ЗМІСТ
ВСТУП
1 тривимірної графіки
1.1 Моделювання
1.2 Рендеринг
1.3 Програмне забезпечення
2 тривимірний дисплей
2.1 Види тривимірних дисплеїв
2.2 стереоскопічні дисплеї
2.3 Голографічні дисплеї
2.4 Об'ємні дисплеї
3 3D-ПРИНТЕР
3.1 Технологія
4 3D-СКАНЕР
ВИСНОВОК
ВСТУП
Тривимірна графіка зазвичай має справу з віртуальним, уявним тривимірним простором, яке відображається на плоскій, двомірної поверхні дисплея або аркуша паперу. В даний час відомо кілька способів відображення тривимірної інформації в об'ємному вигляді, хоча більшість з них представляє об'ємні характеристики досить умовно, оскільки працюють зі стереообладнанням. З цій області можна відзначити стереоокуляри, віртуальні шоломи, 3D-дисплеї, здатні демонструвати тривимірне зображення. Кілька виробників продемонстрували готові до серійного виробництва тривимірні дисплеї. Але щоб насолодитися об'ємної картинкою, глядачеві необхідно розташуватися строго по центру. Крок вправо, крок вліво, так само як і необережний поворот голови, карається перетворенням тривимірності в несимпатичне зазубрене зображення. Вирішення цієї проблеми вже визріло в наукових лабораторіях. Німецький Інститут Фраунгофера демонстрував 3D-дисплей, за допомогою двох камер відслідковує положення очей глядача і відповідним чином підлаштовує зображення, в Цього року пішов ще далі. Тепер відстежується положення не тільки око, але і пальця, яким можна В«натискатиВ» тривимірні кнопки. А команда дослідників Токійського Університету створили систему що дозволяє відчути зображення. Випромінювач фокусується на точці де знаходиться палець людини і в залежності від його положення змінює силу акустичного тиску. Таким чином, стає можливим не тільки бачити об'ємну картинку, але й взаємодіяти з зображеними на ній предметами.
Однак і 3D-дисплеї і раніше не дозволяють створювати повноцінної фізичної, відчутної копії математичної моделі, створюваної методами тривимірної графіки.
розвиваються з 1990-х років технології швидкого прототипування ліквідують цей пробіл. Слід зауважити, що в технологіях швидкого прототипування використовується уявлення математичної моделі об'єкта у вигляді твердого тіла (Воксельні моделі).
1 тривимірної графіки
Тривимірна графіка - розділ комп'ютерної графіки, сукупність прийомів та інструментів (як програмних, так і апаратних), призначених для зображення об'ємних об'єктів. Найбільше застосовується для створення зображень на площині екрана або листа друкованої продукції в архітектурній візуалізації, кінематографі, телебаченні, комп'ютерних іграх, друкованої продукції, а також у науці і промисловості.
Тривимірне зображення на площині відрізняється від двовимірного тим, що включає побудову геометричної проекції тривимірної моделі сцени на площину (наприклад, екран комп'ютера) за допомогою спеціалізованих програм. При цьому модель може як відповідати об'єктам з реального світу (автомобілі, будівлі, ураган, астероїд), так і бути повністю абстрактною (проекція чотиривимірного фрактала).
Для отримання тривимірного зображення на площині потрібні наступні кроки:
1. моделювання - створення тривимірної математичної моделі сцени і об'єктів в ній;
2. рендеринг (візуалізація) - побудова проекції в Відповідно до обраної фізичною моделлю;
3. висновок отриманого зображення на пристрій виведення - дисплей або принтер.
Однак, у зв'язку із спробами створення 3D-дисплеїв і 3D-принтерів, тривимірна графіка не обов'язково включає в себе проектування на площину.
