обзора (360 градусов) с довольно высоким разрешением . В этой панорамной технологии, известной как QuickTime VR на платформе Macintosh, применяется специально визуализированное неподвижное изображение, в котором игрок может рассмотреть все особенности отдельной области пространства перед переходом к следующей точке обзора.ОпределенияПредварительная визуализация - Трехмерная графика в играх, визуализируемая в процессе создания игры в качестве изображения или анимации. Полная противоположность трехмерной графики реального времени, которая визуализируется непосредственно на компьютере пользователя.Круговая точка обзора - Панорамное изображение (360 градусов), визуализируемое в определенных фрагментах трехмерной модели. Благодаря специальному программному обеспечению пользователь может прокручивать изображение вокруг точки обзора, в результате чего создается эффект присутствия в трехмерном пространстве.Несмотря на качество и насыщенность анимации в видеоиграх, наибольшего эффекта трехмерная графика достигает в играх реального времени с таким программным ядром обработки графических данных (graphical engine), как у игры Quake. В подобных системах для обеспечения большой скорости передвижения персонажей и их мгновенного реагирования на изменение окружающей обстановки некоторые детали моделей и текстур "приносятся в жертву". Это необходимо в играх от первого лица (first person shooter — FPS), симуляторах полета, рукопашного боя или космических сражений .