رسومات حاسوبية ثلاثية الأبعاد

رسومات حاسوبية ثلاثية الأبعاد
الأساسيات
النمذجة يتم المسح استدعاء طباعة
الاستخدامات الأساسية
نماذج ثلاثية الأبعاد التصميم بمساعدة الحاسوب تصميم غرافيك العاب الكترونية تأثيرات بصرية التصور الهندسة الافتراضية الواقع الافتراضي التصوير السينمائي الافتراضي
مواضيع ذات صلة
الصور المنشأة بالحاسوب (CGI) حيوية الحاسوب الهيكل العظمي عرض ثلاثي الأبعاد نموذج إطار سلكي رسم الخرائط الملمس التقاط الحركة محاكاة الجماهير الإضاءة العالمية تمثيل الصوت
الخامس ر ه

3D رسومات الحاسوب ، وتسمى أحيانا CGI ، 3DCG أو ثلاثي الأبعاد رسومات الحاسوب (على النقيض من رسومات الحاسوب 2D )، هي الرسومات التي تستخدم ثلاثي الأبعاد تمثيل البيانات الهندسية (غالبا الديكارتي ) التي تم تخزينها في جهاز الكمبيوتر لأغراض إجراء العمليات الحسابية وتقديم صور ثنائية الأبعاد . قد يتم تخزين الصور الناتجة لعرضها لاحقًا (ربما كرسوم متحركة ) أو عرضها في الوقت الفعلي . على عكس الأفلام ثلاثية الأبعاد والتقنيات المماثلة ، تكون النتيجة ثنائية الأبعاد ، دون الوهم بأنها صلبة.

تعتمد رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد على العديد من الخوارزميات نفسها مثل رسومات متجهية للكمبيوتر ثنائية الأبعاد في نموذج الإطار السلكي ورسومات الكمبيوتر النقطية ثنائية الأبعاد في العرض النهائي. في برامج رسومات الكمبيوتر ، قد تستخدم التطبيقات ثنائية الأبعاد تقنيات ثلاثية الأبعاد لتحقيق تأثيرات مثل الإضاءة ، وبالمثل ، قد تستخدم التطبيقات ثلاثية الأبعاد بعض تقنيات العرض ثنائية الأبعاد.

غالبًا ما يشار إلى الكائنات الموجودة في رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد على أنها نماذج ثلاثية الأبعاد . على عكس الصورة المعروضة ، يتم تضمين بيانات النموذج في ملف بيانات رسومي. النموذج ثلاثي الأبعاد هو تمثيل رياضي لأي كائن ثلاثي الأبعاد ؛ نموذج ليس من الناحية الفنية الرسم حتى يتم عرضه. يمكن عرض النموذج بصريًا كصورة ثنائية الأبعاد من خلال عملية تسمى التقديم ثلاثي الأبعاد ، أو يمكن استخدامه في عمليات المحاكاة والحسابات غير الرسومية بالكمبيوتر . باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم تحويل النماذج إلى تمثيل مادي ثلاثي الأبعاد فعلي لها ، مع بعض القيود على مدى دقة النموذج المادي في مطابقة النموذج الافتراضي.^[1]

التاريخ

يعود الفضل إلى ويليام فيتر في صياغة مصطلح رسومات الكمبيوتر في عام 1961 ^{[2] [3]} لوصف عمله في بوينج . كان واحدا من يعرض الأولى من الرسوم المتحركة الكمبيوتر Futureworld (1976)، والتي تضمنت الرسوم المتحركة وجها إنسانيا، واليد التي ظهرت أصلا في 1971 التجريبي القصير A جهاز الكمبيوتر المتحركة اليد ، التي أنشأتها جامعة ولاية يوتا الطلاب ادوين كاتمول و فريد بارك . ^[4]

بدأت برامج رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد في الظهور لأجهزة الكمبيوتر المنزلية في أواخر السبعينيات. أقدم مثال معروف هو 3D Art Graphics ، وهي مجموعة من تأثيرات رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد ، كتبها Kazumasa Mitazawa وتم إصدارها في يونيو 1978 لجهاز Apple II . ^{[5] [6]}

نظرة عامة

ينقسم سير عمل إنتاج رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد إلى ثلاث مراحل أساسية:

1. النمذجة ثلاثية الأبعاد - عملية تكوين نموذج حاسوبي لشكل الجسم
2. التخطيط والرسوم المتحركة - وضع وحركة الأشياء (النماذج والأضواء وما إلى ذلك) داخل المشهد
3. التقديم ثلاثي الأبعاد - حسابات الكمبيوتر التي تقوم ، بناءً على موضع الضوء وأنواع الأسطح والصفات الأخرى ، بإنشاء (تحويل المشهد إلى صورة نقطية)

