Трехмерная графика программы: Лучшие программы для 3D-моделирования

Топ-10 бесплатных программ для 3D-моделирования 2019 года

У 3D-моделирования есть много применений: благодаря ему создается компьютерная графика, реалистичные видеоигры, проводятся тестирования, создаются прототипы. С каждым годом 3D-моделлеры становятся все более востребованными – но где этому научиться?

Мы собрали топ-10 бесплатных программ с актуальными в 2019 году инструментами, которые помогут вам попрактиковаться в создании моделей в 3D-формате.

3D Slash – ПО для 3D-моделирования, которое позволяет создавать модели с использованием простой концепции строительных блоков.

Данный сервис намного проще, чем его аналоги: пользователи создают трехмерные конструкции, работая над кубоидом с помощью множества инструментов для трехмерного моделирования: «Молоток», «Шпатель», «Долото», «Древесина» и «Дрель» – многим процесс создания моделей в 3D Slash чем-то напоминает Minecraft. Трехмерное проектирование с помощью этих инструментов будет легким даже для начинающих.

3D-проекты в программе можно импортировать и изменять.

Однако следует учесть, что по умолчанию инструменты будут придавать модели «пиксельные отпечатки». Если вы предпочитаете четкие края и гладкие поверхности, выберите размеры инструмента ниже разрешения вашего принтера.

LibreCAD – это бесплатное ПО для 3D-моделирования с открытым исходным кодом. Содержит основные инструменты, которые понадобятся для моделирования и модификации проектов. Пользовательский интерфейс LibreCAD не перегружен, потому данное ПО для 3D-моделирования подойдет для начинающих.

Следует отметить, что сервис отображает только 2D-виды, потому размер исходного файла будет составлять всего 30 МБ. Также, помимо 2D, сервис может отображать и изометрические изображения.

Meshmixer 3.0 – программа, позволяющая проектировать 3D-прототипы, объединяя несколько моделей. Пользователи могут вырезать нужные части из моделей и вставлять их в другие.

Кроме того, в программе можно создавать скульптуры и готовить свои прототипы к печати. Программа доступна на Windows и OS X.

SculptGL – это идеальный вариант, если вы хотите познакомиться с созданием 3D-скульптур органических форм. Весь процесс построения моделей в этой программе напоминает лепку из глины.

Применяя модификаторы динамической топологии, вы можете разделить 3D-модель, чтобы создать более сложные детали, а импорт базовой сетки поможет значительно сэкономить время.

ПО работает на WebGL, поэтому без проблем открывается в большинстве браузеров. Также обладает ограниченным функционалом – всего пара кистей, имитирующих реальные инструменты для лепки. Но в данном случае это скорее плюс, чем минус.

Программа с интуитивно понятным интерфейсом AutoDesk 123D предлагает множество инструментов для 3D-моделирования и автоматизированного проектирования. Кроме этого, она поддерживает технологию 3D-печати и лазерной резки. ПО доступно на Windows, MacOS X и iOS.

Houdini Apprentice – бесплатная версия Houdini FX с меньшим количеством инструментов. Она подойдет художникам, студентам и любителям, создающим трехмерные модели. У Houdini Apprentice простой и понятный интерфейс, поэтому программа будет полезной и для начинающих 3D-проектировщиков.

TinkerCAD – это ПО, которое поможет создать сложные дизайны без особых усилий. Недавно команда разработчиков TinkerCAD добавила возможность проектировать объекты с использованием Codeblocks, что позволяет проводить более техническое параметрическое моделирование. Благодаря ему качество 3D-моделей не будет так сильно зависеть от того, насколько хорошо вы владеете мышью и клавиатурой.

Wings 3D – программа для моделирования с множеством инструментов, позволяющих создавать реалистичные прототипы. С ее помощью можно текстурировать модели – в этом помогает встроенный инструмент AutoUV.

Программа не поддерживает анимацию и представляет только один рендер OpenGl, поэтому часто используется в комбинации с другими программами. Wings 3D использует язык программирования Erlang и доступна на Windows, Linux и MacOS X.

Это бесплатное программное обеспечение включает множество распространенных инструментов CAD-моделирования, но новичку с ними уже не справиться. Пользовательский интерфейс явно вдохновлен AutoCAD, потому DesignSpar станет хорошей альтернативой для 3D-моделлеров, которые хотели бы пользоваться данной программой, но не могут себе это позволить.

Хотя основные функции данного программного обеспечения бесплатны, издатель взимает плату за дополнительные – это касается расширенных параметров импорта/экспорта и рендеринга.

Как и некоторые другие программы, DesignSpark подключается к онлайн-сервисам. В частности, это позволяет загружать 3D-модели непосредственно в бесплатное программное обеспечение CAD, а также распечатывать и отправлять проекты по почте.

FreeCAD – это бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования реальных объектов любого размера. Параметрическое моделирование в этом ПО позволяет легко модифицировать 3D-дизайн.

FreeCAD имеет открытый исходный код и может дополнительно настраиваться: ПО создано на Python, потому, если вы знаете этот язык, сможете использовать его для создания и реализации новых функций. Также сервис предлагает модульную архитектуру, что позволяет подключать плагины к основному приложению.

Программы для работа с 3D графикой

Blender — программный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, приложение для создания широкого спектра 2D- и 3D-контента. Нацелен на профессиональных 3D-аниматоров, графиков и художников. Предоставляет большие возможности для моделирования, текстурирования, освещения, анимации и пост-обработки видео. Является бесплатным аналогом 3D Studio Max и Alias Maya. Blender может быть использован для создания 3D-визуализации, статических изображений, а также видео кинематографического качества, а интегрированный 3D-рендерер реального времени позволяет создавать интерактивный 3D контент для автономного воспроизведения. Особенности программы: Пользовательский интерфейс с неперекрывающимися и неблокируемыми окнами, обеспечивающий удобную работу. Состоит из главного меню, пользовательских настроек, проекции — вида на трехмерное рабочее пространство и командной панели. Широкое использование горячих клавиш. Большинство команд выполняется с клавиатуры. Многоязычный интерфейс, поддержка русского языка. Кросс-платформенность, благодаря унифицированному OpenGL GUI для всех платформ, работает под Windows, Mac OS X, Linux, FreeBSD, Irix, Solaris. Поддержка чтения и записи 2D форматов файлов: TGA, JPG, PNG, OpenEXR, DPX, Cineon, Radiance HDR, Iris, SGI Movie, IFF, AVI и Quicktime GIF, TIFF, PSD, MOV (Windows и Mac OS X). Поддержка чтения и записи 3D форматов файлов: 3D Studio, AC3D, COLLADA, FBX Export, DXF, Wavefront OBJ, DEC Object File Format, DirectX, Lightwave, MD2, Motion Capture, Nendo, OpenFlight, PLY, Pro Engineer, Radiosity, Raw Triangle, Softimage, STL, TrueSpace, VideoScape, VRML, VRML97, X3D Extensible 3D. Основная функциональность: Поддержка разнообразных геометрических примитивов, полигональных моделей, системы быстрого моделирования в режиме subdivision surface, кривых Безье, поверхностей NURBS, metaballs (метасфер), скульптурного моделирования и векторных шрифтов. Расширенные инструменты анимации — инверсная кинематика, скелетная анимация и сеточная деформация, анимация по ключевым кадрам, нелинейная анимация, редактирование весовых коэффициентов вершин, ограничители, динамика мягких тел (включая определение коллизий объектов при взаимодействии), динамика твёрдых тел на основе физического движка Bullet. Программа имеет встроенные механизмы рендеринга, возможна интеграция с внешним рендерером YafRay. В наличии функции нелинейного редактирования и комбинирования видео. Game Blender — подпроект Blender, в котором улучшен просчет физических задач, предоставляющий интерактивные функции, такие как определение коллизий, движок динамики и программируемая логика. Также он позволяет создавать приложения для архитектурной визуализации и видео игры. Использование языка Python как скриптового языка для автоматизации задач, создания инструментов и прототипов, создания системы логики в играх, а также для импорта и экспорта файлов. Официальный сайт: www.blender.org Сайт сообщества: статьи, уроки, учебники — Blender по русски. Руководство пользователя Blender на русском языке. Скачать Blender: http://www.blender.org/download/get-blender K-3D — бесплатная программа для 3D моделирования. Полнофункциональный и мощный редактор для создания анимированных 3D моделей. Программа включает в себя много шаблонов и моделей, а также может расширять свои возможности моделирования с помощью установки различных плагинов. В наличии встроенная интерактивная обучающая система, позволяющая быстро научиться основам работы с программой. Дополнительные уроки можно создавать самостоятельно и делиться ими с сообществом. Особенности программы: Приложение осуществляет весь спектр операций с трехмерными объектами, начиная от собственно моделирования и заканчивая анимированием. Позволяет активно работать с камерой — панорамирование, наклон, масштабирование. Поддержка булевых операций моделирования с использованием библиотеки GTS. Набор геометрических примитивов — конус, круг, труба, цилиндр, диск, сетка, параболоид, многогранник, сфера, тор. Поддерживает несколько типов геометрии — включая полигональные модели, моделирование в режиме subdivision, кривые Безье, поверхности NURBS. Поддерживает форматы OBJ, GTS и RAW, а также работает с графическими файлами JPEG, PNG, TIFF и BMP формата. Поддерживает работу с текстом FreeType2. Предоставляет возможность написания скриптов с использованием Python и встроенного минималистического скриптового движка — K3DScript (для написания макросов и создания собственных обучающих руководств). Имеет несколько режимов просмотра сцен, расширенные возможности по выделению объектов и групп. K-3D создавался как кросс-платформенное приложение, работает под GNU/Linux, MacOS X, FreeBSD, Microsoft Windows и другими системами. Сайт программы: http://www.k-3d.org  Документация к программе: http://www.k-3d.org/wiki/Main_Page  Видео-уроки: http://www.k-3d.org/wiki/Video_Tutorials Видео уроки на русском языке: http://nefree.ru/2011-05-15-04-19-56/video-uroki Статьи на русском языке по началу работы: http://nefree.ru/2011-05-15-04-19-56/stati-o-k-3d Скачать K-3D: http://www.k-3d.org/downloads Art of Illusion — свободный пакет для трехмерного моделирования. Имеет инструменты для моделирования поверхностей, текстур и материалов, анимации человеческого скелета. Приложение использует виртуальную машину Java, которая доступна для загрузки по адресу http://java.com/ru/download/windows_manual.jsp. Некоторые особенности программы: Интерфейс состоит из списка объектов, окон моделирования и панели анимации. Сетка и режимы отображения такие как Wireframe, Smooth, Textured. Поддержка геометрических примитивов: куб, сфера, конус, труба, кривые и т.д. Моделирование с использованием булевых операций. Анимация: скелетная анимацмя, позы и жесты, эффекты искажения при изгибах и поворотах. Создание процедурных текстур и материалов. Всплывающие подсказки и описательные элементы управления. Встроенная документация и система справки. Функциональность программы расширяется с помощью дополнительных плагинов или скриптов. Официальный сайт: www.artofillusion.org  Скачать руководство пользователя и туториалы: http://www.artofillusion.org/documentation Скачать Art of Illusion: http://www.artofillusion.org/downloads Art of Illusion плагины и скрипты: http://aoisp.sourceforge.net Sweet Home 3D — это бесплатное приложение для дизайна интерьера с возможностью 3D просмотра, которое поможет создать план дома и расположить мебель. Интерфейс программы состоит из 4-х рабочих областей: Каталог образцов мебели. Список образцов мебели, содержит все образцы мебели, используемые в проекте, отображая название, размер и прочие характеристики образцов. Двухмерный план дома. Область 3D просмотра. Программа позволяет быстро сделать дизайн интерьера проектируемого или уже существующего дома. Читайте статью со скриншотами — Sweet Home 3D — программа для создания 3D моделей дома или квартиры. Возможности: Возможность загружать план дома, чертить стены комнат на основе загруженного плана, добавлять окна, двери, а затем перетаскивать на план образцы мебели из каталога. Если нужный объект отсутствует в программе, можно загрузить файл, содержащий необходимую модель, и использовать в своем проекте. Модели можно скачать с сайта Sweet Home 3D или изготовить самостоятельно с помощью 3D редактора. Поддерживаются форматы OBJ, DAE, 3DS, LWS. Возможность изменять цвет и текстуру пола, стен и потолка. Возможность выбора вида и расположения осветительных приборов. Для просмотра 3D модели дома можно использовать вид сверху или виртуального посетителя. Возможность создавать снимки 3D вида проектируемого дома. На созданный в программе план можно нанести размеры, добавить надписи и затем распечатать его или сохранить как файл PDF. Экспорт готового проекта в OBJ формат. Возможность расширять функциональность программы создавая плагины на языке Java. Сайт программы: http://www.sweethome3d.com/ru/index.jsp  Руководство пользователя и быстрый старт: http://www.sweethome3d.com/ru/userGuide.jsp  Скачать Sweet Home 3D: http://www.sweethome3d.com/ru/download.jsp

Как начать и какую программу выбрать

Многие люди хотят научиться создавать 3D-графику, но не знают с чего начать. У новичков естественным образом возникают многочисленные вопросы и сомнения. Имея мало опыта, непросто выбрать первую программу для изучения. А в каком направлении развиваться? И это не вполне ясно, ведь 3D-графику где только уже не используют.

Многих смущают укоренившиеся заблуждения о трудностях, связанных с 3D-графикой. Дескать, необходимы мощные компьютеры, обучение занимает много времени, нужны нечеловеческие способности. Но так ли это? Через 10 минут вы узнаете, как решаются эти вопросы, а большинство мнимых проблем отпадут сами собой.

Где применяется 3D-графика

Количество сфер деятельности человека, где не используется 3D-графика, стремительно сокращается. Первый 3D-мультфильм появился в 1995. За последние 25 лет 3D-графика прочно заняла позиции в игровой индустрии, в кино, на ТВ и в рекламе; в архитектуре и дизайне интерьеров, в производстве автомобилей, судов, самолётов, ракет и другой техники. Появились новые профессии: графические дизайнеры, моушн-дизайнеры, разработчики мобильных приложений. 3D-графику используют в образовании, а в современной науке — без неё никуда; даже изображения товаров для интернет-магазинов изготавливают в 3D-редакторах.

Что ещё произойдёт в ближайшие четверть века даже представить сложно. Но ясно одно — роль 3D-графики только многократно вырастет.

Как начать создавать 3D-графику

Многим людям заняться созданием 3D-графики мешают распространённые, но совершенно не состоятельные мифы. И сейчас мы их рассеем, опираясь на логику и конкретные факты.

Миф 1: Это очень сложно

Якобы нужно великолепное владение ПК, углублённое знание математики, наличие художественных способностей и невероятного ощущения пространства, и много чего ещё. И мысленно озирая этот список требований, любой подумает, что уйдёт много лет, чтобы научиться всему, да ещё способностей явно не хватает. В ходе таких рассуждений мотивация пропадает начисто.

