3d grafika a základné pojmy

V tomto článku sa snažím polopatisticky, teda nie odborne, vysvetliť niektoré parametre a pojmy, ktoré sa v 3d grafike používajú. Niektoré výrazy sú v angličtine, nakoľko sa ani na Slovensku ich preklady nepoužívajú.

3d grafika

Počítačová grafika sú všetky grafické znázornenia vytvorené na počítači a 3d znamená tri dimenzie, čiže priestor. Inými slovami, priestorová grafika. Pomocou 3d grafického programu sa v tomto virtuálnom priestore vytvára geometria objektov, simulujú fyzikálne vlastnosti materiálov a reálneho svetla. 3d grafika poskytuje takmer neobmedzené možnosti zobrazenia, ale vyžaduje si náročnejšie a nákladnejšie spracovanie ako 2d grafika.

3d scéna

Tu sa všetko vytvára. 3d scéna je priestor definovaný súradnicami X,Y,Z. Nasledujúci obrázok je ukážka 3d scény v open source programe Blender.

ukazka 3d sceny x480

3d vizualizácia

Výsledok počítačových výpočtov, ktoré zohľadňujú všetky nastavenia 3d scény. Napr. tvary 3d modelov, umiestnenie svetelných zdrojov, odrazy svetla, vrhanie tieňov, vlastnosti materiálov, vizuálnych efektov a iných parametrov.

3d modelovanie

Proces vytvárania 3d modelu. Najčastejšie používané je polygonálne modelovanie – model sa definuje bodmi (vertex), ktoré sa spájajú hranami (edge); tri alebo štyri hrany vytvoria plochu (polygón) a veľa polygónov spolu vytvoria 3d model.

vertex edge polygon

3d model

3d objekt, sa dá v priestore ľubovoľne premiestňovať, meniť veľkosť, duplikovať. Podľa toho z akého pohľadu a pod akým uhlom sa model sníma, sa podobne ako pri fotografovaní mení aj jeho perspektíva.

Výhody manipulácie s 3d modelom oproti 2d grafike:

• pokiaľ je model už raz hotový je pomerne jednoduchá jeho vizualizácia
• flexibilita, schopnosť meniť uhly a animovať pohyby a deformácie a iné zmeny
• fotorealismus, pri niektorých vizualizáciach je ťažko rozoznať, či je to fotka alebo 3d vizualizácia.

Low poly a high poly

Každý 3d model má svoju úroveň detailu. Niektoré modely iba názorne naznačujú nejaký objekt – low poly. Iné modely zase detailne vykresľujú tvar objektu – high poly. Spravidla, čím realistickejšie zobrazenie, tým náročnejšie je modelovanie aj renderovanie (pozri render).

low-high poly comparison x480

Materiál

Každý reálny objekt má nejaké fyzikálne vlastnosti. Ak má 3d vizualizácia pôsobiť realisticky, je treba tieto vlastnosti zadefinovať. Napr. lesk – reflekcia, priehľadnosť – refrakcia ai.

Textúra

Obrázok, ktorý imituje farebné a povrchové vlastnosti objektov (napr. dlažba, drevo, stena…). Pre jeden objekt je možné kombinovať aj viac textúr alebo aj nastavenia iných vlastností materiálu.

textura render

Kamera

Tak ako na fotografovanie potrebujeme fotoaparát, tak v 3d scéne je kamera. Je to virtuálna kamera, ktorá okrem uhlu pohľadu môže simulovať aj optické vlastnosti skutočného fotoaparátu alebo kamery a objektívov.

Render

Alebo rendering; je podobný proces ako vyvolanie fotografie. 3d program z pripravenej 3d scény vygeneruje 2d obraz alebo animáciu. Rendering môže trvať od zlomku sekundy až po niekoľko hodín. Renderovanie animácie si niekedy vyžaduje aj niekoľko dní. Čas závisí od zložitosti scény, úrovni detailu, veľkosti formátu a hardvérového vybavenia. Pojem render sa používa aj pre výsledný obrázok (ako fotografia pri fotografovaní).

Render engine

Renderovací softvér, ktorý premieňa 3d scénu so všetkými nastaveniami a generuje výsledný render. Buď má 3d program svoj render engine ako jeho súčasť alebo sa s ním prepája externe. Medzi najpoužívanejšie render engine patria Vray, Maxwell Render, Mental ray, Brazil ai.

Global illumination

Globálna iluminácia je algoritmus, ktorý prepočítava nie len priame osvetlenie, ale aj ďalšie odrazy svetelných lúčov. Teoreticky príklady globálnej iluminácie sú tiene, lesky, priehľadnosť, kaustika (súbor svetelných lúčov odrazených alebo zalomených nejakou zakrivenou plochou alebo predmetom.). Efekt globálnej iluminácie 3 vizualizácii výrazne pridáva realistický dojem.

Render chanels

Popri vygenerovaní výsledného obrazu je možné aj jednotlivo získať niektoré parametre scény. Napr. reflekcie, tiene, globálnej iluminácie, difúzneho svetla, obraz definujúci vzdialenosť jednotlivých objektov od kamery. Tieto dodatočné obrazy sa používajú pri finálnych úpravách (pozri post procesing).

Ambient occlusion

Zatienenie okolím. Je to metóda tieňovania. Miesto obklopené inými objektmi sú vykreslené ako tmavšie, zatiaľ čo iné miesta sa zobrazia svetlejšie. Táto metóda tieňovania pripomína vytváranie tieňov v reálnom svete počas dňa zo zamračenou oblohou.

Ambient_Occlusion x480

Post processing

Finálne úpravy výsledného obrazu alebo animácie po vyrenderování. V tejto sa pracuje už len s výsledným 2d obrázkom a jednotlivými kanálmi renderu. Podobne ako pri digitálnej fotografii alebo 2d grafike sa upravuje kontrast, farebnosť, sýtosť farieb a pod.