النمذجة

يصف النموذج عملية تشكيل شكل كائن. المصدران الأكثر شيوعًا للنماذج ثلاثية الأبعاد هما تلك التي أنشأها فنان أو مهندس على الكمبيوتر باستخدام نوع من أدوات النمذجة ثلاثية الأبعاد ، والنماذج الممسوحة ضوئيًا في جهاز كمبيوتر من كائنات العالم الحقيقي (النمذجة المضلعة ونمذجة التصحيح ونمذجة NURBS هي بعض الشائع الأدوات المستخدمة في النمذجة ثلاثية الأبعاد). يمكن أيضًا إنتاج النماذج إجرائيًا أو عن طريق المحاكاة الفيزيائية . بشكل أساسي ، يتم تكوين نموذج ثلاثي الأبعاد من نقاط تسمى الرؤوس التي تحدد الشكل وتشكل المضلعات . المضلع هو مساحة تتكون من ثلاثة رؤوس على الأقل (مثلث). مضلع من n من النقاط هو n-gon. ^[7] تعتمد السلامة العامة للنموذج ومدى ملاءمته للاستخدام في الرسوم المتحركة على بنية المضلعات.

التخطيط والرسوم المتحركة

قبل التجسيد في صورة ، يجب وضع الكائنات في مشهد . هذا ما يحدد العلاقات المكانية بين الأشياء، بما في ذلك موقع و حجم . يشير الرسوم المتحركة لوصف الزمني للكائن (أي، وكيف يتحرك وبتشوهات مع مرور الوقت. وتشمل الأساليب الشعبية keyframing ، الكينماتيكا العكسية ، و التقاط الحركة ). غالبًا ما تستخدم هذه التقنيات معًا. كما هو الحال مع الرسوم المتحركة ، تحدد المحاكاة الجسدية أيضًا الحركة.

المواد والقوام

المواد والأنسجة هي خصائص يستخدمها محرك العرض لتصيير النموذج. يمكن للمرء أن يعطي مواد النموذج لإخبار محرك العرض بكيفية معالجة الضوء عندما يصطدم بالسطح. تُستخدم الأنسجة لإعطاء لون المادة باستخدام خريطة اللون أو البياض ، أو إعطاء ميزات السطح باستخدام خريطة التضاريس أو الخريطة العادية . يمكن استخدامه أيضًا لتشويه النموذج نفسه باستخدام خريطة الإزاحة .

تقديم

يحول التجسيد نموذجًا إلى صورة إما عن طريق محاكاة النقل الخفيف للحصول على صور واقعية ، أو عن طريق تطبيق نمط فني كما هو الحال في العرض غير الواقعي . العمليتان الأساسيتان في العرض الواقعي هما النقل (مقدار الضوء الذي ينتقل من مكان إلى آخر) والتشتت (كيف تتفاعل الأسطح مع الضوء). يتم تنفيذ هذه الخطوة عادةً باستخدام برنامج رسومات كمبيوتر ثلاثي الأبعاد أو واجهة برمجة تطبيقات رسومات ثلاثية الأبعاد . يتضمن تغيير المشهد إلى شكل مناسب للعرض أيضًا إسقاطًا ثلاثي الأبعاد ، والذي يعرض صورة ثلاثية الأبعاد في بعدين. على الرغم من أن النمذجة 3D وCAD البرمجيات قد تؤدي تقديم 3D وكذلك (على سبيل المثال،Autodesk 3ds Max أو Blender ) ، يوجد أيضًا برنامج عرض ثلاثي الأبعاد حصري (على سبيل المثال ، محرك OTOY's Octane Rendering Engine ، Maxon Redshift)

• أمثلة على العرض ثلاثي الأبعاد
• 

  A تقديم 3D مع راي اقتفاء الأثر و انسداد المحيطة باستخدام خلاط و YafaRay

• 

  نموذج ثلاثي الأبعاد لسفينة حربية من فئة Dunkerque مع تظليل مسطح

• 

  أثناء خطوة العرض ثلاثي الأبعاد ، يمكن تخصيص عدد الانعكاسات التي يمكن أن تأخذها "أشعة الضوء" ، بالإضافة إلى العديد من السمات الأخرى ، لتحقيق التأثير المرئي المطلوب. يقدم مع الكوبالت .

البرمجيات

برنامج 3D رسومات الحاسوب تنتج الصور على الحاسوب ولدت (CGI) من خلال النمذجة 3D و تقديم 3D أو تنتج 3D نماذج لأغراض التحليلية والعلمية والصناعية.

تنسيقات الملفات

هناك العديد من أنواع الملفات التي تدعم الرسومات ثلاثية الأبعاد ، على سبيل المثال ، ملفات Wavefront .obj وملفات .x DirectX. يميل كل نوع ملف عمومًا إلى أن يكون له هيكل بيانات فريد خاص به.

يمكن الوصول إلى كل تنسيق ملف من خلال التطبيقات الخاصة به ، مثل ملفات DirectX و Quake . بدلاً من ذلك ، يمكن الوصول إلى الملفات من خلال برامج مستقلة تابعة لجهات خارجية ، أو عبر فك ترجمة يدوي.

النمذجة

برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد هو فئة من برامج رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد المستخدمة لإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد. تسمى البرامج الفردية من هذه الفئة تطبيقات النمذجة أو المصممين.