Но всё это не соответствует действительности. Всем этим набором качеств не обладает в полной мере никто, да и ни одному 3D-шнику он не нужен целиком. Если от математики вас трясёт, то выбирайте гуманитарную линию и становитесь скульптором или дизайнером, где востребованы именно художественные способности.

И наоборот, можно заниматься точным моделированием, где царят размеры, углы, диаметры и прочая геометрия, а художественные фантазии остаются за бортом. Однако утверждать, что 3D-графика — это плёвое дело, значит отступиться от действительности. Но она и не сложнее многих других сфер деятельности. И лучшее тому доказательство — бешеный рост 3D-сферы.

Миф 2: Чтобы заниматься 3D-графикой требуется мощное «железо»

Все мифы строятся не на пустом месте — берут отдельные факты и раздувают их до огромных размеров. А что на самом деле? В большинстве случаев мощного «железа» не требуется.

Знаете как гигантские студии, такие как Disney создают свои потрясающие мультфильмы? На обычных ПК и лишь финальный рендер производится на супер компьютерах. В их случае это, конечно, занимает месяцы и годы. Но это полуторачасовые мультики, а в 99% остальных случаях — это видео продукция длительностью в несколько минут.

И для производства такого 3D-контента ни супер компьютеров, ни многолетнего труда не требуется.

А если это игры, реклама, 3D-печать, визуализация объектов, то достаточно среднего компьютера, либо хорошего ноутбука. И это касается уже состоявшихся профессионалов, которые делают качественный 3D-контент за большие деньги. Если же взять начинающего 3D-шника, который только учится и формирует портфолио, то всё ещё проще. Любого среднего «железа» хватит с избытком. А когда понадобится что-то посерьёзнее, вы всегда сможете это купить. Ни одного 3D-шника, которому не хватало бы денег на дорогое «железо» в природе не существует, их труд оплачивается по высшему разряду.

Миф 3: Требуются дорогие 3D-программы

Во-первых: не все они такие уж дорогие. А во-вторых: есть масса всевозможных лицензий для студентов. Если вы на первом этапе не собираетесь создавать коммерческий контент, а хотите обучаться, то практически любой софт можно получить бесплатно без нарушения лицензии и правил использования ПО.

Более того, есть такая замечательная программа — Blender, она совершенно бесплатная, что не зависит от того, обучаетесь вы или создаёте голливудскую продукцию. Вывод: берём любой ПК, не старше 10 лет, программу Blender и уделяем несколько часов в неделю на изучение. Буквально через неделю все эти мифы вызовут у вас лишь лёгкую улыбку.

Программы для создания 3D-графики

У всех, кто хочет начать заниматься созданием 3D-графики, логично возникают следующие вопросы. Как начать? Какую программу выбрать? В какую сторону двигаться? И эта неопределённость закономерна. Попытаюсь прояснить ситуацию.

Существуют узкоспециализированные программы, которые нацелены на какое-то одно направление и справляются с этим блестяще. Это ZBrush, Mudbox, 3D Coat, Substance Painter, Substance Designer, Marvelous Designer и проч. Одни предназначены для высокополигонального скульптинга, работать с ними можно используя графический планшет; другие для текстурирования.

А есть более универсальные программы — 3Ds Max, Maya, Cinema 4D и Blender. Они оснащены инструментами для моделирования, риггинга, анимации, скульптинга и др. Они похожи по функциям, а отличаются лишь в их реализации. С их помощью можно с нуля создавать 3D-персонажи и сцены, делать анимацию, и зарендерить всё это в полноценный видеоролик.

В отдельном ряду стоят программы для инженерно-архитектурной визуализации и машиностроительной отрасли — это AutoCAD, SolidWorks, Inventor и отечественный Компас 3D.

Ответить на вопрос «посоветуйте программу, я хочу заняться созданием 3D-графики?» не возможно. Он звучит так же абсурдно, как и «посоветуйте инструмент, я хочу сделать ремонт?». Вам могут по доброте сердечной предложить бензопилу, а требовалось просто прибить доску. Важно отметить, что программ для новичков не существует. Они не делятся по уровню сложности, может где-то будет чуть более дружелюбный интерфейс, да и то это субъективно. И неважно планируете вы работать профессионально, или это станет вашим хобби.

Есть, конечно, определённые тенденции. Например, Max служит для моделирования и визуализации интерьеров. Maya — для анимации, ею пользуются все крупные студии. Cinema 4D в связке с After Effects — это два кита в моушн-дизайне. Всё это очень условно, например, интерьерами можно полноценно заниматься и в Cinema 4D, правда будет ощущаться некоторый дефицит библиотек с готовыми моделями, в отличие от того же Макса.

Что это всё означает? Какую же всё-таки программу выбрать? На старте вам никто точно не скажет этого. Особенно, если вы сами ещё не определились с направлением. Но вся прелесть заключается в том, что зная одну программу, изучить последующие будет на порядок легче. Здесь аналогия с полиглотами: первый язык выучить трудно, второй проще, а каждый следующий ещё проще. Так вот с 3D-графикой то же самое, изучив основу, для вас не будет большой разницы в какой программе работать. Здесь скорее роль будет играть привычка или специфика конкретного проекта.

А если выбирать из универсальных программ, то можно выделить Blender, и по двум причинам. Более универсальной программы не существует, даже после того, как из него выпилили игровой движок. Он всё равно сочетает в себе такое количество всевозможных редакторов, что мало кто использует весь его функционал. Вторая причина — это бесплатность и доступность, что делает Blender идеальным кандидатом для новичков. Да его они и выбирают в подавляющем числе случаев.

Как приступить к изучению?

Лучше всего начать с вводных уроков. Не искать на YouTube разрозненные уроки, к ним ещё нужно будет прибегнуть позже, для решения конкретных задач. А начать с мини-курса по основам создания 3D-графики в определённой программе. Такие мини-курсы бесплатные, состоят обычно из 5-10 вводных уроков.

Они позволяют изучить интерфейс программы, инструменты и рабочие окна, работу с камерой и светом. Всё это осваивается на примере создания какой-нибудь несложной модели, все манипуляции желательно тут же воспроизводить в открытой программе. Кстати, где скачать (под своё «железо» и ОС) и как установить программу вы узнаете из начального урока.

Бесплатный мини-курс по основам Blender

Ну а тем, кому это надо для профессионального использования желательно пройти полный курс. Он, конечно, платный, но позволит досконально изучить весь функционал выбранной программы, сэкономив кучу времени. После его прохождения у вас уже сформируется небольшое портфолио, что и требуется для начинающего специалиста.

Поделиться с друзьями:

3D моделирование в компьютерных программах

Плоды технической фантазии всегда стремились вылиться на бумагу, а затем и воплотиться в жизнь. Если раньше, представить то, как будет выглядеть дом или интерьер комнаты мы могли лишь по чертежу или рисунку, то с появлением компьютерного трехмерного моделирования стало возможным создать объемное изображение спроектированного сооружения. Оно отличается фотографической точностью и позволяет лучше представить себе, как будет выглядеть проект, воплощенный в жизни, внести определенные коррективы. 3D модель обычно производит гораздо большее впечатление, чем все остальные способы презентации будущего проекта. Передовые технологии позволяют добиваться потрясающих результатов. Что такое 3D графика – это создание объемной модели при помощи специальных компьютерных программ. На основе чертежей, рисунков, подробных описаний или любой другой графический или текстовой информации, 3D дизайнер создает объемное изображение. В специальной программе модель можно посмотреть со всех сторон (сверху, снизу, сбоку), встроить на любую плоскость и в любое окружение. Трехмерная графика может быть любой сложности. Вы можете создать простую трехмерную модель, с низкой детализацией и упрощенной формы. Или же это может быть более сложная модель, в которой присутствует проработка самых мелких деталей, фактуры, использованы профессиональные приемы (тени, отражения, преломление света и так далее). Конечно, это всерьез влияет на стоимость готовой трехмерной модели, однако позволяет расширить применение трехмерной модели. Где применяется трехмерная графика Трехмерное моделирование (3d графика) сегодня применяется в очень многих сферах. Конечно, в первую очередь, это строительство. Это может быть модель будущего дома, как частного, так и многоквартирного или же офисного здания, да и вообще любого промышленного объекта. Кроме того, визуализация активно применяется в дизайн-проектах интерьеров. 3D модели очень популярны в сайтостроительстве. Для создания особенного эффекта некоторые создатели сайтов добавляют в дизайн не просто графические элементы, а трехмерные модели, иногда даже и анимированные. Программы и технологии трехмерного моделирования широко применяются и в производстве, например, в производстве корпусной мебели, и в строительстве, например, для создания фотореалистичного дизайн-проекта будущего помещения. Многие конструкторы уже давно перешли от использования линейки и карандаша к современным трехмерным компьютерным программам. Постепенно новые технологии осваивают и другие компании, прежде всего, производственные и торговые. Конечно, в основном трехмерные модели используются в демонстрационных целях. Они незаменимы для презентаций, выставок, а также используются в работе с клиентами, когда необходимо наглядно показать, каким будет итоговый результат. Кроме того, методы трехмерного моделирования нужны там, где нужно показать в объеме уже готовые объекты или те объекты, которые существовали когда-то давно. Трехмерное моделирование это не только будущее, но и прошлое и настоящее. Преимущества трехмерного моделирования Преимуществ у трехмерного моделирования перед другими способами визуализации довольно много. Трехмерное моделирование дает очень точную модель, максимально приближенную к реальности. Современные программы помогают достичь высокой детализации. При этом значительно увеличивается наглядность проекта. Выразить трехмерный объект в двухмерной плоскости не просто, тогда как 3D визуализации дает возможность тщательно проработать и что самое главное, просмотреть все детали. Это более естественный способ визуализации. В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Вы можете изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые. Ваша фантазия практически ни чем не ограничена, и вы сможете быстро выбрать именно тот вариант, который подойдет вам наилучшим образом. Однако трехмерное моделирование удобно не только для клиента. Профессиональные программы дают множество преимуществ и изготовителю. Из трехмерной модели легко можно выделить чертеж каких-либо компонентов или конструкции целиком. Несмотря на то, что создание трехмерной модели довольно трудозатратный процесс, работать с ним в дальнейшем гораздо проще и удобнее чем с традиционными чертежами. В результате значительно сокращаются временные затраты на проектирование, снижаются издержки. Специальные программы дают возможность интеграции с любым другим профессиональным программным обеспечением, например, с приложениями для инженерных расчетов, программами для станков или бухгалтерскими программами. Внедрение подобных решений на производстве дает существенную экономию ресурсов, значительно расширяет возможности предприятия, упрощает работу и повышает ее качество. Что же делать, если понадобилась трехмерная модель, а возможности приобрести и обучиться работе в профессиональной компьютерной программе у Вас нет. Тогда лучше всего обратиться за помощью в компанию, которая оказывает услуги по трехмерному моделированию, таких компаний сейчас очень много, но прежде чем размещать свой заказ, рекомендуется ознакомиться с уже имеющимися работами компании в данной области. Warning: file_get_contents(http://www.grandsoft.ru/insets/google_direct.txt) [function. file-get-contents0]: failed to open stream: HTTP request failed! HTTP/1.1 404 Not Found in /home/i/ivanspb/grandsoft.ru/public_html/pages/3d_modelirovanie_v_programmah.phtml on line 39 Программы для трехмерного моделирования Существует довольно большое количество самых разных программ для 3D моделирования. Так, одной из популярных программ, которые специально разработаны для создания трехмерной графики и дизайна интерьеров, является программа 3D Studio MAX. Она позволяет реалистично визуализировать объекты самой разной сложности. Кроме того, «3D Studio MAX» дает возможность компоновать их, задавать траектории перемещений и в конечном итоге даже создавать полноценное видео с участием трехмерных моделей. Хотя такая работа, конечно же, требует у специалиста серьезных навыков, а также больших компьютерных ресурсов, в первую очередь объемов памяти и быстродействие процессора. Другой широко используемой программой является AutoCAD. Она также используется для трехмерного моделирования и визуализации, профессионального архитектурно-строительного проектирования, постоянно дополняется новыми возможностями. Довольно большое количество программ могут быть интегрированы с базовым ядром «AutoCAD». Например, приложение для визуализации в таких областях, как вентиляция, трубопроводы, электрика и так далее. Если программу «3D Studio MAX» больше предпочитают дизайнеры и аниматоры, то программой «AutoCAD» в основном пользуются профессиональные архитекторы для реализации сложных проектов. Кроме того, существуют узкоспециализированные программы для проектирования корпусной мебели — . используется архитекторами и дизайнерами для создания дизайн-проектов интерьеров, а также создания архитектурных концепций будущих зданий. «GeoniCS» – это линейка профессиональных программных продуктов, для специалистов в области геодезии и геологии. Для проектирования кухни продавцы мебели активно используют программу . Если нужно создать ландшафтный дизайн, то на помощь приходит программа . Программы для трехмерного моделирования востребованы во многих отраслях, постоянно выпускаются новые версии и продукты. Это еще больше подтверждает тот факт, что трехмерное моделирование – самый современный и эффективный способ визуализации. Есть вопросы по 3D программам? ОБРАЩАЙТЕСЬ!