1.1 Моделювання
Сцена (віртуальне простір моделювання) включає в себе кілька категорій об'єктів:
1. Геометрія (побудована за допомогою різних технік модель, наприклад будівля)
2. Матеріали (інформація про візуальних властивостях моделі, наприклад колір стін і відображає/переломлюються здатність вікон)
3. Джерела світла (налаштування напрямки, потужності, спектра освітлення)
4. Віртуальні камери (Вибір точки та кута побудови проекції)
5. Сили і впливу (Налаштування динамічних спотворень об'єктів, застосовується в основному в анімації)
6. Додаткові ефекти (Об'єкти, що імітують атмосферні явища: світло в тумані, хмари, полум'я і пр.)
Завдання тривимірного моделювання - описати ці об'єкти і розмістити їх в сцені за допомогою геометричних перетворень у відповідності до вимог до майбутнього зображенню.
1.2 Рендеринг
На цьому етапі математична (векторна) просторова модель перетворюється на плоску (растрову) картинку. Якщо потрібно створити фільм, то рендерится послідовність таких картинок - Кадрів. Як структура даних, зображення на екрані представлене матрицею крапок, де кожна точка визначена принаймні трьома числами: інтенсивністю червоного, синього і зеленого кольору. Таким чином рендерінг перетворить тривимірну векторну структуру даних в плоску матрицю пікселов. Цей крок часто вимагає дуже складних обчислень, особливо якщо потрібно створити ілюзію реальності. Найпростіший вид рендеринга - це побудувати контури моделей на екрані комп'ютера за допомогою проекції, як показано вище. Зазвичай цього недостатньо і потрібно створити ілюзію матеріалів, з яких виготовлені об'єкти, а також розрахувати спотворення цих об'єктів за рахунок прозорих середовищ (наприклад, рідини у склянці). Існує декілька технологій рендеринга, часто поєднуваних разом. Наприклад:
1. Z-буфер (використовується в OpenGL і DirectX 10);
2. Сканлайн (scanline) - він же Ray casting (В«Кидання променяВ», спрощений алгоритм зворотного трасування променів) - розрахунок кольору кожної точки картинки побудовою променя з точки зору спостерігача через уявне отвір в екрані на місці цього піксела В«в сценуВ» до перетину з першої поверхнею. Колір піксела буде таким же, як колір цієї поверхні (іноді з урахуванням освітлення і т. д.);
3. Трасування променів (рейтрейсінг, англ. raytracing) - те ж, що і сканлайн, але колір піксела уточнюється за рахунок побудови додаткових променів (відображених, заломлених і т. д.) від точки перетину променя погляду. Незважаючи на назву, застосовується тільки зворотна трасування променів (тобто якраз від спостерігача до джерела світла), пряма вкрай неефективна і споживає занадто багато ресурсів для отримання якісної картинки;
4. Глобальне освітлення (англ. global illumination, radiosity) - розрахунок взаємодії поверхонь і середовищ у видимому спектрі випромінювання за допомогою інтегральних рівнянь.
Грань між алгоритмами трасування променів в даний час практично стерлася. Так, в 3D Studio Max стандартний візуалізатор називається Default scanline renderer, але він вважає не тільки внесок дифузного, відбитого та власного (кольори самосвеченія) світла, але і згладжені тіні. З цієї причини, частіше поняття Raycasting відноситься до зворотного трасуванні променів, а Raytracing - до прямої.
Внаслідок великого обсягу однотипних обчислень рендеринг можна розбивати на потоки (распараллелівать). Тому для рендеринга вельми актуальне використання багатопроцесорних систем. Останнім часом активно ведеться розробка систем рендеринга використовують GPU замість CPU, і вже сьогодні їх ефективність для таких обчислень набагато вище. До таких систем відносяться:
- Refractive Software Octane Render
- AAA studio FurryBall
- RandomControl ARION (гібридна)
Багато виробників систем візуалізації для CPU також планують ввести підтримку GPU (LuxRender, YafaRay, mental images iray).
Найбільш передові досягнення та ідеї тривимірної графіки (і комп'ютерної графіки взагалі) доповідаються і обговорюються на щорічному симпозіумі SIGGRAPH, традиційно проводиться в США.
1.3 Програмне забезпечення
...