يسمح مصممو النماذج ثلاثية الأبعاد للمستخدمين بإنشاء النماذج وتعديلها عبر شبكة ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم . يمكن للمستخدمين إضافة وطرح وتمديد وتغيير الشبكة حسب رغبتهم. يمكن عرض النماذج من مجموعة متنوعة من الزوايا ، عادة في وقت واحد. يمكن تدوير النماذج ويمكن تكبير وتصغير العرض.

يمكن لمصممي النماذج ثلاثية الأبعاد تصدير نماذجهم إلى ملفات ، والتي يمكن استيرادها بعد ذلك إلى تطبيقات أخرى طالما كانت البيانات الوصفية متوافقة. تسمح العديد من النماذج المستوردين و المصدرين أن تسد في ، حتى يتمكنوا من قراءة وكتابة البيانات في نماذج أصلية من التطبيقات الأخرى.

تحتوي معظم مصممي النماذج ثلاثية الأبعاد على عدد من الميزات ذات الصلة ، مثل متتبعات الأشعة وبدائل العرض الأخرى ومرافق رسم خرائط النسيج . يحتوي بعضها أيضًا على ميزات تدعم أو تسمح برسوم متحركة للنماذج. قد يكون البعض قادرًا على إنشاء فيديو بالحركة الكاملة لسلسلة من المشاهد المقدمة (مثل الرسوم المتحركة ).

التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)

قد تستخدم برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر نفس تقنيات النمذجة ثلاثية الأبعاد الأساسية التي يستخدمها برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد ولكن هدفها يختلف. وهي تستخدم في الهندسة بمساعدة الكمبيوتر ، التصنيع بمساعدة الحاسوب ، تحليل العناصر المحدودة ، إدارة دورة حياة المنتج ، طباعة 3D و التصميم المعماري بمساعدة الكمبيوتر .

الأدوات التكميلية

بعد إنتاج الفيديو ، تقوم الاستوديوهات بتحرير الفيديو أو تركيبه باستخدام برامج مثل Adobe Premiere Pro أو Final Cut Pro بالمستوى المتوسط ​​، أو Autodesk Combustion ، و Digital Fusion ، و Shake في المستوى العالي. يتم استخدام برامج نقل المطابقة بشكل شائع لمطابقة الفيديو المباشر مع الفيديو الذي يتم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر ، مع الحفاظ على تزامن الاثنين أثناء تحرك الكاميرا.

يُطلق على استخدام محركات رسومات الكمبيوتر في الوقت الفعلي لإنشاء إنتاج سينمائي اسم Machinima . ^[8]

المجتمعات

هناك العديد من المواقع الإلكترونية المصممة لمساعدة وتثقيف ودعم فناني الجرافيك ثلاثي الأبعاد. تدار من قبل بعض مطوري البرمجيات و مزودي المحتوى ، ولكن هناك مواقع بذاتها كذلك. تسمح هذه المجتمعات للأعضاء بطلب المشورة ، ونشر البرامج التعليمية ، وتقديم مراجعات للمنتجات أو نشر أمثلة من عملهم. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

الاختلافات مع الأنواع الأخرى لرسومات الكمبيوتر

التمييز عن الرسومات ثنائية الأبعاد الواقعية

لا تستند جميع رسومات الكمبيوتر التي تظهر ثلاثية الأبعاد إلى نموذج إطار سلكي . غالبًا ما يتم تحقيق رسومات الكمبيوتر ثنائية الأبعاد ذات التأثيرات الواقعية ثلاثية الأبعاد بدون نمذجة الإطار السلكي ولا يمكن تمييزها أحيانًا في الشكل النهائي. تتضمن بعض برامج الرسم الفني مرشحات يمكن تطبيقها على رسومات متجهة ثنائية الأبعاد أو رسومات نقطية ثنائية الأبعاد على طبقات شفافة. يمكن للفنانين المرئيين أيضًا نسخ التأثيرات ثلاثية الأبعاد أو تصورها وتقديم التأثيرات الواقعية يدويًا دون استخدام المرشحات.

3D الزائفة و 3D الحقيقية

تستخدم بعض ألعاب الفيديو إسقاطات مقيدة للبيئات ثلاثية الأبعاد ، مثل رسومات متساوية القياس أو كاميرات افتراضية بزوايا ثابتة ، إما كوسيلة لتحسين أداء محرك اللعبة أو لمخاوف تتعلق بالأسلوب واللعب. يقال إن مثل هذه الألعاب تستخدم رسومات ثلاثية الأبعاد زائفة . على النقيض من ذلك ، يُقال أن الألعاب التي تستخدم رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد دون هذه القيود تستخدم تقنية ثلاثية الأبعاد حقيقية .

انظر أيضا

المراجع

روابط خارجية

• تاريخ نقدي لرسومات الكمبيوتر والرسوم المتحركة ( نسخة آلة Wayback )
• كيف تعمل السخافات - رسومات ثلاثية الأبعاد
• تاريخ سلسلة مقالات رسومات الكمبيوتر (نسخة آلة Wayback)
• كيف يعمل 3D - يشرح النمذجة ثلاثية الأبعاد لمخطوطة مضيئة