Трехмерная графика и мультимедиа — Рабочая программа дисциплины — 02.03.02. Фундаментальная информатика и информационные технологии — Направления подготовки

1.1.	Формирование у слушателей целостных знаний о трехмерной графике. Изучаются основы трехмерной графики, рассматриваются общие понятия и определения. Слушатели знакомятся с разнообразными приемами моделирования, учатся создавать и использовать материалы, ставить свет, визуализировать трехмерные сцены на основе Blender. Blender — свободный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео, а также создания интерактивных игр.
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.02
ПК-1: Способность демонстрации общенаучных базовых знаний математических и естественных наук, фундаментальной информатики и информационных технологий
ПК-3: Способность понимать и применять в научно-исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат; основные законы естествознания, современные языки программирования и программное обеспечение; операционные системы и сетевые технологии
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.	Знать:
3.1.1.	Cтудент должен иметь представление о графическом пакете 3D графике Blender. Полностью интегрированный пакет разработки, предлагающий широкий выбор инструментов необходимых для создания 3D контента, включая моделирование, UV-маппинг, текстурирование, риджинг, скиннинг, анимацию, симуляцию частиц и т. п., скриптинг, рендеринг, компоновку, пост-продакшн и создание игр. Благодаря унифицированному OpenGL GUI может использоваться на любой версии Windows (98, NT, 2000, XP, Vista, 7), GNU/Linux, OS X, FreeBSD, Irix, SunOS и множестве других операционных систем. Высококачественная 3D архитектура, способствующая быстрому и эффективному творческому процессу студентов.
3.2.	Уметь:
3.2.1.	применять полученные знания в разных областях, связанных с моделированием и конструированием различных объектов.
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	понятиями и методами данного пакета.
5.1. Контрольные вопросы и задания
смотри приложение
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
смотри приложение
5.3. Фонд оценочных средств
смотри приложение
Приложения
6. 1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л1.1	Шикин Е.В., Боресков А.В.	Компьютерная графика. Полигональные модели:	М.: Диалог-МИФИ, 2005	http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=89300
Л1.2	Трошина Г. В.	Трехмерное моделирование и анимация: учебное пособие:	Новосибирск: НГТУ, 2010	http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=229305
6.1.2. Дополнительная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л2.1	Братченко Н.Ю.	Инженерная и компьютерная графика: учебное пособие:	Ставрополь: СКФУ, 2017	http://biblioclub. ru/index.php?page=book&id=494714
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»
	Название		Эл. адрес
Э1	Официальный сайт программы Blender http://wiki.blender.org/index.php/Doc:RU/Manual
Э2	Blender 2.5 Быстрый старт для начинающих. http://b3d.mezon.ru/index.php/Blender_2.5_starting_guide
Э3	Русскоязычный журнал о редакторе Blender — Blender-Empire http://blender-empire.ru/
Э4	Русскоязычный портал Blender3d. http://blender-3d.ru/
Э5	Украинский сайт русскоязычного сообщества Blender http://blender3d.org. ua/
Э6	Уроки Blender на русском http://www.openarts.ru/blender-3d-tutorials
Э7	Учебник Джеймса Кронистера http://b3d.mezon.ru/index.php/Blender_Basics_3-rd_edition
6.3. Перечень программного обеспечения
Программное обеспечение для проведения практичеких работ. Blender. Свободно распостраняемое. Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
1. Образовательный портал АлтГУ [Электронный ресурс]: http://portal.edu.asu.ru 2. Издательство «Лань» — электронно-библиотечная система [Электронный ресурс]: http://e.lanbook.com 3. Издательство МЦНМО. Свободно распространяемые книги издательства Московского центра непрерывного математического образования [Электронный ресурс]: www. mccme.ru/free-books 4. Математическая библиотека [Электронный ресурс]: www.math.ru/lib 7. Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета [Электронный ресурс]: http://elibrary.asu.ru 8. Научная электронная библиотека Elibrary [Электронный ресурс]: http://elibrary.ru
Методические указания по изучению курса для студентов Изучение учебной дисциплины студентами предусматривает два вида работ: — работа с преподавателем; — самостоятельная работа. Работа с преподавателем охватывает два вида учебных занятий: лекционные занятия и практические занятия. Последовательность проведения данных занятия, их содержание определяются настоящей программой. Посещение данных занятий является обязательным для всех студентов. Практическое занятие требует подготовки студентов, предусматривающей изучение теоретического материала по теме занятия с использованием учебной литературы, перечень которой приведен в данной рабочей программе. Вторым видом работы студента, выполняемым им при изучении курса является самостоятельная работа, которая помимо подготовки к практическим занятиям предусматривает изучение рекомендованной основной и дополнительной литературы, а также выполнение заданий для самостоятельной работы студентов. Цель заданий для самостоятельной работы — закрепить полученные знания в рамках отдельных тем по учебной дисциплине, сформировать умения и навыки по решению вопросов, составляющих содержание курса. Работа должна носить самостоятельный, творческий характер. Задания по темам выполняются на лабораторных занятиях в компьютерном классе. В процессе работы над заданием закрепляются и расширяются знания по конкретным вопросам учебной дисциплины. При необходимости в процессе работы над заданием студент может получить индивидуальную консультацию у преподавателя. Выполненное задание проверяется преподавателем и оценивается по двухбалльной системе — зачтено/не зачтено. Если лабораторные занятия пропущены по уважительной причине, то соответствующие задания необходимо выполнить самостоятельно и представить результаты преподавателю на очередном занятии или консультации.

3D графика — основа 3Д графики лежит геометрическая проекция отличием от 2Д

3D графика — разработка и создание 3д дизайна

3D графика «трехмерная графика» — это особая разновидность компьютерной графики, предназначенная для созданий трехмерных объектов. В их основе лежит геометрическая проекция, которая выступает ключевым отличием между 3D и 2D. Создание геометрической проекции сопровождается использованием специализированного программного обеспечения. Конечным результатом выступает высокоточная копия реального объекта.

Наша компания предлагает комплексные услуги по разработке 3D графики и дизайну с использованием современного технического оснащения. Специалисты руководствуются полученным опытом и знаниями. Регулярное повышение квалификации позволяет справиться с задачами любой сложности.

Разработка 3D графики

Разработка 3D графики осуществляется в несколько последовательных этапов. От правильного соблюдения установленного алгоритма зависит качество конечного результата. Специалисты нашей компании проводят комплексную работу по разработке 3D графики в несколько этапов:

• Оценка проекта — специалисты занимаются изучением предоставленного материала, объема работ
• Старт проекта — после согласования основных этапов, а также обсуждения финансовых вопросов, специалисты приступают к реализации проекта
• Выполнение работ — основная часть осуществляется в специальных программах, где дизайнер делает основные наброски. После утверждения подходящего варианта, он дорабатывается до совершенства
• Закрытие проекта — на данном этапе клиент получает готовый заказ

Специалисты компании «МирСео24» работают по-готовому техническому заданию «ТЗ», что исключает развитие непредвиденных ситуаций. Все этапы разработки с указанием общей стоимости содержаться в договоре, который подписывается между клиентом и исполнителем.

Технологии применения 3D графики

Технологии применения 3D графики необходимы во многих сферах жизни человека. Примечательно, что они доставляют визуальное наслаждение, и при этом приносят реальную прибыль. Встретить трехмерные изображения можно на телевидение, в кино, в играх, на рекламных щитах и т.д. Современная 3D графика, это:

• 3D графика в видеофильмах и мультфильмах — все персонажи, а также реалистичные спецэффекты создаются с помощью комплексной работы по разработке и созданию 3D графики в специальных 3D программных обеспечениях.
• 3D графика рекламных объектов — способности графики неисчерпаемы, благодаря уникальной модели можно создать рекламу продукта, и тем самым, побудить клиента к его приобретению
• 3D графический дизайн интерьеров — перед укладкой плитки или поклейкой обоев, клиент желает увидеть 3D модель и расставить все объекты согласно собственным предпочтениям. Сегодня, такая услуга предоставляется во всех строительных и мебельных магазинах

В скором времени, графика затронет и другие сферы жизни и станет неотъемлемой частью повседневной рутины. А пока, остается лишь заказывать качественный визуал и тем самым повышать узнаваемость бренда!

Образец 3D модели «Задвижка»
«Autodesk 3ds Max 2020»

Образец 3D модели «Музыкальный центр»
«Autodesk 3ds Max 2020»

Образец 3D модели «Червяк испанский»
«Autodesk 3ds Max 2020»

Создание 3D графики

Наша компания специализируется на создании 3D графики для любых сфер жизни. Веб дизайнеры проводят разработку по созданию 3D графики любого объекта с использованием современного технического оснащения. В основе создания уникальной модели лежат следующие этапы:

• 3D Моделирование — модель будущего объекта создается в специальном редакторе. Наиболее продвинутыми программами являются 3Ds Max и Adobe After Effects
• Текстурирование — на данном этапе осуществляется наложение текстур на ранее разработанную модель. Дополнением выступает настройка материалов и придание моделям реалистичности
• Освещение — на данном этапе создается и устанавливается направление и настройка источников освещения. Это действие осуществляется в графических редакторах, с использованием установленных источников света
• 3D Анимация — движущие объекты подчеркивают реалистичность любой модели. Создание анимации осуществляется в современных редакторах, оснащенных множеством инструментов
• Рендеринг — на заключительном этапе трехмерная модель проходит через процесс преобразования. Итогом работы является «плоское» изображение

Описанные этапы разработки являются ключевыми, они следуют друг за другом в четко установленной последовательности.

Интересны услуги по созданию 3D графики Оформляйте заказ на официальной странице компании «МирСео24». Консультации и квалифицированная помощь предоставляются на бесплатной основе.

Видео пример 3D модели
«Задвижка»

Видео пример 3D модели
«Музыкальный центр»

Видео пример 3D модели
«Червяк испанский»

 

Виды 3D графики

Существует несколько разновидностей 3D моделирования. Наиболее востребованными вариантами выступают: полигональное и сплайновое.

Полигональное моделирование — полигональный вид 3D графики появился несколько десятков лет назад. На тот момент для создания объемной модели приходилось вручную вводить координаты по осям. Это значительно увеличивало длительность работы и отражалось на корректности конечного результата.

В основе полигонального вида лежит использование трех или четырех вершин, в зависимости от требуемого результата. Большинство изображений созданы посредством трех вершин. Для каждого полигона характерен определенный оттенок и текстура. Все полигоны соединяются между собой, создавая тем самым полигональную сетку или объект. При необходимости дальнейшего увеличения объекта необходимо заранее создавать несколько полигонов.

Методика полигонального моделирования используется повсеместно, особенно для создания компьютерных игр.

Сплайновое моделирование — в основе сплайнового моделирования лежит использование специальных сплайнов. Их линии задаются посредством трехмерного набора контрольных точек, которые и определяют гладкость кривой. Все сплайны подводятся к сплайновому каркасу, на основе которого в дальнейшем создается огибающая трехмерная геометрическая поверхность.

Указанная методика моделирования используется повсеместно, для создания персонажей игр, моделей для рекламных компаний, персонажей фильмов и мультфильмов.

Услуги по созданию и разработке 3D графики

Наша компания предоставляет комплексные услуги по созданию и разработке 3D графики. Специалисты оказывают качественный сервис по объемному моделированию для заказчиков из любой сферы деятельности. Полный спектр услуг по разработке 3D графики включает:

• Подготовка 3D модели, которая будет полностью оптимизирована под требования потенциального заказчика (с учетом конечной цели)
• Создание трехмерной модели с последующей печатью объекта
• Проведение консультаций относительно последующей реализации и процесса подготовки

Специалисты работают по установленному алгоритму, начиная с момента проектирования и заканчивая полной сдачей объекта. Услуги по моделированию решают ряд задач клиентов:

• демонстрация заказа в реалистичном виде (для застройщиков)
• наглядная презентация коммерческой недвижимости (для арендодателей)
• яркие презентации с целью реализации продукта/услуги (для маркетинга и рекламных компаний)

Виртуальная проекция позволяет увидеть ошибки и объективно оценить конечный результат. Это качественный инструмент, который является визуалом любого бизнеса. Для оформления услуг по 3D графике, звоните по указанным номерам телефонов или обращайтесь через форму обратной связи.

Программное обеспечение для создания 3D графики

Моделирование сопровождается использованием установленного программного обеспечения. Для получения броской трехмерной графики используются различные коммерческие продукты, в частности:

• Autodesk 3ds Max
• Autodesk Maya

• Autodesk Softimage
• Blender

Наша компания активно использует несколько программ среди которых две программы считаются самыми приоритетными: «Autodesk 3ds Max 2020» и специальный плагин «3D Element» для популярной программы по созданию видео и видео эффектов «Adobe After Effects». Программа 3Ds Max используется во многих сферах, в частности:

• визуализация объектов
• дизайн интерьера

• 3D моделирование
• Профильный 3Д дизайн

• Рекламная анимация
• 3D анимация

• 3D WEB-дизайн
• Компьютерная графика

Программа действительно многопрофильная, и указанными сферами использования не ограничивается. В 3Ds Max можно свободно создать фотореалистичную трехмерную модель. Разнообразный инструментарий позволяет разрабатывать уникальные объекты. Посредством анализа и настройки освещенности они обретают новые очертания и «оживают». Благодаря встроенному фотореалистичному визуализатору удалось добиться высокого уровня правдоподобности.

Ключевое достоинство программы – возможность установления дополнительных плагинов, что благотворно отражается на количестве инструментов и значительно расширяет стандартные возможности. 3Ds Max позволяет гибко управлять частицами, а также создавать разнообразные эффекты.

3D Element специальный плагин для Adobe After Effects – это универсальная программа (плагин — «plugin»), которая пользуется не меньшей популярностью. Главное достоинство – возможность редактирования любого видео, создание визуальных эффектов и анимации любой сложности. Программу часто используются в кинематографе для создания постпродакшна. Более того, она свободно функционирует как обычный редактор нелинейного типа, звуковой редактор и транскодер. Посредством программного обеспечения можно создавать модели с несколькими слоями в трехмерном пространстве.

Примечательно, что несмотря на расширенный функционал, программа очень простая в работе. Но при этом она позволяет создавать нереальные модели, подобий которым не существует.

Требуется качественный визуал? Планируете создание уникальных 3D моделей? Обращайтесь за помощью к специалистам компании «МирСео24».

Мы гарантируем комплексный подход и быстрое решение задач любой сложности.

Стоимость услуг по созданию 3D графики

Интересует стоимость услуг по созданию 3D графики? Фиксированный прайс-лист представлен на официальной странице компании «МирСео24». Но, стоимость способна варьироваться в зависимости от сложности графики и установленных сроков. На конечную цену влияют:

• Сложность объекта
• Наличие дополнительной анимации
• Наличие дополнительных спецэффектов
• Сроки выполнения

Проконсультироваться по любым вопросам вы можете по указанным номерам телефонов. Звоните прямо сейчас и получайте бесплатный расчет прямо сейчас!

Дополнительная профессиональная образовательная программа повышения квалификации «3Ds MAX»

3ds Max — одна из наиболее востребованных и популярных программ среди специалистов по проектированию, архитектуре и строительству во всём мире. Данный курс поможет эффективно освоить функционал по созданию 3D-моделей и визуализаций с нуля, а также систематизирует уже имеющиеся о программе знания. Слушатели получат полный набор инструментов для комфортной работы в области высококачественной трехмерной графики. Учебный курс «3Ds MAX» предназначен для лиц, имеющих уверенные навыки работы с персональным компьютером, а также навыки работы с компьютерной графикой (начальное знание графической программы Adobe Photoshop).

Программа рассчитана на всех желающих изучить программу «3ds МАХ», предназначенную для создания и редактирования трехмерной графики, анимации и содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа, а также дизайнеров и архитекторов.

Программа курса направлена на получение начальных знаний пакета, необходимого для моделирования объектов, создания освещения, получения навыков дизайна интерьера и трехмерной графики, позволяет подготовить художников, дизайнеров к компьютерному моделированию.

Изучение программы «3ds МАХ» позволяет получить базовые знания в области 3d моделирования и 3d визуализации, как для общего развития, так и для возможности применения знаний в работе и учебной деятельности. Слушатели курса могут применить полученные знания в любой из областей, в которой применяется трехмерная графика, а также в архитектуре, дизайне интерьера, машиностроении, игровой и киноиндустрии и т.д.

В программе теоретического обучения рассматриваются вопросы по созданию и редактированию двумерных и трехмерных объектов, изучения основных инструментов интерфейса программы 3ds МАХ, таких как модификаторы, источники света, камеры.

В практической части отрабатываются навыки по моделированию простых и сложных объектов, создания сцен, выставления источников света, выставления камер, создания визуализации сцены.

Целями изучения программы являются:

• изучение функциональных возможностей программы 3ds МАХ для создания и редактирования трехмерных объектов и сцен;
• развитие навыков работы с инструментами программы 3ds МАХ.

