คอมพิวเตอร์กราฟฟิค 3 มิติ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

คอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติซึ่งบางครั้งเรียกว่าCGI , 3DCGIหรือคอมพิวเตอร์กราฟิกสามมิติ (ตรงกันข้ามกับคอมพิวเตอร์กราฟิก 2 มิติ ) เป็นกราฟิกที่ใช้การแสดงข้อมูลเรขาคณิตสามมิติ (มักเป็น คาร์ทีเซียน ) ที่จัดเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์เพื่อวัตถุประสงค์ใน ทำการคำนวณและแสดงผลภาพ2 มิติ ภาพที่ได้อาจถูกเก็บไว้สำหรับการดูในภายหลัง (อาจเป็นภาพเคลื่อนไหว ) หรือแสดงในเวลาจริง ต่างจากฟิล์ม 3 มิติและเทคนิคที่คล้ายคลึงกัน ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นแบบสองมิติ โดยไม่มีภาพลวงตาว่าเป็นของแข็ง

คอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติใช้อัลกอริธึม เดียวกันกับ กราฟิกเวกเตอร์คอมพิวเตอร์ 2 มิติในโมเดลไวร์เฟรมและกราฟิกแรสเตอร์ คอมพิวเตอร์ 2 มิติ ในการแสดงผลขั้นสุดท้าย ในซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์กราฟิก แอปพลิเคชัน 2D อาจใช้เทคนิค 3D เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ เช่น การ จัด แสงและในทำนองเดียวกัน 3D อาจใช้เทคนิคการเรนเดอร์ 2D บางอย่าง

วัตถุในคอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติมักถูกเรียกว่าโมเดล 3มิติ ข้อมูลของโมเดลนั้นแตกต่างจากรูปภาพที่แสดงในไฟล์ข้อมูลกราฟิก แบบจำลอง 3 มิติคือการ แสดง ทางคณิตศาสตร์ของวัตถุ สามมิติ โมเดลไม่ใช่เทคนิคกราฟิกจนกว่าจะแสดง โมเดลสามารถแสดงด้วยสายตาเป็นภาพสองมิติผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การเรนเดอร์ 3 มิติหรือสามารถใช้ในการจำลองและการคำนวณด้วย คอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่กราฟิก ด้วยการพิมพ์ 3 มิติโมเดลต่างๆ จะถูกเรนเดอร์เป็นการแสดงตัวตนจริง 3 มิติจริง โดยมีข้อจำกัดบางประการว่าโมเดลจริงสามารถจับคู่กับโมเดลเสมือนจริงได้แม่นยำเพียงใด[1]

ประวัติ

วิลเลียม เฟ ตเตอร์ ให้เครดิตกับการสร้างคำว่าคอมพิวเตอร์กราฟิกในปี 2504 [2] [3]เพื่ออธิบายงานของเขาที่โบอิ้การแสดงคอมพิวเตอร์แอนิเมชั่นครั้งแรกคือFutureworld (1976) ซึ่งรวมถึงแอนิเมชั่นใบหน้ามนุษย์และมือที่เดิมเคยปรากฏในการทดลองสั้นเรื่อง A Computer Animated Hand ในปี 1971 ซึ่งสร้างโดยนักศึกษามหาวิทยาลัยยูทาห์Edwin CatmullและFred Parke . [4]

ซอฟต์แวร์กราฟิกคอมพิวเตอร์ 3 มิติเริ่มปรากฏ ใน คอมพิวเตอร์ที่บ้านในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ตัวอย่างแรกสุดที่ทราบคือ3D Art Graphicsชุดเอฟเฟกต์กราฟิกคอมพิวเตอร์ 3 มิติ เขียนโดย Kazumasa Mitazawa และวางจำหน่ายในเดือนมิถุนายน 1978 สำหรับApple II [5] [6]

ภาพรวม

เวิร์กโฟลว์การผลิตกราฟิกคอมพิวเตอร์ 3 มิติแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนพื้นฐาน:

