Тривимірна графіка. Принципи тривимірної графіки

Поняття тривимірної графіки

Тривимірна графіка, або 3D-графіка, – це розділ комп’ютерної графіки, який вивчає методи та засоби створення зображень просторових об’єктів з використанням комп’ютерних програм.

Просторова модель об’єкта (тривимірна, або 3D-модель) призначена для того, щоб на екрані комп’ютера можна було розглядати деталі об’єкта з різних боків.

Тривимірне моделювання – процес створення 3D-моделей.

3D-зображення – плоскі зображення тривимірних об’єктів, створені на основі просторових моделей.

Особливості 3D-зображень:

• забезпечена просторова перспектива, тіні, відблиски та інші світлові ефекти;

• відтворено особливості поверхонь (шорсткість, нерівність, пухнастість тощо).

3D-анімація – анімоване 3D-зображення, створене з послідовності тривимірних зображень, у якому моделюється рух об’єктів або їхніх частин.

Сфери застосування тривимірного моделювання:

• інженерне проєктування;

• архітектура;

• освіта та наука;

• кінематографія та мультиплікація;

• комп’ютерні ігри;

• 3D-друк та ін.

Класифікація програм тривимірної графіки:

За призначенням:

• для перегляду 3D-моделей:

  • “3D-моделі” – стандартний додаток Windows 10;

  • Word та PowerPoint з пакета Microsoft Office версії 13 і наступних;

  • Веб-додаток Model-Viewer (https://modelviewer.dev).

• для створення 3D-моделей (3D-редактори):

  • Blender;

  • Paint 3D;

  • 3d Builder;

  • TinkerCAD (https://www.tinkercad.com);

  • ScetchUp (https://scetchup.com).

• для візуалізації (рендерингу) 3D-об’єктів:

  • V-Ray;

  • RenderMan;

  • Sunflow.

За галузями застосування:

• для інженерного проєктування:

  1. Компас 3D;

  2. AutoCAD;

  3. nanoCAD free;

  4. SolidWorks;

  5. LEGO Digital Designer;

• для створення архітектурних моделей:

  1. SketchUp;

• для проєктування меблів, інтер’єру:

  1. PRO100;

  2. Sweet Home 3D;

• для кінематографії, мультиплікації:

  1. Cinema 4D;

  2. Autodesk Maya;

  3. Houdini;

• для розробки комп’ютерних ігор:

  1. Unity;

• універсальні 3D-редактори:

  1. 3DStudio MAX;

  2. MODO;

  3. Blender.

Принципи тривимірного моделювання

3D-модель будується з тривимірних примітивів – об’ємних і плоских геометричних тіл, які отримали узагальнену назву меш (сітка). Кожен тривимірний примітив – елемент мешу – може бути описаний математично.

Основні тривимірні елементи:

• Плоскі – квадрат і коло

• Об’ємні – куб, сфера, циліндр, конус, тор

Поверхня 3D-моделі об’єкта розділяється на невеликі плоскі ділянки – грані, що мають форму багатокутника (переважно трикутники та чотирикутники). Грань обмежена відрізками – ребрами. Кожне ребро має дві вершини.

Перетворення, що можуть виконуватись над елементами 3D-моделі:

• переміщення всього об’єкта або окремих вершин, ребер, граней;

• поворот;

• масштабування (змінення розмірів) та ін.

Основні властивості 3D-моделей:

• кількість вершин, ребер і граней, їх розташування на поверхні моделі;

• види матеріалів, які покривають поверхню.