В результате прохождения курса «3ds МАХ» слушатель получит представление о 3d графике, её направлениях и применении на рынке архитектурного проектирования. Об особенностях и этапах 3d моделирования и визуализации.

По итогу изучения слушатель будет знать: основные приёмы 3d моделирования, правила подготовки 3d моделей для визуализации в интерьере, знать логику создания 3d моделей по эскизу, фотографии или чертежу, знать логику создания реалистичных материалов для 3d моделей, правила постановки камеры при интерьерной фотосъемке.

Документы по программе:

Страница курса в ЭОС (только для зарегистрированных обучающихся)

Трехмерная графика

— обзор

OpenCL на графическом процессоре AMD Radeon HD7970

Графический процессор существенно отличается от ЦП для кода OpenCL. Читатель должен помнить, что графический процессор в первую очередь предназначен для эффективного рендеринга трехмерной графики. Эта цель приводит к значительному отличию приоритетов ресурсов и, следовательно, к архитектуре, значительно отличающейся от архитектуры ЦП. В современных графических процессорах это различие сводится к нескольким основным функциям, три из которых обсуждались в главе 3:

•

Широкое выполнение нескольких данных с одной инструкцией (SIMD): выполняется гораздо большее количество исполнительных блоков. одна и та же инструкция по разным элементам данных.

•

Высокая многопоточность: поддержка большого количества контекстов параллельных потоков на данном вычислительном ядре графического процессора.

•

Аппаратная оперативная память: буферы физической памяти находятся под контролем программиста.

Ниже приведены дополнительные различия, которые менее заметны, но интересны, потому что они создают возможности для улучшения с точки зрения задержки рабочего диспетчеризации и обмена данными:

•

Поддержка аппаратной синхронизации: поддержка мелкозернистой связи между параллельными аппаратные нити.

•

Аппаратное управление задачами и диспетчеризация: управление очередью работы и балансировка нагрузки на оборудовании.

Поддержка аппаратной синхронизации сокращает накладные расходы на синхронизацию выполнения контекстов нескольких потоков на данном ядре SIMD, обеспечивая мелкозернистую связь с низкими затратами.

Графические процессоры

обеспечивают обширную аппаратную поддержку для диспетчеризации задач, поскольку они глубоко укоренились в мире трехмерной графики. Игровые рабочие нагрузки включают управление сложными графами задач, возникающими в результате чередования работы в графическом конвейере.Как показано на высокоуровневой диаграмме AMD Radeon HD7970 на рис. 3.11, архитектура состоит из командного процессора и генератора групп на передней панели, который передает созданные группы паре аппаратных планировщиков. Эти два планировщика распределяют вычислительные нагрузки на 32 ядра, распределенные по всему устройству, каждое из которых содержит один скалярный блок и четыре векторных блока. Для графических рабочих нагрузок AMD включает дополнительный набор блоков аппаратного ускорителя под командным процессором:

•

Тесселятор: Тесселяция — это процесс создания меньших треугольников из больших для масштабирования сложности модели во время выполнения.

•

Ассемблер геометрии: Пакеты геометрической информации для обработки шейдерами.

•

Растеризатор: преобразует векторные данные в растровый формат.

•

Иерархический Z-процессор: поддерживает иерархическое представление глубины сцены для снижения нагрузки, обеспечивая возможность раннего отклонения пикселей в зависимости от глубины.

Вместе эти блоки позволяют оборудованию планировать рабочие нагрузки, как показано на рисунке 6.5. Для получения высоких степеней ускорения производительности, связанных с вычислениями на GPU, планирование должно быть очень эффективным. Накладные расходы на планирование потоков должны оставаться низкими, потому что блоки работы, собранные входной сборкой, могут быть очень маленькими — например, один треугольник, состоящий из нескольких пикселей. Этот объем работы сам по себе не позволит использовать машину, но помните, что полный графический конвейер очень быстро собирает, растрирует и затеняет большое количество треугольников одновременно.Мы можем увидеть упрощенную версию такого расписания на рисунке 6.5. Обратите внимание, что неиспользованное время вычислений, обозначенное пробелом на рисунке, будет легко заполнено, когда одновременно обрабатываются несколько треугольников. Это хороший пример того, почему графический процессор предназначен для обработки с высокой пропускной способностью и, следовательно, почему рабочие нагрузки должны правильно отображаться на базовое оборудование для достижения хорошей производительности.

Рисунок 6.5. Аппаратно управляемое расписание для набора задач, выполняемых на небольшой единице работы графического процессора.Когда многие из этих рабочих нагрузок планируются вместе, оборудование может использоваться очень эффективно.

Для OpenCL большая часть этого оборудования для растеризации и сборки не требуется, потому что диспетчеризация предопределена с большими размерами и должна быть только собрана в соответствующие рабочие группы и аппаратные потоки для запуска на устройстве. Однако, чтобы позволить процессору команд и генератору работы с глубоким конвейером работать эффективно и достичь высоких уровней производительности на графическом процессоре, нам необходимо:

•

Обеспечивать много работы для каждой отправки ядра.

•

Пакетные задания вместе.

Обеспечивая достаточный объем работы в каждом ядре, мы гарантируем, что конвейер групповой генерации остается занятым, чтобы у него всегда было больше работы, чтобы дать планировщикам волн, а планировщикам всегда было больше работы, чтобы протолкнуть их на SIMD единицы измерения. По сути, мы хотим создать большое количество потоков, чтобы занять машину: как обсуждалось ранее, графический процессор — это машина с пропускной способностью.

Второй момент относится к механизму организации очередей OpenCL.Когда среда выполнения OpenCL выбирает обработку работы в очереди работ, связанной с устройством, она просматривает задачи в очереди с целью выбора для обработки фрагмента подходящего размера. Из этого набора задач он создает командный буфер работы для графического процессора на языке, понятном командному процессору в передней части конвейера графического процессора. Этот процесс состоит из (1) создания очереди, (2) размещения ее где-нибудь в памяти, (3) сообщения устройству, где оно находится, и (4) запроса устройству обработать его.Такая последовательность операций требует времени, вызывая относительно высокую задержку для одного блока работы. В частности, поскольку графический процессор работает за драйвером, работающим в пространстве ядра, этот процесс требует ряда переключений контекста в пространство ядра и из него, чтобы позволить графическому процессору начать работу. Как и в случае с ЦП, где переключение контекста между потоками стало бы значительными накладными расходами, переключение в режим ядра и подготовка очередей для слишком малых единиц работы неэффективны. Существуют довольно постоянные накладные расходы на диспетчеризацию очереди работ и дополнительные накладные расходы на обработку в зависимости от объема работы в ней.Эти накладные расходы необходимо преодолеть за счет предоставления очень больших запусков ядра или длинных последовательностей ядер. В любом случае цель состоит в том, чтобы увеличить объем работы, выполняемой для каждого экземпляра обработки очереди.

Поток и система памяти

На рис. 6.6 показано приблизительное представление иерархии памяти системы, содержащей процессор AMD FX8150 и графический процессор AMD Radeon HD7970. Иерархия кэша ЦП в этой настройке организована так, чтобы уменьшить задержку одного потока доступа к памяти: любая значительная задержка вызовет остановку этого потока и снизит эффективность выполнения.Поскольку конструкция ядер графического процессора использует потоки и широкую SIMD для максимизации пропускной способности за счет задержки, система памяти аналогичным образом спроектирована так, чтобы максимизировать пропускную способность для удовлетворения этой пропускной способности с некоторыми затратами на задержку.

Рисунок 6.6. Приблизительные значения пропускной способности для различных уровней иерархии памяти как процессора AMD FX8150, так и графического процессора AMD Radeon HD7970. Особо обратите внимание на низкую пропускную способность шины PCI Express по сравнению с другими уровнями, особенно кэшами, на обеих сторонах интерфейса.

Ограниченное кэширование, связанное с GDDR5 с высокой пропускной способностью в конструкции Radeon, стало возможным благодаря следующему:

•

Локальные общие данные (LDS)

•

Высокий уровень многопоточности на кристалле

LDS обеспечивает доступ для чтения / записи с высокой пропускной способностью и малой задержкой, управляемый программистом. Эта форма программируемого повторного использования данных менее расточительна, а также более эффективна по площади / энергопотреблению, чем кэширование с аппаратным управлением.Уменьшение ненужного доступа к данным (данные, которые загружаются в кэш, но не используются) означает, что LDS может иметь меньшую емкость, чем эквивалентный кэш. Кроме того, меньшая потребность в управляющей логике и структурах тегов приводит к уменьшению площади на единицу мощности.

Аппаратно управляемая многопоточность в ядрах графического процессора позволяет оборудованию покрывать задержку в памяти. Чтобы выполнить доступ к памяти, поток, выполняющийся на модуле SIMD, временно удаляется из этого модуля и помещается в отдельный контроллер памяти.Поток не возобновляется на SIMD, пока не вернется доступ к памяти. Чтобы достичь высоких уровней производительности и использования, должно быть запущено достаточно большое количество потоков. Во многих приложениях могут потребоваться четыре или более волновых фронта на модуль SIMD или 16 на ядро ​​(вычислительный модуль). Каждый модуль SIMD может поддерживать до 10 волновых фронтов, из которых 40 активны в вычислительном модуле. Чтобы обеспечить быстрое переключение, состояние волнового фронта сохраняется в регистрах, а не в кеше. Каждый волновой фронт в полете потребляет ресурсы, поэтому увеличение количества живых волновых фронтов для покрытия задержки должно быть сбалансировано с использованием регистра и LDS.

Кэш-память, присутствующая в системе, обеспечивает механизм фильтрации для объединения сложных собранных шаблонов доступа для чтения и разнесенной записи в операциях векторной памяти в максимально возможные блоки. Чтения большого вектора, которые являются результатом хорошо структурированного доступа к памяти, намного более эффективны для системы на основе DRAM, требуя меньшего временного кэширования, чем распределенные по времени более мелкие чтения, возникающие из наиболее общего кода ЦП.

Схема на рисунке 6.6 показывает шину PCI Express как соединение между ЦП и устройствами ГП.Весь трафик между процессором и, следовательно, основной памятью и графическим процессором должен проходить через этот канал. Поскольку полоса пропускания PCI Express значительно ниже, чем у доступа к DRAM, и даже ниже, чем возможности встроенных буферов, это может стать серьезным узким местом для приложения, сильно зависящего от обмена данными. В приложении OpenCL нам нужно минимизировать количество и размер операций копирования памяти относительно ядер, которые мы помещаем в очередь. Трудно достичь хорошей производительности в приложении, которое, как ожидается, будет работать на дискретном графическом процессоре, если это приложение имеет жесткий цикл обратной связи, включающий копирование данных туда и обратно по шине PCI Express.В главе 7 более подробно рассматриваются компромиссы при оптимизации перемещения данных.

Выполнение инструкций на архитектуре HD7970

Идея программирования архитектуры SIMD с использованием линейной модели обсуждалась ранее. В каждом вычислительном блоке или ядре HD7970 планировщик инструкций может планировать до 5 инструкций в каждом цикле для скалярного блока, одного из блоков SIMD, блока памяти или других аппаратных устройств со специальными функциями.

В предыдущих устройствах, таких как архитектура HD6970, представленная в более раннем издании книги, поток управления автоматически управлялся устройством ответвления.Эта конструкция привела к созданию очень специализированного механизма выполнения, который несколько отличался от других векторных архитектур на рынке. Конструкция HD7970 более явна в интеграции скалярного и векторного кода инструкция за инструкцией, так же как процессор x86 при интеграции операций SSE или AVX.

Механизм SIMD выполняет 64 логических объекта SIMD, называемых волновыми фронтами. Каждый волновой фронт использует декодирование одной инструкции и имеет свой собственный поток инструкций, и его можно рассматривать как отдельный контекст аппаратного потока.64 рабочих элемента в волновом фронте выполняются в течение четырех тактовых циклов через 16-полосный аппаратный модуль SIMD. Различные волновые фронты выполняются в разных точках своих потоков команд. Все ветвления выполняются на уровне детализации волнового фронта.

Любая возможность ветвления субволнового фронта (расходящегося) требует ограничения ISA последовательностью операций маски и демаскирования. Результатом является очень явная последовательность блоков инструкций, которая выполняется до тех пор, пока не будут пройдены все необходимые пути. Такое расхождение в исполнении создает неэффективность, поскольку в любой момент времени активна только часть векторного блока, однако возможность поддержки такого потока управления улучшает программируемость, устраняя необходимость для программиста вручную векторизовать код.Очень похожие проблемы возникают при разработке для конкурирующих архитектур, таких как дизайн NVIDIA GTX580, и присущи производству программного обеспечения для широкополосных векторных архитектур, будь то векторизация вручную, компилятором, аппаратными средствами или где-то посередине.

Ниже приведен пример кода, предназначенного для работы на вычислительном блоке HD7970 (см. Спецификацию ISA Southern Islands [cite] SI-ISA [/ cite]). Давайте возьмем очень простое ядро, которое будет расходиться на волновом фронте любой ширины больше единицы:

kernel void foo (const global int * in, global int * out)

{

if (get_global_id (0) == 0) {

из [get_global_id (0)] = в [get_global_id (0)];

} else {

out [get_global_id (0)] = 0;

}

}

Хотя это тривиальное ядро, оно позволит нам увидеть, как компиляция отображает его на ISA и косвенно как этот ISA будет вести себя на оборудовании.Когда мы компилируем это для HD7970, мы получаем следующее:

shader main

asic (SI_ASIC)

type (CS)

s_buffer_load_dword s0, s [4: 7], 0x5

s_buffer_load_dword s1, s [4: 7], 0x18

s_waitcnt lgkmcnt (0)

s_min_u32 s0, s0, 0x0000ffff

_mov

v1000, s0, 0x0000ffff

_mov

v3 v1

v_add_i32 v0, vcc, v0, v1

v_add_i32 v0, vcc, s1, v0

s_buffer_load_dword s0, s [8:11], 0x00_load 9000 [8:11], 0x00_load 9000 : 11], 0x04

v_cmp_eq_i32 s [4: 5], v0, 0

s_and_saveexec_b64 s [4: 5], s [4: 5]

v_lshlrev_b32, v_lshlrev_b32

s_cbranch_execz label_0016

9000 4 s_waitcnt lgkmcnt (0)

v_add_i32 v1, vcc, s0, v1

s_load_dwordx4 s [8:11], s [2: 3], 0x50

s_waitcnt (

s_waitcnt)

tbuffer_load_format_x v1, v1, s [8:11], 0 offen

формат: [BUF_DATA_FORMAT_32, BUF_NUM_FORMAT_FLOAT]

v_mov_b32 v1, 0

s_mov_b64 exec, s [4: 5]

v_lshlrev_b32 v0, 2, v0

s_waitcnt lgkmcnt12,

s_waitcnt lgkmcnt (0) 9000 s_waitcnt, lgkmcnt (0)

000 v09000,

000 v09000

s_load_dwordx4 s [0: 3], s [2: 3], 0x58

s_waitcnt vmcnt (0) & lgkmcnt (0)

tbuffer_store_format_x v1, v0], s [0], s [ offen

формат: [BUF_DATA_FORMAT_32, BUF_NUM_FORMAT_FLOAT]

s_en dpgm

end

Этот код, как и код OpenCL, можно рассматривать для представления единственной дорожки выполнения: единственного рабочего элемента.Однако, в отличие от языка более высокого уровня, здесь мы видим комбинацию скалярных операций (с префиксом s_), предназначенных для выполнения в скалярном блоке ядра графического процессора, который мы видим на рисунке 6.7, и векторных операций (с префиксом v_), которые выполняются через одну из векторных единиц.