  1. การสร้างแบบจำลอง 3 มิติ – กระบวนการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่มีรูปร่างของวัตถุ
  2. เลย์เอาต์ และแอนิเมชั่น – ตำแหน่งและการเคลื่อนไหวของวัตถุ (โมเดล ไฟ ฯลฯ) ภายในฉาก
  3. การเรนเดอร์ 3 มิติ – การคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งขึ้นอยู่กับการจัดวางแสง ประเภทพื้นผิว และคุณสมบัติอื่นๆ สร้าง (แรสเตอร์ฉากเป็น) ภาพ

การสร้างแบบจำลอง

แบบจำลองอธิบายกระบวนการสร้างรูปร่างของวัตถุ แหล่งที่มาทั่วไปของแบบจำลอง 3 มิติ 2 แบบคือแหล่งที่มาของศิลปินหรือวิศวกรบนคอมพิวเตอร์โดยใช้เครื่องมือสร้างแบบจำลอง 3 มิติและแบบจำลองที่สแกนลงในคอมพิวเตอร์จากวัตถุในโลกแห่งความเป็นจริง (แบบจำลองหลายเหลี่ยม การสร้างแบบจำลอง Patch และ NURBS Modeling เป็นที่นิยม เครื่องมือที่ใช้ในการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ) นอกจากนี้ยังสามารถผลิต แบบจำลอง ตามขั้นตอนหรือผ่านการจำลองทางกายภาพได้อีกด้วย โดยพื้นฐานแล้ว โมเดล 3 มิติถูกสร้างขึ้นจากจุดที่เรียกว่าจุดยอดซึ่งกำหนดรูปร่างและรูปหลายเหลี่ยม รูปหลายเหลี่ยมคือพื้นที่ที่เกิดจากจุดยอดอย่างน้อยสามจุด (รูปสามเหลี่ยม) รูปหลายเหลี่ยมของ n จุดคือ n-gon [7]ความสมบูรณ์โดยรวมของโมเดลและความเหมาะสมที่จะใช้ในแอนิเมชั่นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของรูปหลายเหลี่ยม

เลย์เอาต์และแอนิเมชั่น

ก่อนแสดงผลเป็นรูปภาพ วัตถุต้องจัดวางในฉาก สิ่งนี้กำหนดความสัมพันธ์ เชิงพื้นที่ระหว่างวัตถุ รวมถึงตำแหน่งและขนาด แอนิเมชันหมายถึงคำอธิบายชั่วขณะของวัตถุ (เช่น การเคลื่อนที่และการเปลี่ยนรูปเมื่อเวลาผ่านไป วิธีที่นิยม ได้แก่ การทำคีย์เฟรมจลนศาสตร์ผกผันและการจับการเคลื่อนไหว ) เทคนิคเหล่านี้มักใช้ร่วมกัน เช่นเดียวกับแอนิเมชั่นการจำลองทางกายภาพยังระบุการเคลื่อนไหวด้วย

วัสดุและพื้นผิว

วัสดุและพื้นผิวเป็นคุณสมบัติที่เอ็นจินการเรนเดอร์ใช้ในการเรนเดอร์โมเดล สามารถให้วัสดุของแบบจำลองเพื่อบอกเอ็นจิ้นการเรนเดอร์ว่าจะจัดการกับแสงอย่างไรเมื่อกระทบกับพื้นผิว ใช้พื้นผิวเพื่อให้สีของวัสดุโดยใช้สีหรือแผนที่อัลเบโด หรือกำหนดลักษณะพื้นผิวโดยใช้แผนที่แบบย่อหรือแผนที่ปกติ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อทำให้ตัวแบบเสียรูปได้โดยใช้displacement map

การแสดงผล

การแสดงผลจะแปลงโมเดลเป็นภาพโดยการจำลองการขนส่งของแสงเพื่อให้ได้ภาพที่เหมือนจริง หรือโดยการใช้สไตล์ศิลปะใน การแสดงภาพ ที่ไม่สมจริง การดำเนินการพื้นฐานสองประการในการเรนเดอร์ที่เหมือนจริงคือการเคลื่อนย้าย (ปริมาณแสงที่ได้รับจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง) และการกระเจิง (วิธีที่พื้นผิวโต้ตอบกับแสง) ขั้นตอนนี้มักจะดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์กราฟิกคอมพิวเตอร์ 3 มิติหรือAPI กราฟิก 3มิติ การเปลี่ยนฉากให้อยู่ในรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการแสดงผลยังเกี่ยวข้องกับการฉายภาพ 3 มิติซึ่งแสดงภาพสามมิติในสองมิติ แม้ว่าการสร้างแบบจำลอง 3 มิติและ ซอฟต์แวร์ CAD อาจทำการ เรนเดอร์ 3 มิติเช่นกัน (เช่นAutodesk 3ds MaxหรือBlender ) ซอฟต์แวร์การเรนเดอร์ 3D แบบเอกสิทธิ์ก็มีอยู่เช่นกัน (เช่น OTOY's Octane Rendering Engine , Maxon's Redshift)

ซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์กราฟิกคอมพิวเตอร์ 3 มิติสร้างภาพที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์ (CGI) ผ่านการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ และ การเรนเดอร์ 3 มิติหรือสร้างแบบจำลอง 3 มิติเพื่อการวิเคราะห์ วิทยาศาสตร์ และอุตสาหกรรม

รูปแบบไฟล์

มีไฟล์มากมายที่รองรับกราฟิก 3D เช่น ไฟล์ Wavefront .obj และไฟล์ .x DirectX โดยทั่วไปไฟล์แต่ละประเภทมักจะมีโครงสร้างข้อมูลเฉพาะของตัวเอง

รูปแบบไฟล์แต่ละรูปแบบสามารถเข้าถึงได้ผ่านแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้อง เช่น ไฟล์ DirectX และQuake อีกทางหนึ่ง ไฟล์สามารถเข้าถึงได้ผ่านโปรแกรมแบบสแตนด์อโลนของบริษัทอื่น หรือผ่านการดีคอมไพล์ด้วยตนเอง

การสร้างแบบจำลอง

ซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง 3 มิติเป็นคลาสของซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติที่ใช้ในการผลิตแบบจำลอง 3 มิติ แต่ละโปรแกรมของคลาสนี้เรียกว่าแอปพลิเคชันการสร้างแบบจำลองหรือผู้สร้างแบบจำลอง

ผู้สร้างโมเดล 3 มิติอนุญาตให้ผู้ใช้สร้างและแก้ไขโมเดลผ่านตาข่าย 3 มิติ ผู้ใช้สามารถเพิ่ม ลบ ยืด หรือเปลี่ยนตาข่ายได้ตามต้องการ แบบจำลองต่างๆ สามารถดูได้จากหลากหลายมุม ปกติแล้วจะพร้อมๆ กัน โมเดลสามารถหมุนได้และมุมมองสามารถซูมเข้าและออกได้

ผู้สร้างโมเดล 3 มิติสามารถส่งออกโมเดลของตนไปยังไฟล์ซึ่งสามารถนำเข้าไปยังแอปพลิเคชันอื่นได้ตราบเท่าที่ข้อมูลเมตายังเข้ากันได้ ผู้สร้างโมเดลจำนวนมากอนุญาตให้ผู้นำเข้าและผู้ส่งออกสามารถเสียบปลั๊กเพื่อให้สามารถอ่านและเขียนข้อมูลในรูปแบบดั้งเดิมของแอปพลิเคชันอื่นๆ

ตัวสร้างแบบจำลอง 3 มิติส่วนใหญ่มีคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องจำนวนหนึ่ง เช่นตัวติดตามเรย์และตัวเลือกการเรนเดอร์อื่นๆ และสิ่งอำนวยความสะดวกในการทำแผนที่พื้นผิว บางส่วนยังมีคุณสมบัติที่สนับสนุนหรืออนุญาตให้มีแอนิเมชั่นของโมเดล บางคนอาจสร้างวิดีโอแบบเคลื่อนไหวเต็มรูปแบบจากชุดของฉากที่เรนเดอร์ (เช่นแอนิเมชั่น )

การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD)

ซอฟต์แวร์ออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยอาจใช้เทคนิคการสร้างแบบจำลอง 3 มิติพื้นฐานแบบเดียวกับที่ซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง 3 มิติใช้ แต่เป้าหมายต่างกัน ใช้ในวิศวกรรมโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย การผลิตโดย ใช้คอมพิวเตอร์ช่วย การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ การจัดการวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ การพิมพ์3 มิติและการออกแบบสถาปัตยกรรมโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย

เครื่องมือเสริม

หลังจากผลิตวิดีโอแล้ว สตูดิโอก็ตัดต่อหรือประกอบวิดีโอโดยใช้โปรแกรม เช่นAdobe Premiere ProหรือFinal Cut Proในระดับกลาง หรือAutodesk Combustion , Digital Fusion , Shakeในระดับไฮเอนด์ ซอฟต์แวร์ จับคู่การเคลื่อนไหวมักใช้เพื่อจับคู่วิดีโอสดกับวิดีโอที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์ ทำให้ทั้งสองซิงค์กันในขณะที่กล้องเคลื่อนที่

การใช้เอ็นจิ้นกราฟิกคอมพิวเตอร์แบบเรียลไทม์เพื่อสร้างการผลิตภาพยนตร์เรียกว่าmachinima [8]

ความแตกต่างจากคอมพิวเตอร์กราฟิกประเภทอื่นๆ

ความแตกต่างจากกราฟิก 2D เสมือนจริง

ไม่ใช่คอมพิวเตอร์กราฟิกทั้งหมดที่แสดงเป็น 3D ที่ใช้โมเดลโครงร่าง คอมพิวเตอร์กราฟิก 2 มิติพร้อม เอฟเฟกต์ภาพเสมือน จริง 3 มิติ มักจะทำได้โดยไม่ต้องใช้โมเดลโครงลวด และบางครั้งก็ไม่สามารถแยกแยะได้ในรูปแบบสุดท้าย ซอฟต์แวร์กราฟิกอาร์ตบางตัวมีฟิลเตอร์ที่สามารถนำไปใช้กับกราฟิกแบบเวกเตอร์ 2 มิติหรือกราฟิกแรสเตอร์ 2 มิติบนเลเยอร์โปร่งใส นักทัศนศิลป์อาจคัดลอกหรือแสดงภาพเอฟเฟกต์ 3D และแสดงผลเอฟเฟกต์เสมือนจริงด้วยตนเองโดยไม่ต้องใช้ฟิลเตอร์

Pseudo 3D และ True 3D

วิดีโอเกมบาง เกม ใช้การฉายภาพแบบจำกัดของสภาพแวดล้อมสามมิติ เช่นกราฟิกแบบ สามมิติ หรือกล้องเสมือนที่มีมุมคงที่เพื่อเป็นแนวทางในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเอ็นจิ้นเกมหรือสำหรับปัญหาด้านสไตล์และการเล่นเกม เกมดังกล่าวใช้กราฟิก3D หลอก ในทางตรงกันข้าม เกมที่ใช้กราฟิกคอมพิวเตอร์ 3D โดยไม่มีข้อจำกัดดังกล่าว เรียกว่า3Dจริง

ดูเพิ่มเติม

กราฟิกและซอฟต์แวร์

ขอบเขตการใช้งาน

อ้างอิง

  1. ^ "คอมพิวเตอร์กราฟิก 3 มิติ" . วิทยาศาสตร์ราย วัน สืบค้นเมื่อ2019-01-19 .
  2. ^ "เส้นเวลาทางประวัติศาสตร์ของคอมพิวเตอร์กราฟิกและแอนิเมชั่น" . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2008-03-10 สืบค้นเมื่อ2009-07-22 .
  3. ^ "คอมพิวเตอร์กราฟิก" .
  4. ^ "เพิ่ม Utah-made Handของผู้ก่อตั้ง Pixar ใน National Film Registry " ซอลท์เลคทริบู28 ธันวาคม 2554 . สืบค้นเมื่อ8 มกราคม 2555 .
  5. ^ "ซอฟต์แวร์ Brutal Deluxe" . www.brutaldeluxe.fr _
  6. "PROJECTS AND ARTICLES การดึงโปรแกรม Apple II ของญี่ปุ่น" . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2016-10-05 . สืบค้นเมื่อ2017-03-26 .
  7. ซิมมอนส์, บรูซ. "น-กอน" . คณิตศาสตร์คำ . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2018-12-15 . สืบค้นเมื่อ2018-11-30 .
  8. ^ "มาชินิมะ" . คลังข้อมูลอินเทอร์เน็ต สืบค้นเมื่อ2020-07-12 .

ลิงค์ภายนอก