Рисунок 6.7. Вычислительный блок / ядро ​​на архитектуре Radeon HD7970. Вычислительный блок состоит из скалярного процессора и четырех 16-полосных блоков SIMD. Каждый модуль SIMD выполняет 64-элементный волновой фронт в течение четырех циклов.64 КБ векторных регистров разделены между четырьмя ядрами SIMD, что обеспечивает доступ с высокой пропускной способностью.

Если мы внимательно посмотрим на структуру кода, мы увидим:

Операция сравнения векторов, по всему волновому фронту мы сравниваем локальный идентификатор с константой 0.

v_cmp_eq_i32 s [4: 5], v0 , 0

затем манипулирует маской выполнения, обрабатывая результат сравнения и обновляя скалярный регистр текущим значением маски.Кроме того, эта операция обеспечивает установку регистра кода скалярного кода (SCC): это то, что запускает условный переход.

s_and_saveexec_b64 s [4: 5], s [4: 5]

Цель этого состоит в том, что если какая-либо полоса волнового фронта должна была войти в if, условного перехода не произойдет. Если условного перехода не происходит, код вводит часть условного условия if. Если ни одна дорожка не должна входить в часть if, скалярный модуль выполнит ветвление, и управление перейдет к части else.

s_cbranch_execz label_0016

Если ветвь if выполняется, векторная загрузка (загрузка из буфера t или текстуры, показывающая графическое наследие ISA: tbuffer_load_format_x) переносит ожидаемые данные в векторный регистр , v1. Обратите внимание, что операция tbuffer_store была исключена компилятором, поэтому мы видим ее только один раз в скомпилированном коде, в то время как мы видели две в исходном исходном OpenCL C.

В ветке else поведение такое, как мы и ожидали: те дорожки, которые не выполнили ветку if, должны выполняться здесь.В частности, маска выполнения заменяется текущей маской, NAND с исходной сохраненной маской и становится активной:

s_andn2_b64 exec, s [4: 5], exec

И затем v1 загружается с 0, который это то, что мы ожидаем от исходного кода OpenCL C.

v_mov_b32 v1, 0

Нет ветки, чтобы пропустить ветку else. Похоже, что в этом случае компилятор решил, что, поскольку нет нагрузки для выполнения в ветке else, накладные расходы, связанные с простым маскированием операций и обработкой всего раздела как предикатного выполнения, являются эффективным решением, например, ветвь else всегда будет выполнять и просто обычно не будет обновлять v1.Маска выполнения обновляется (s_mov_b64 exec, s [4: 5]) и код выполняется. Какая бы из двух операций записи в v1 была правильной для текущей векторной дорожки, она будет сохранена в памяти.

Очевидно, это очень простой пример. С глубоко вложенными if код маски может быть усложнен длинными последовательностями сохранения масок и операции AND с новыми кодами условий, сужая набор выполняемых дорожек на каждом этапе, пока, наконец, не потребуются скалярные ветви. На каждом этапе сужения эффективность выполнения снижается, и в результате хорошо структурированный код, выполняющий одну и ту же инструкцию по вектору, жизненно важен для эффективного использования архитектуры.Это сложный набор процедур управления масками и других векторных операций, которые отличает этот ISA от CPU ISA, такого как SSE, а не абстрактное понятие наличия намного большего числа ядер.

Схема модуля SIMD, который выполняет этот код, показана на рисунке 6.7. Каждый модуль SIMD содержит 32-портовый LDS с задержкой для четырех операций и атомарными модулями на своем интерфейсе. Эти атомарные единицы означают, что невозвратные атомарные операции могут выполняться на LDS одновременно с арифметическими операциями, выполняемыми внутри ALU, что обеспечивает дополнительный параллелизм.Два волновых фронта от разных модулей SIMD на одном ядре могут быть объединены вместе по 32 банкам модуля LDS. Чтения или записи с одного или обоих волновых фронтов, активных на интерфейсе LDS, могут конфликтовать, и конфликтующие чтения или записи воспроизводятся в течение нескольких циклов, пока все операции не будут завершены. При чтении это может привести к остановке ALU.

Переход от VLIW Execution

Более ранние архитектуры AMD, описанные в предыдущем издании книги, страдали от более сложной и трудной для чтения ISA.Частично это произошло из-за изолированного скалярного блока с высокой задержкой выполнения, а частично из-за использования выполнения VLIW. В то время как на HD7970 инструкции могут динамически планироваться по четырем модулям SIMD в вычислительном модуле, на более ранних устройствах эти четыре (или, действительно, пять) модулей SIMD выполнялись синхронно из расписания команд, созданного компилятором. В целом это изменение должно привести к уменьшению количества пузырей в расписании инструкций, однако оно приводит к одному важному отличию в отображении OpenCL от того, что мы видели в прошлом.Использование встроенных векторных типов OpenCL ранее рекомендовалось как способ повысить арифметическую интенсивность функции и упаковать больше арифметических операций близко друг к другу, чтобы заполнить пакет VLIW.

Например, на архитектуре HD6970 мы можем увидеть следующую инструкцию в ее ISA:

17 y: ADD ____, R1.x, PV16.x

z: ADD T0.z, R1.x, -PV16.x

18 x: MOV R1.x, R0.w

y: MOV R1.y, R0.w

z: MOV R1.z, R0.w

w: MUL_e ____, R4.x, PV17.y

Это пара пакетов инструкций, каждый из которых содержит до четырех операций. Первый заполнен только наполовину: здесь и появились векторные операции. Кроме того, четыре банка файла регистров, которые мы видим на рисунке 6.7, были доступны из четырех слотов VLIW (с некоторой гибкостью), так что векторные переменные были оптимально хранится. Архитектурные изменения для четырех динамически планируемых модулей SIMD мы видим на рисунке 6.7 означает, что дополнительные арифметические инструкции могут не потребоваться, скорее, это можно рассматривать как чисто арифметический вопрос интенсивности. Что еще более важно, использование короткого вектора OpenCL потребляет несколько последовательных регистров, и без увеличения эффективности упаковки регистров это может привести к чрезмерному использованию файла регистров. Обратите внимание, что четыре волновых фронта активны в пространстве, которое ранее было бы занято одним: с дополнительными промежуточными регистрами для сопоставления.

Распределение ресурсов

Каждый модуль SIMD на графическом процессоре включает фиксированный объем регистров и пространство для хранения LDS.На каждом вычислительном блоке имеется 256 КБ регистров. Эти регистры разделены на четыре банка, так что имеется 256 регистров на блок SIMD, каждый из которых имеет ширину 64 полосы и 32 бита на полосу. Эти регистры будут разделены в зависимости от количества волновых фронтов, выполняемых на SIMD-блоке. На каждом вычислительном блоке имеется 64 КБ LDS, доступная как SRAM с произвольным доступом из 32 банков. LDS делится между количеством рабочих групп, выполняемых в вычислительном блоке, на основе запросов на выделение локальной памяти, сделанных в ядре, и с помощью механизма передачи параметров среды выполнения OpenCL.

При выполнении одного ядра на каждом вычислительном блоке, как и при стандартном отображении при запуске программы OpenCL, мы можем увидеть узкое место в ресурсах, как показано на рисунке 6.8. На этой диаграмме мы видим две рабочие группы, каждая из которых содержит два волновых фронта, где для каждого рабочего элемента (и, следовательно, волнового фронта с увеличенным масштабом) требуется 42 векторных регистра, доля в 50 скалярных регистрах, а рабочей группе требуется 24 КБ LDS. Это выделение четырех волновых фронтов на вычислительную единицу ограничено требованиями LDS рабочей группы и ниже минимального количества волновых фронтов, которое нам необходимо запустить на устройстве, чтобы устройство было занято, так как только с одним волновым фронтом на каждый модуль SIMD у нас нет возможности для переключаться на замену, когда волновой фронт выполняет скалярный код или операции с памятью.Если мы сможем увеличить количество волновых фронтов, работающих на модуле SIMD, до четырех или более, у нас будет больше шансов сохранить занятость скалярных и векторных модулей во время потока управления и, в частности, задержки памяти, когда чем больше запущено потоков, тем лучше наши скрытие задержки. Поскольку в этом случае мы ограничены LDS, увеличение количества волновых фронтов на рабочую группу до трех было бы хорошим началом, если это практично для алгоритма. В качестве альтернативы, сокращение выделения LDS позволит нам запустить третью рабочую группу на каждом вычислительном блоке, что очень полезно, если один волновой фронт ожидает барьеров или обращений к памяти и, следовательно, не на SIMD-блоке в данный момент.

Рисунок 6.8. Выделение ресурсов одного вычислительного модуля для рабочих нагрузок OpenCL. Учитывая рабочую группу из 128 рабочих элементов, для которых требуется 24 КБ LDS, и где каждый рабочий элемент требует 42 векторных регистров и 50 скалярных регистров, мы можем разместить две рабочие группы и, следовательно, четыре волновых фронта на каждом модуле SIMD: мы ограничены доступностью LDS при этом емкость регистра в основном не используется.

Каждый волновой фронт работает на одном устройстве SIMD и остается там до завершения. Любой набор волновых фронтов, которые являются частью одной рабочей группы, остаются вместе на одном вычислительном блоке.Причина этого должна быть ясна при просмотре объема хранилища состояний, требуемого этой группой: в этом случае мы видим 24 КБ LDS и 84 КБ регистров на рабочую группу. Это будет значительный объем данных, который необходимо сбросить в память и переместить в другое ядро. В результате, когда контроллер памяти выполняет операцию чтения или записи с высокой задержкой, если нет другого волнового фронта с работой ALU, которую нужно выполнить, готовой к планированию на блоке SIMD, оборудование будет бездействовать.

Компьютерная графика 3D-графика — javatpoint

Трехмерные преобразования являются расширениями двумерных преобразований.В 2D используются две координаты, то есть x и y, тогда как в 3D используются три координаты x, y и z.

Для трехмерных изображений и объектов необходимы трехмерные преобразования. Это переводы, масштабирование и вращение. Они также называются, поскольку основные преобразования представлены с помощью матрицы. Более сложные преобразования обрабатываются с помощью матрицы в 3D.

В 2D можно отображать двухмерные объекты. Как гистограмма, круговая диаграмма, графики. Но еще некоторые природные объекты можно представить в 3D.Используя 3D, мы можем видеть разные формы объекта в разных сечениях.

В 3D, когда выполняется перенос, нам также нужны три фактора для поворота, это составляющая трех вращений. Каждый может быть выполнен по любым трем декартовым осям. В 3D мы также можем представить последовательность преобразований в виде единой матрицы.

Компьютерная графика использует САПР. CAD позволяет манипулировать компонентами машин в 3-х измерениях. Также проводится исследование автомобильных кузовов, деталей самолетов.Все эти действия требуют реализма. Для реалистичности требуется 3D. В производстве реалистичной 3D сцены из 2D сложно. Это требует трех измерений, то есть глубины.

3D геометрия

Трехмерная система имеет три оси x, y, z. Ориентация трехмерной системы координат бывает двух типов. Правосторонняя система и левосторонняя система.

В системе правой руки большой палец правой руки указывает на положительное направление по оси Z, а большой палец левой руки указывает на два отрицательных направления.На следующем рисунке показана правосторонняя ориентация куба.

Использование правой системы координат углов A, B, C, D куба

Точка A x, y, z
Точка B x, y, 0
Точка C 0, y, 0
Точка D 0, y, z

Реализм в 3D: Трехмерные объекты созданы с использованием компьютерной графики. Техника, используемая для двумерного отображения трехмерных объектов, называется проекцией.Доступны несколько типов проекции, например,

1. Параллельное проецирование
2. Перспективная проекция
3. Ортографическая проекция

1. Параллельная проекция: В этой проекции точка на экране идентифицируется в пределах точки трехмерного объекта линией, перпендикулярной экрану дисплея. Архитектор Чертеж, т.е. план, вид спереди, вид сбоку, возвышение — это не что иное, как линии параллельных проекций.

2. Перспективная проекция: Эта проекция имеет свойство, которое дает представление о глубине. Чем дальше объект от зрителя, тем меньше он будет казаться. Все линии в перспективной проекции сходятся в центральной точке, называемой центром проекции.

3. Ортографическая проекция: Простейший вид проекции. В этом случае мы берем вид сверху, снизу и сбоку, выделяя из объекта параллельные линии.

Трехмерные модели

Способы создания различных изображений твердого объекта зависят от типа объекта.Для просмотра трехмерных объектов доступны два метода просмотра.

1. Геометрия: Это связано с измерениями. Измерение — это положение точки относительно начала координат или размеров объекта.
2. Топологическая информация: Используется для построения твердого объекта. В основном это касается формирования многоугольников с помощью точек объектов или создания объекта с помощью многоугольников.

---

Трехмерная графика и моделирование: основные аспекты

Плоды технологического воображения всегда стремились излить на бумагу, а затем превратиться в реальность.Раньше мы могли представить интерьер будущего дома или комнаты по рисунку или картинке, а с появлением трехмерного компьютерного моделирования стало возможным создание трехмерного изображения проектируемого объекта. Он отличается фотографической точностью и позволяет лучше представить, как будет выглядеть воплощенный проект, и внести некоторые коррективы. 3D-модель обычно производит гораздо лучшее впечатление, чем все другие способы презентации будущего проекта. Передовые технологии позволяют получать потрясающие результаты.

Что такое 3D-графика?

3D графика — это создание трехмерной модели с помощью специальных компьютерных программ. На основе рисунков, изображений, подробных описаний или любой другой графической или текстовой информации 3D-художник создает трехмерное изображение. В специальной программе эту модель можно рассматривать со всех сторон (сверху, снизу, сбоку и т. Д.), Ее можно построить на любой плоскости и в любых условиях. Трехмерная графика может быть любой сложности:

• позволяет создать простую трехмерную модель, с низкой детализацией и упрощенной формы;
• или более сложная модель с мельчайшими деталями, фактурой и профессиональными техниками (тени, отражения, преломление и т. Д.).

Конечно, это серьезно влияет на стоимость готовой 3D модели; однако это позволяет расширить использование трехмерной модели.

Использование трехмерной графики

В настоящее время трехмерное моделирование (трехмерная графика) используется во многих областях.

1. В первую очередь, это девелопмент. Это может быть макет будущего дома (как частного, так и квартирного) или офисного здания, или вообще любого промышленного объекта. Кроме того, визуализация активно используется в дизайн-проектах интерьеров.
2. 3D-модели очень популярны при разработке веб-сайтов . Для создания спецэффекта некоторые разработчики сайтов добавляют в дизайн сайта не только графические элементы, но и трехмерные модели (или даже анимацию).
3. Трехмерные программы и технологии моделирования широко используются в production , например, при производстве мебели из ДСП и в строительстве, например, для создания фотореалистичного дизайн-проекта будущего помещения. Многие дизайнеры больше не используют линейку и карандаш и предпочитают современные программы для 3D-моделирования.
4. Постепенно новые технологии изучают другие компании, особенно производственные и торговые компании.

Конечно, трехмерные модели в основном используются в демонстрационных целях. Они незаменимы на презентациях, выставках, используются при работе с клиентами для демонстрации конечного результата. Кроме того, нужны техники 3D-моделирования, чтобы показать в объеме уже готовые объекты или объекты, которые существовали очень давно. 3D моделирование — это не только будущее, но также прошлое и настоящее.

Преимущества трехмерного моделирования

Трехмерное моделирование имеет множество преимуществ перед другими методами построения изображений. Трехмерное моделирование позволяет получить очень точную модель, максимально приближенную к реальности. Современные компьютерные программы помогают достичь высокого уровня детализации объекта. И визуализация проекта значительно увеличивается. Изобразить трехмерный объект в двухмерной плоскости достаточно сложно, а трехмерная визуализация допускает дальнейшую проработку и, что самое главное, позволяет рассмотреть все детали.Это более естественный способ визуализации.

В 3D модель легко вносить практически любые изменения. Вы можете изменить проект, удалить некоторые детали и добавить новые. Ваша фантазия практически безгранична, и вы сможете быстро выбрать ту версию, которая вам больше всего подходит.

Однако трехмерное моделирование удобно не только заказчику. Профессиональные программы предлагают производителю множество преимуществ. Вы можете легко выбрать чертеж некоторых компонентов или всей конструкции из трехмерной модели.Несмотря на то, что создание 3D-модели — довольно трудоемкий процесс, работать с ними в будущем намного проще и удобнее, чем с традиционными чертежами. В результате время, затрачиваемое на процесс проектирования, и затраты значительно снижаются.

Специальные программы позволяют интегрировать любое другое профессиональное программное обеспечение, например, приложения для инженерных расчетов, приложения для машин или бухгалтерские программы. Внедрение подобных решений в производство дает существенную экономию ресурсов, значительно расширяет возможности предприятия, упрощает работу и повышает ее качество.

Что делать, если вам нужна трехмерная модель, но нет возможности купить и изучить профессиональную программу для 3D-моделирования. Тогда лучше обратиться в компанию, предоставляющую услуги по трехмерному моделированию. 3D-Ace Studio — проверенный временем и надежный партнер по 3D-моделированию для клиентов со всего мира.

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Существует большое количество различных программ для 3D-моделирования.

• Например, одной из самых популярных программ, специально разработанных для создания трехмерной графики и дизайна интерьера, является 3D Studio Max (3ds Max).Позволяет реалистично визуализировать объекты разной сложности. Кроме того, 3ds Max позволяет группировать объекты, задавать траекторию движения и в конечном итоге создавать полноценное видео с трехмерными моделями. Однако такая работа требует высококвалифицированных специалистов, а также больших ресурсов компьютера, особенно объема и скорости памяти.
• Еще одна широко используемая программа — AutoCAD. Он также используется для 3D-моделирования и визуализации, а также для профессионального архитектурного проектирования; он постоянно пополняется новыми функциями.Довольно большое количество программ может быть интегрировано с базовым ядром AutoCAD. Например, приложение для визуализации в таких областях, как вентиляция, трубопроводы, электротехника и так далее. Если дизайнеры и аниматоры предпочитают 3ds Max, AutoCAD в основном используется профессиональными архитекторами для реализации сложных проектов.
• Кроме того, существует узкоспециализированная программа для проектирования мебели из ДСП — Basis Mebel.
• Программное обеспечение Arkon используется архитекторами и дизайнерами для создания проектов дизайна интерьера, а также архитектурных концепций будущих зданий.
• GeoniCS — линейка профессиональных программных продуктов для профессионалов в области геодезии и геологии.
• Дизайнеры мебели активно используют программу K3 Furniture для создания дизайна кухни.
• Программа «Наш сад» помогает людям создавать ландшафтный дизайн.

Программы для 3D моделирования востребованы во многих отраслях, постоянно выпускаются новые версии и продукты. Это еще раз подтверждает тот факт, что трехмерное моделирование является наиболее современным и эффективным методом визуализации.

Свяжитесь с нами, чтобы получить дополнительную информацию об услугах 3D-моделирования, предоставляемых нашей командой.

Трехмерная визуализация вычислений для алгоритмов рендеринга компьютерной графики

Визуализация трехмерных вычислений для алгоритмов рендеринга компьютерной графики Трехмерная визуализация вычислений для Алгоритмы рендеринга компьютерной графики

Дэвид А. Голдман

Ричард Р. Эккерт

Максин С.Коэн

Государственный университет Нью-Йорка в Бингемтоне

РЕФЕРАТ

Визуализация вычислений или анимация алгоритмов становится все более популярный и эффективный способ обучения, отладки и анализа алгоритмы. За последние десять лет многие системы алгоритмов анимации был произведен. Предлагается новый подход и структура для визуализации трехмерные алгоритмы или вычисления.Реализовано на прототипе система анимации алгоритма, разрабатываемая здесь, эта структура, названная вид с векторным управлением, обеспечивает информативную визуализацию трехмерных вычисление, эффективно преодолевая проблемы трехмерной навигации по сценам. Создание этого фреймворка было мотивировано желанием создавать визуализации. постоянно растущего и сложного набора алгоритмов рендеринга. в области компьютерной графики. Чтобы показать потенциал этого фреймворка, создана динамическая визуализация рекурсивной программы трассировки лучей здесь.Краткое описание используемой системы анимации алгоритма также представлен. В будущем есть надежда, что эта работа может быть использована для анимации большого количества программ, даже выходящих за рамки компьютера графические алгоритмы.

Ключевые слова и фразы: алгоритм анимации, программа визуализация, визуализация вычислений, моделирование, трехмерное, алгоритмы рендеринга, трассировка лучей, навигация по сценам, образование в области информатики.

1. ВВЕДЕНИЕ

В данной статье представлены техники визуализации и анимация алгоритмов рендеринга трехмерной графики.В частности, метод визуализации трехмерных вычислений в целом будет быть данным. Эту работу также можно использовать для повышения эффективности анимации. простых двумерных вычислений или имеют приложения в определенных областях визуализация научных данных. Однако здесь не об этом. К проиллюстрировать полезность представленных методов, рекурсивный луч трассировка анимирована с использованием прототипной системы анимации алгоритма включение этих новых методов.Результирующая анимация, будучи ценный инструмент сам по себе, наиболее важен тем, что показывает потенциал этого подхода к визуализации трехмерных вычислений. Ну наконец то, поскольку методы, разработанные здесь для анимации алгоритмов трехмерного рендеринга (и 3-D вычисления в целом) представляют собой надмножество методов, используемых для анимации многие другие типы алгоритмов, есть надежда, что эта работа может быть включена в существующие системы общего назначения, делая их более гибкими и надежными алгоритм анимационных платформ.

За последние десять лет анимация алгоритмов доказала свою эффективность. быть очень полезным инструментом как для преподавателей, так и для исследователей. Его способность быстро и эффективно передавать подробную информацию об алгоритмах демонстрировалась бесчисленное количество раз. Марк Браун и Роберт Седжвик новаторская система BALSA [10], созданная более десяти лет назад, все еще используется Cегодня. С момента его появления в этой области было сделано много успехов. приводя к другим хорошо известным системам, таким как AACE, ALADDIN, POLKA и Zeus.[15, 18, 28, 6] Все эти системы стремятся использовать возможности интерактивные мультимедийные и динамические графические дисплеи высокого разрешения для проиллюстрировать и проанализировать, как работают определенные алгоритмы. Они достигают эта цель, сначала абстрагируя фундаментальные операции, происходящие в алгоритм, а затем путем символического представления этих операций (через аудио или видео) в виде динамической интерактивной презентации. [25] Это, по сути, это основная предпосылка, на которой основана анимация алгоритма.

Здесь мы были заинтересованы в применении этой технологии для визуализировать алгоритмы трехмерного рендеринга. В частности, эффективный способ быстрого изучения и понимания внутренней работы требовалось использовать все более обширный и сложный набор алгоритмов рендеринга. К сожалению, из множества доступных в настоящее время систем ни одна не работала нормально. подходит для анимации этого подмножества алгоритмов. Как будет показано ниже, этот набор алгоритмов требует уникальных функций от анимации алгоритма система.Неадекватность существующих систем частично связана с тем, что это исследование в области визуализации трехмерных вычислений (или алгоритмы) в целом все еще находятся в зачаточном состоянии. Препятствия, такие как трехмерные навигация по сценам, которые еще не были преодолены в предыдущей работе.

Здесь предлагаются методы, предназначенные для решения некоторых из эти проблемы и создать среду, лучше оборудованную для оживления сложных алгоритмы рендеринга. Наиболее важным здесь будет введение новый тип рамки просмотра, который эффективно иллюстрирует трехмерное вычисление путем преодоления внутренней проблемы трехмерной сцены навигация.Эта структура, именуемая здесь Vector-guided view, может в конечном итоге оказаться полезным при анимации большого количества трехмерных и двумерных вычислений. даже вне контекста алгоритмов компьютерной графики. А пока, методы, разработанные здесь, будут представлены в контексте анимации алгоритм рекурсивной трассировки лучей на прототипе алгоритма анимации система, называемая 3D-AAPE ( 3 — D -мерная графика A алгоритм A Нимация P программирование E среда).Эта система в настоящее время разрабатывается здесь, в Лаборатория взаимодействия человека и компьютера в этом университете.

Мотивация: Ценность этого вида исследований к компьютерной графике безошибочно и, надеюсь, окажет большое влияние о том, как отлаживаются, анализируются и обучаются графические алгоритмы. Ли вы преподаете в бакалавриате курсы по основным методам рендеринга или Будучи новатором в этой области, визуализация программ может быть бесценным инструмент.Как настойчиво заявляет Стаско: «Анимированные визуализации помогают исследователям и разработчики отлаживают программы и исследуют новые варианты существующих алгоритмов. Графические представления программы иллюстрируют поведение и характеристики не было очевидным во время его первоначального проектирования. Следовательно, они продвигают открытие альтернативных решений проблем »[25]. С этой и другими целями в разум, новый подход к визуализации трехмерных вычислений будет теперь подведем итоги. В следующих разделах сначала описывается проблема. контекст, а затем определите построенную концептуальную модель.После этого Будет дано краткое обсуждение реализации и будущей работы.



2. ПРОБЛЕМЫ

Наиболее существенные проблемы, возникающие при создании анимации алгоритма рендеринга — это проблемы, присущие большинству трехмерных расчетные визуализации. Символическое представление трехмерного вычисление (например, проецирование вектора в трехмерную сцену) обычно требует самого трехмерного представления.Если вычисление включает куб или сферу, символически представляя эти объекты как квадрат или круг могут (в лучшем случае) отрицательно сказаться на эффективности визуализация. Однако отображение информации в трехмерных позах заслуживающие внимания проблемы. Эти проблемы проистекают из очевидного факта, что когда проецирование трехмерной информации на двумерную плоскость обзора (например, экран компьютера) информация теряется. В случае вычисления визуализации, эти потери можно разделить на три группы:

1. Ограниченное восприятие движения — В зависимости от точки зрения пользователя и природы трехмерных объектов, это может быть сложно (если не невозможно) видеть объекты, движущиеся к пользователю или от него (е.грамм. объекты, расположение или изменение атрибута которых параллельны глазу вектор для сцены).
2. Интерференция трехмерных объектов — Объект может оставаться частично или полностью скрыты в сцене из-за других объектов (или частей объектов) расположен «перед ним».
3. Неадекватность масштаба обзора — Если пользователь находится на точках обзора слишком близко или слишком далеко от представления трехмерной сцены, важная информация (объекты) могут лежать за пределами усеченной пирамиды или быть настолько маленькими, что они остаются незамеченными пользователем.

Проблемы первой категории могут стать еще более очевидными при отображении объектов, которые являются абстракциями от алгоритма, а чем модели предметов из реального мира. Визуализация абстрактных объектов, например векторов и отрезки линий, которые не имеют естественной толщины, требуют немного другого соображения. Кроме того, субъективный характер всех трех категорий имеет тенденцию еще больше затуманивать некоторые из этих проблем. В большинстве ситуаций там редко бывает единственным магическим числом или «идеальным» параметром, который дает лучшие результаты.Наконец, необходимо помнить, что цель состоит в том, чтобы доступна точная визуализация динамического процесса (т.е. алгоритма) при минимальных затратах для пользователя. На первый взгляд это может показаться разумным просто добавить пользовательские элементы управления, которые изменяют параметры просмотра сцены и позволить пользователю просматривать данные (или вычисления) из любых и всех возможных точки зрения. Хотя этот подход на самом деле может хорошо подходить для просмотра большие объемы статической информации, когда эта информация становится динамической, как и в случае алгоритмических вычислений, это становится непрактичным.В этом тип ситуации, пользователь должен будет искать подходящий точку обзора каждый раз, когда сцена менялась по мере выполнения алгоритма. Этот занимает много времени и обречено на провал, так как пользователь может быть не в состоянии для определения подходящей точки зрения по тем же трем причинам, перечисленным выше. Или, что еще хуже, пользователь может найти точку зрения, в которую он или она «верит». уместно и случайно упускает другую важную информацию. Кроме того, простого манипулирования точкой обзора может быть недостаточно для решения всех трех категории проблем.Например, можно исправить одну категорию. и три, но все еще есть объекты, закрывающие обзор пользователя. Таким образом, мы остались с трудностями, для которых самые очевидные решения бесполезны.

Связанные работы: Недавно трехмерный алгоритм Анимация наконец-то начала привлекать внимание и исследовать. Марк Браун и Марк Наджорк из Digital Equipment Corporation использовали 3-D интерактив. графики в их системе Zeus для повышения эффективности алгоритмов которые не являются трехмерными по своей природе.Они используют это дополнительное измерение для представления дополнительной информации об алгоритме, такой как «захват история двухмерного изображения ». Хотя работы, представленные в этом бумага имеет здесь определенные приложения, это не ее основная цель. С участием Что касается навигации по сцене, Браун и Наджорк используют интерактивный подход, изменение точки обзора с помощью мыши. Один интересный вариант вот возможность «указать импульс», с помощью которого трехмерная сцена постоянно вращается.[9]

Другие заслуживающие внимания исследователи в этой области, Джон Стаско и Джозеф Верли из Центра графики, визуализации и удобства использования в Технологический институт Джорджии также сосредоточился на схожих типах визуализации. как имеющие дело с визуализацией алгоритмов, которые по своей сути трехмерны. Они создали очень впечатляющую систему анимации с двумерным алгоритмом, названную ПОЛКА (Параллельная программно-ориентированная объектно-ориентированная анимация с низким ключом), которая опирается на опыт, полученный с их предыдущей системой TANGO (Transition-Based Генерация анимации).[28] Комбинирование методов на основе путей с методами на основе кадров методы анимации часов, в систему интегрированы примитивы атомарной анимации чтобы визуализировать параллельные действия, происходящие в алгоритмах. Их более поздняя работа расширяет систему до трехмерной анимации, добавляя объекты графического инструментария, такие как прямоугольники и круги с их 3-D аналоги, кубики и шары. Однако они тоже все еще работают над облегчить некоторые проблемы, связанные с трехмерной навигацией по сцене.

«При работе с визуализацией трехмерных вычислений мы обнаружили, что одной из самых сложных проблем является управление навигацией, позволяя зрителю настроить изображение, чтобы осветить особенно информативный ракурс или проекция. Во время анимации зритель обычно хочет изменить свое мнение, чтобы изучить различные аспекты презентации. Мы использовали как циферблаты, так и полосы прокрутки для поддержки управления навигацией, но мы были недовольны каждым.Другая возможность — предварительно запрограммировать конкретная последовательность просмотра «пролета», которая может быть эффективной для презентации вычисление. Однако мы опасаемся потери интерактивности ». [26]

1. ВЕКТОРНЫЙ ВИД — КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ

Присуща многим алгоритмам, содержащим трехмерные вычисления (особенно алгоритмы рендеринга) — это использование векторов. Ли вычисление движения частиц, определение нормалей к поверхностям или съемка лучей в трехмерную сцену, векторные манипуляции — частые и важные задача, которую должны выполнять многие алгоритмы.К сожалению, мысленно представляя или представить себе трехмерные векторы и то, как они взаимодействуют, непросто Работа. Вид с векторным управлением, чтобы помочь ей, отслеживая (а иногда и графическое отображение) векторов, которые вычисляет алгоритм. Этот view отображает эти векторы в контексте графического представления данных алгоритма. В анимации трассировщика лучей здесь это context — это каркасный вид визуализируемой сцены. Например, в алгоритме трассировки лучей вид с векторным управлением показывает, как луч проецируется на сцену, а затем как она отражается или преломляется непрозрачным или прозрачные объекты в сцене.К сожалению, поскольку лучи отражаются во многих разных направлениях в разное время, одна неподвижная точка обзора будет очень ограничивать и даже скроет некоторые векторные операции. Для например, если отображается вектор, указывающий прямо на пользователя с текущей точки обзора все, что видит пользователь, — это одна точка. В этом случае это было бы лучше, чтобы зритель плавно переместился на новое место в сцену, позволяющую ему или ей более четко видеть новый вектор, существующий отображается.Как ясно видно, этот алгоритм иллюстрирует все проблемы. изложено в предыдущем разделе. Имея это в виду, мы теперь дополнительно определяем наш метод решения.

Представленная здесь структура пытается решить проблему. трехмерной навигации сцены для большого разнообразия трехмерных визуализации. Как упоминалось ранее, наши первоначальные эксперименты с ним фокусируются на по анимации алгоритма 3-D рендеринга, рекурсивной трассировки лучей. Этот алгоритм был выбран по двум причинам.Во-первых, как упоминалось выше, это требует вычислений которые можно рассматривать как трехмерные по своей сути, поэтому необходимость для 3-х мерной визуализации все понятно. Во-вторых, его реализация проста. достаточно, чтобы применение модели можно было легко проиллюстрировать без ошеломляя читателя сложностями алгоритма. Перед моделью действительно определен, сначала полезно понять некоторые терминология, используемая здесь. В частности, необходимо обсудить концепцию «идеальной точки зрения».

По ее использованию, идеальная точка обзора — это место в трехмерной визуализации, где вся важная информация можно ясно увидеть. Вот где пользователь получит лучшую перспективу, или вид трехмерной визуализации и поэтому является наиболее желаемое место для просмотра трехмерных данных. Сама природа это определение делает его очень субъективным термином, поскольку выбор теперь требует нужно сделать о том, где находится важная информация в сцене.Информация один человек считает важным, может показаться тривиальным для другого. Действительно, есть очень мало абсолютно правильных или неправильных ответов. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, даже если можно будет сделать выводы о том, где находится важная информация, это, опять же, неточная наука, чтобы вывести, где существует идеальная точка зрения так что всю эту важную информацию легко увидеть . Для По этим причинам необходимо доверить формулировку идеальной точки зрения. разработчику алгоритма анимации в надежде, что разумные (хотя возможно, не идеальный) выбор будет сделан.Как алгоритм анимационной системы дизайнеров, наша задача — предоставить инструменты, которые сделают этот выбор максимально простым. и максимально простой в реализации.

Вид с векторным управлением — это подход, который позволяет алгоритм-аниматор для создания динамического идеала (или, по крайней мере, почти идеального) точки зрения трехмерной вычислительной визуализации. Таким образом, как выполняется алгоритм, создается и изменяется символьное трехмерное представление динамически. Одновременно с изменением сцены пользователь плавно получает инструкции. к новым точкам зрения, где важная информация видна лучше всего.Как указано выше, эти новые точки зрения, безусловно, полезны и информативны, но могут не быть абсолютно идеальным. По этой причине не рекомендуется, чтобы пользовательские элементы управления чтобы полностью отказаться от точки обзора сцены. Можно считать эти точка зрения как отправная точка «наилучшего предположения» для просмотра визуализации вычислений. Создание этого типа представления в основном состоит из четырех шагов.

Четырехэтапная методология просмотра с векторным управлением:

1. Абстрактные векторы — Извлечь последовательность векторов V _i таким образом, что i является индексом _{извлеченного вектора (косвенно или напрямую) из анимированного или визуализируемого алгоритма.В случае трассировщика лучей, извлеченные векторы являются векторами, которые были вычислены напрямую в рамках алгоритма. Однако это не является обязательным требованием для векторного управления. просмотреть визуализацию в целом. Во многих случаях возможно искусственное (или синтетически) абстрактные векторы из алгоритма. Например, Визуализация сетевого протокола может включать пять узлов (например). Если этим пяти узлам искусственно назначены вертикальные временные шкалы в 3-D пространство, связь между узлами может быть представлена ​​(или визуализирована) с использованием векторы, которые соединяют временные рамки различных узлов (см.рис.1). Обратите внимание, мы использование векторов как техники визуализации, несмотря на то, что нигде в алгоритме эти векторы вычисляются напрямую. Хотя полученная визуализация носит несколько синтетический характер, но все же может быть довольно полезно. [5] Также следует отметить, что нет никаких требований чтобы абстрактные векторы отображались в визуализации. По факту, в определенных ситуациях может оказаться полезным использовать эти векторы для единственная цель получения точек обзора, так как отображение векторов в определенных чехлы могут только запутать или загромождать дисплей.}






2. Определить ограничения — Определить последовательность из одного или несколько ограничений, C _j , (с использованием одного или нескольких из V _i ) по точкам обзора, которые будут рассчитаны. Опять же, в символическом просмотр операций рекурсивного трассировщика лучей, одно возможное ограничение может указать, что текущая точка обзора, E _k , всегда будет ортогональной как к текущему проецируемому лучу, V _k , так и к пересекаемой поверхности вектор нормали и / или отраженный луч, V _{k + n} (где k + n — индекс вектора, порожденного отражением V _k от объекта).Фактически это, с дополнительным ограничением, которое текущая точка зрения никогда не отличаются более чем на 90 градусов от вектора вверх сцены, если бы два ограничения, используемые здесь для анимации визуализации трассировщика лучей. Второй добавлено ограничение, чтобы сцена никогда не просматривалась снизу, поскольку это могло дезориентировать зрителя. Еще одно ограничение указано, что полная длина текущего проецируемого луча должна быть полностью видимым в окне дисплея.Это, в большинстве случаев, просто требуется увеличение / уменьшение расстояния просмотра (или «уменьшение» / «увеличение») in «), чтобы вектор не был обрезан объемом просмотра. Пока все эти конкретные ограничения требуют только информации, полученной от двух или не более трех векторов, можно получить точки обзора, которые зависят от на значительно большем количестве векторов.


3. Вывести точки обзора — Вывести и сохранить последовательность вычисленных точек обзора (или точки зрения), E _k , (так что для каждого E _k , все C _j справедливо для всех V _i ), чтобы их можно было пересечь или используется в любом порядке.Кроме того, сохраните все связанные векторы, V _i , так что они могут быть отображены при желании. Обратите внимание, в некоторых случаях даже со всеми заданными ограничениями, несколько вариантов для одного E _k может все еще существовать. В этих случаях используется эвристика (это можно подумать дополнительного предопределенного ограничения), который выбирает E _k что ближе всего к предыдущему E _k в последовательности. Это служит по возможности исключить большие повороты сцены визуализации что может стать «головокружительным» для зрителя.Минимизация этих больших во многих случаях вращения также могут быть выполнены просто осторожным формулировка ограничений. В случаях, когда несколько производных точек зрения для одного E _k сильно конфликтуют (например, отличаются более чем на 90 градусов), мы рассматриваем возможность создания дополнительных векторных изображений. просмотров и, таким образом, одновременно представляют сцену с этих разных точек зрения.


4. Определить дополнительные параметры перевода — Определить дополнительные параметры (или ограничения), которые будут способствовать желаемому типу автоматического сглаживания переход между расчетными точками обзора.Преимущества инкрементального отображение по сравнению с дискретными представлениями, утверждали многие исследователи. Для по этой причине возможность обеспечить плавные переходы между точками обзора было сочтено важной функцией, которая должна быть включена в эту модель. Исходный в экспериментах с фреймворком использовались простые линейные переходы из одна точка зрения на другую. Однако может оказаться полезным изменить другие параметры точки обзора (например, камера или точка взгляда) на разных скоростях.Например, более быстрое увеличение или уменьшение масштаба в начале перехода. (до того, как угол обзора был значительно изменен), возможно, может дать некоторая выгода. На самом деле может быть несколько функций (экспонента, сплайн, или другие), которые дают особенно приятные переходы. Однако это зависит по алгоритму анимации и, скорее всего, требует исследования область человеческого восприятия, которая выходит за рамки данной статьи. В любом случае мы предлагаем возможность точно указать, как желает, чтобы произошел переход.После установки этих параметров система считает текущую скорость анимации и вычисляет необходимое число кадров, необходимых для создания плавного перехода.

Прозрачность: Последней функцией, добавленной в эту структуру, была использование прозрачности. Это было добавлено для уменьшения конфликтов при попытке для облегчения всех трех категорий описанных проблем трехмерной визуализации в Разделе 2. Конфликты возникают, например, при попытке уменьшить условия один и три (ограниченное восприятие движения и несоответствие масштаба обзора).Если эти условия уменьшаются (например, путем размещения зрителя ортогонально перемещаться по сцене и на соответствующем расстоянии просмотра), это все еще возможно для задач второй категории (интерференция трехмерных объектов) возникать. Фактически, у нас может быть хорошая точка зрения, за исключением того, что другие 3-D объекты или части объектов по-прежнему скрывают важную информацию в сцена. В этом случае мешающие объекты составляют частично прозрачны, чтобы дать четкое представление о том, что происходит за ними, пока все еще указывая на их присутствие в сцене или вычислении.Эта особенность достигается путем назначения и поддержания приоритетов для всех присутствующих объектов в визуализации. Более высокий приоритет указывает, что объект не должен быть прозрачным. Эти приоритеты могут поддерживаться явно или автоматически. системой. В настоящее время автоматическое обслуживание достигается за счет сохранения отслеживать, с какими объектами взаимодействуют или связаны текущие векторы с (т. е. касание или указание на движение). Затем у этих объектов есть свои приоритет повышен выше заранее определенного порога.Все предметы, заслоняющие текущая векторная операция и имеющая приоритет ниже порогового значения затем сделали частично прозрачным. Этот сценарий хорошо работал в предварительном тестовые примеры, в которых участвовали только простые выпуклые объекты. Однако проблемы произойдет, когда объекты в сцене станут более сложными и содержат вогнутости. В этих случаях, когда вогнутости объекта скрывают важная информация, мы планируем сделать часть всего данного объекта частично прозрачный.

1. ВНЕДРЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ

Описанная выше структура была реализована поверх здесь разрабатывается прототип алгоритма анимационной системы. Этот прототип система была написана на C и создана для работы под версией Microsoft Windows TM 3.1 и выше, совместимые с IBM PC. Эта конкретная платформа была выбрана в первую очередь из-за невысокой стоимости и знакомого пользовательского интерфейса. В настоящее время 486/66 DX с 8 МБ ОЗУ и графикой локальной шины более чем достаточно для поддержки система с разумной скоростью анимации.Подобно пользовательскому интерфейсу AACE, Элементы управления типом магнитофона являются основным пользовательским интерфейсом для системы. Было сочтено, что это предлагает знакомый, но гибкий способ управления анимации. Система поддерживает выполнение алгоритма в прямом или обратном направлении. (режим отката) за счет использования временных файлов журнала событий. Это прежде всего система, основанная на событиях, похожая, но не идентичная таким системам, как BALSA [3]. Создать систему, специально предназначенную для визуализации компьютерной графики. алгоритмы рендеринга были нашей первоначальной целью.Однако после дополнительных рассмотрение, его использование в качестве системы анимации алгоритма общего назначения сейчас также изучается. Полное описание и спецификация системы и ее уникальности слишком длинны, чтобы включать их здесь, но это Мы надеемся, что информация будет доступна в будущих публикациях. Для А теперь еще несколько кратких моментов.

Помимо отображения вида с векторным управлением, система также может поддерживать несколько других представлений, включая текстовые и фактические. взгляды.В созданной здесь анимации трассировки лучей текстовое представление используется для отображать исходный код и выделять строки по мере их выполнения. Актуальный view поддерживает любой вывод, который алгоритм записывает на экран или графический дисплей. Это представление было построено для отображения любых графических вызовов (поместив пиксели, линии рисования и т.д.), выполненные в рамках алгоритма. Кроме того, view поддерживает интеллектуальную функцию бесконечной отмены, чтобы разрешить откат или обратное выполнение программы.В отличие от некоторых программ рисования, эта отмена функция заменяет только те пиксели, которые были изменены указанной графикой вызывает и не требует перерисовки всего представления. Эта особенность был необходим для обеспечения возможности обратного выполнения на разумных скоростях.

Все ограничения и параметры для векторного просмотра были указаны и закодированы на C, хотя это скоро изменится. Визуальный программирование этих ограничений в настоящее время исследуется.Входные векторы, необходимые для представления, собираются или передаются в система через векторных событий просмотра прозрачно задана в исходный код алгоритма. Также необходимо, чтобы новые точки зрения были сформулированы заранее, чтобы можно было запланировать плавные переходы и инициируется перед отображением следующей идеальной точки обзора. Кроме того, некоторые ограничения могут потребовать знания абстрактных векторов, которые будут следовать те, которые в настоящее время обрабатываются.По этим причинам необходимо для внутреннего запуска алгоритма перед отображаемой анимацией. Этот тип выполнения с прогнозированием совершенно не воспринимается пользователем. просмотр анимации.

События векторного просмотра, которые можно рассматривать как записи, отправленные в векторно-управляемое представление во время выполнения алгоритма и используемые для анимации трассировщика лучей, были разделены на пять категорий:

1. События Eye-ray — Одно из этих событий передается векторный вид каждый раз, когда вычисляется и проецируется новый луч (вектор) из точки зрения в трехмерную сцену (через плоскость обзора).Это содержит или хранит нормализованное значение этого луча (вектора).
2. События точки пересечения — Одно из этих событий дается виду, когда найдена ближайшая точка пересечения луча (т.е. луч попадает в объект на сцене). Он хранит местоположение (в 3-мерное пространство) пересечения.
3. События вектора нормали — Это событие информирует представление что нормаль к поверхности только что была вычислена.Он хранит нормализованные значение этой нормали к поверхности.
4. События отраженного или прозрачного луча — Эти события указывает, что проецируется луч (вектор) отражения или прозрачности от объекта в сцене. Это происходит, если объект отражающий или прозрачный. Он хранит нормализованное значение этого луча (вектора).
5. Backtrack events — Эти события указывают, когда проецируемый луч не пересекал никакие объекты в сцене, поэтому один уровень рекурсии окончен.Они не хранят трехмерную или векторную информацию.


На следующей диаграмме (рис. 3) показаны эти события. генерируются алгоритмом и принимаются системой.

Одна из целей этой визуализации с трассировщиком лучей — объяснить как эффекты, такие как отражение и прозрачность, создаются в трассировке лучей сцена. Результаты векторного просмотра здесь можно резюмировать как следует. Начальная точка обзора указывается так, чтобы она совпадала с визуализированной положение камеры сцены.Таким образом, сначала мы видим каркасный вид сцена в точности так, как она должна быть визуализирована. Затем луч проецируется из камера сцены или положение глаз. Это изображено в векторном рассматривать как сегмент линии, медленно растущий (удлиняющийся) из сцены просматривать плоскость в реальной трехмерной сцене. Одновременно с этой проекцией, вид с векторным управлением автоматически поворачивается и уменьшается, так что можно более отчетливо увидеть эту проекцию (или рост отрезка линии).Если происходит пересечение и необходимо проецировать дополнительные лучи, они представлены аналогичным образом, и вращение представления продолжается по порядку чтобы дать лучшие перспективы. По мере снижения уровней рекурсии их связанные проекции векторов постепенно сворачиваются, и последовательность идеальных точек обзора пересекается в обратном направлении к исходному каркасу соперничает. Дополнительно нормали поверхности (при вычислении) отображаются красным цветом, векторы отражения белые, а прозрачные векторы представлены в зеленый.Конечно, все проекции и дисплеи синхронизированы. Например, только когда в исходном коде показан вычисляемый вектор, тогда фактически символически отображается в окне просмотра с векторным управлением.

Была написана фактическая визуализируемая программа трассировки лучей. Цитата из статьи Романа Кучкуда [16]. Он только был изменен писать пиксели на экран (а не в файл).

Рис. 4. Экран прототипа 3D-AAPE.

Анимация простого трассировщика лучей показана выше. В фактическое представление о том, что отобразил бы алгоритм, если бы он выполнялся вне система показана вверху слева. Справа вверху находится вектор с векторной ориентацией. вид, показывающий, как луч глаза отражается от задней панели в сцене. Внизу текущий раздел исходного кода, который только что был выполнен. отображается.

6. ВЫВОДЫ И БУДУЩАЯ РАБОТА

Системы анимации алгоритмов достигли значительного прогресса за последние десять лет.Переход от простого двухмерного черного и белая графика отображает высокопроизводительную трехмерную цветную анимацию, поле значительно повзрослело. Однако с этими новыми достижениями приходят новые трудности. Проблема навигации по трехмерной сцене одна из таких трудностей. Вид с векторным управлением — одно из возможных решений к этой проблеме, позволяя перемещаться по трехмерной анимации автоматически. Кроме того, последовательная основанная на событиях структура Прототип 3D-AAPE должен позволять легко добавлять новые типы представлений.

Алгоритмы рендеринга трехмерной графики — это один подмножество сложных программ, которые, к сожалению, не были предоставлены большое внимание уделяется анимации алгоритмов или визуализации вычислений. Мы надеемся, что прототип 3D-AAPE и вид с векторным управлением изменят эту ситуацию. предоставляя средства, с помощью которых можно успешно оживить эту категорию алгоритмы.

Будущие работы: Обновление прототипа системы до полноценная система анимации алгоритмов, реализующая некоторые дополнительные функции, не упомянутый здесь ранее, имеет наивысший приоритет.Это включает в себя добавление в систему таких функций, как препроцессор и визуальное программирование набор инструментов. Преимущества реализации частей системы на C ++ скорее чем C. По завершении следующей версии Затем система будет использоваться для создания разнообразной анимации для графики алгоритмы, отличные от трассировки лучей. Также появились новые виды трехмерных взгляды будут изучены.

После того, как мы использовали систему для анимации большего количества алгоритмов рендеринга, есть надежда, что фреймворк может быть расширен и оказаться полезным при анимации других типов алгоритмов.Расширения, позволяющие для моделирования параллельных вычислений также возможны. В конечной целью будет создание универсальной системы, хорошо подходящей для анимировать большое количество разнообразных алгоритмов. Несомненно система такие как это могут помочь как исследователям, так и преподавателям, будучи полезными как бот как инструмент для отладки и анализа, а также как инструмент для обучения.

ССЫЛКИ

1. Бэкер, Рональд М., «Обзор приложения для визуализации программ», Компьютер Графика , июль 1986 г.,
2. Бентли, Джон Л. и Керниган, Брейн У., «Система алгоритмов Анимация, Computing Systems , Winter, 1991, стр. 5-30.
3. Браун, Марк Х., Algorithm Animation , MIT Press, Cambridge, Массачусетс, 1988.
4. Браун, Марк Х., «Исследование алгоритмов с помощью Balsa-II», IEEE Computer , май 1988 г., стр.14-36.
5. Браун, Марк Х., «Перспективы анимации алгоритмов», конференция Труды CHI’88: Человеческий фактор в вычислительных системах , 1988, стр. 33-38.
6. Браун, Марк Х., «Зевс: система анимации алгоритмов и Multi-View Editing, 1999 IEEE Workshop on Visual Languages ​​, октябрь, 1991, стр. 4-9.
7. Браун, Марк Х., «Анимация геометрических алгоритмов: видео» Ревью, « 1992 ACM Симпозиум по вычислительной геометрии , 1992.
8. Браун, Марк Х. и Хершбергер, Джон, «Цвет и звук в Algorithm Animation, IEEE Computer , декабрь 1992 г., стр. 52-63.
9. Браун, Марк Х. и Наджорк, Марк А., «Анимация алгоритмов». Использование трехмерной интерактивной графики « Труды UIST’93 , ноябрь, 1993, с. 93-100.
10. Браун, Марк Х. и Седжвик, Роберт, «Система алгоритмов Анимация, Труды SIGGRAPH’84 (ACM Computer Graphics) , Июль 1984 г., стр.177-186.
11. Браун, Марк Х. и Седжвик, Роберт, «Методы алгоритмов Анимация », Программное обеспечение IEEE , январь 1985 г., стр. 28–39.
12. Кормен, Томас Х., Лейзерсон, Чарльз Э. и Ривест, Рональд L., Введение в алгоритмы , MIT Press, Кембридж, Массачусетс, 1990.
13. Кокс, Кеннет С. и Роман, Груя-Каталин, «Абстракция в Algorithm Animation, 1992 IEEE Workshop on Visual Language , сентябрь, 1992, стр.18-24.
14. Фоли, Джеймс, Ван Дам, Андрис, Фейнер, Стивен и Хьюз, John, Computer Graphics: Principle and Practice, 2 ^nd Edition , Эддисон Уэсли, 1991.
15. Глор, Питер А., «AACE — Анимация алгоритмов для компьютеров». Естественное образование », Труды семинара IEEE по визуальным языкам, ’92 , октябрь 1992 г., стр. 25–31.
16. Кучкуда, Роман, «Введение в трассировку лучей», Теорет. Основы компьютерной графики и САПР / Под ред.Р.А. Эрншоу, Спрингер-Верлаг, Берлин, 1988, стр. 1039-1060.
17. Дуйсберг, Роберт А. «Визуальное программирование визуализаций программ. — Жестовой интерфейс для алгоритмов анимации, IEEE Computer Society Семинар по визуальным языкам , август 1987 г., стр. 55-66.
18. Хелттула, Эса, Хирскикари, Ауликки и Райха, Кари-Йоуко, «Графическая спецификация алгоритма анимации с помощью ALADDIN», Труды 22 ^и Международной конференции по системным наукам (IEEE) , 1989, стр.892-901.
19. Хадсон, Скотт Э. и Стаско, Джон Т., «Анимационная поддержка» в наборе инструментов пользовательского интерфейса: гибкие, надежные и многократно используемые абстракции «, Поступления УИСТ’93 , ноябрь 1993 г., стр. 57-67.
20. Хирскикари, Ауликки и Райха, Кари-Джоуко, «Анимация Программы без программирования », Труды конференции по Visual Языки 1987 , август 1987.
21. Либерман, Генри, «Трехмерное представление для Выполнение программы, 19889 Семинар IEEE по визуальным языкам , октябрь, 1989, стр.111-116.
22. Мохер, Томас Г., «ОБЕСПЕЧЕНИЕ: визуализация процесса и отладка Environment, IEEE Transactions on Software Engineering , июнь 1988 г., С. 849-857.
23. Рейсс, Стивен П., «Структура для абстрактной трехмерной визуализации», IEEE / CS Симпозиум по визуальным языкам ’93 , август 1993 г., стр. 108-115.
24. Робертсон, Джордж Г., Кард, Стюарт К., и Маккинлей, Джок D., «Визуализация информации с использованием трехмерной интерактивной анимации», Communications. ACM , апрель 1993 г., стр.57-71.
25. Стаско, Джон Т., «Танго: структура и система алгоритмов». Анимация, IEEE Computer , сентябрь 1990 г., стр. 27–39.
26. Стаско, Джон Т. и Верли, Джозеф Ф. «Трехмерный Визуализация вычислений, Симпозиум IEEE / CS по визуальным языкам ’93 , Август 1993 г., стр. 100-107.
27. Стаско, Джон Т. и Кремер, Эйлин, «Визуализация Параллельные системы: обзор «, Journal of Parallel and Distributed Computing , 1983, стр.105-117.
28. Стаско, Джон Т. и Кремер, Эйлин, «Методология построения Визуализации параллельных программ для конкретных приложений »,« Journal параллельных и распределенных вычислений , 1993, стр. 258-264.

1.2 — 3D компьютерная графика

Компьютерная графика — это изображения и фильмы, созданные с помощью компьютеров. (1)

Существует два основных способа описания изображения с помощью компьютера:

• Растровая графика — описывает изображение с использованием множества маленьких цветных точек.Каждый точка называется пиксель , что является аббревиатурой от «элемента изображения». Если точки достаточно мелкие и достаточно близко друг к другу, человек не видит отдельные точки, а скорее видит «картинку».
• Векторная графика — описывает объекты как геометрические фигуры с помощью математических уравнения. Картинка создается из математических описаний через процесс под названием рендеринг . Результат рендеринга — это 2-х мерный растровое изображение.

Компьютерные инструменты были разработаны для создания и управления обоими типами компьютерная графика.Например, Adobe PhotoShop — лучший инструмент для работа с растровыми изображениями. Но создавая новые изображения, манипулируя множеством мелких цветные точки не подходят для движущихся изображений, где объекты меняются со временем. PhotoShop отлично подходит для создания одиночных изображения или «подправить» существующее изображение, но это не очень хорошо для создания кино.

Компьютерные изображения (CGI) — это приложение компьютерной графики для создавать или дополнять изображения в искусстве, печатных СМИ, видеоиграх, фильмах, телепрограммы, рекламные ролики, видеоролики и тренажеры.(2) Среднее человек, вероятно, слышал термин CGI только в отношении видеоигр и фильмы, но он имеет широкое применение во многих областях.

3D компьютерная графика — это графика, использующая трехмерное представление геометрических данных для целей выполнение расчетов и рендеринг 2D изображений. (3) Эти руководства будут помочь вам узнать, как использовать Техника трехмерной компьютерной графики для создания компьютерной графики. Или, говоря по-другому, эти уроки помогут вам создать вектор графические изображения трехмерных объектов, а затем их рендеринг в растровые изображения.Если вы можете создавать данные и алгоритмы для рендеринга растра изображения менее чем за 1/30 секунды, вы можете создать видео в реальном времени видео рендеринг, пока зритель смотрит. Большинство видеоигр основаны на на рендеринге в реальном времени . Если для создания требуется больше 1/30 секунды каждое изображение, вы всегда можете сохранить изображения и воспроизвести их в реальном времени. Большинство фильмов CGI не рендерится в реальном времени.

Итак, как векторные графические изображения объектов преобразуются в растровые? изображение? Это нетривиальный процесс, требующий нескольких шагов.Эти шаги были хорошо поняты в течение многих лет, и они должны быть выполнены в четко определенной последовательности. Эта последовательность операций называется «Графический конвейер». На заре компьютерной графики «конвейер» не было программируемым. Данные были введены в конвейер, и на выходе получился растр. изображение. Но современные графические процессоры позволяют программисту управлять определенными частями. конвейера с использованием шейдерных программ . Программа шейдера просто очень специализированный набор инструкций для управления графическими данными на критических этапах конвейерного процесса. Шейдерные программы предоставляют программист с удивительной гибкостью и творческим потенциалом, но за счет дополнительной сложности. Цель этих руководств — помочь вам понять графический конвейер и как управлять графическими данными с помощью шейдерных программ .

Графический конвейер

Процесс преобразования векторных графических изображений объектов в растровое изображение выполняется следующими шагами:

Шаг трубопровода:	Описание:	Выполнил:
	Подача данных в конвейер, включая модель вершины (x, y, z), которые определяют местоположение, нормальные векторы (dx, dy, dz), которые определить направление и данные цвета.	CPU: код JavaScript
	Переводите, масштабируйте и вращайте модели в соответствии с их желаемое местоположение и ориентация в 3D-сцене. Затем переместите все перед камерой.	CPU: код JavaScript Графический процессор : вершинный шейдер
	Спроецируйте трехмерный мир на двухмерный экран.	CPU: код JavaScript Графический процессор : вершинный шейдер
	Удалите все, что находится вне поля зрения камеры.	CPU: код JavaScript Графический процессор : вершинный шейдер
	Сопоставьте координаты 3D-объекта с пикселем координаты растрового изображения.	GPU: фиксированная функциональность
	Определите, какие пиксели покрыты каждым объектом (точка, линии или треугольника) и выбрасывать предметы, скрытые от глаз другие объекты.	GPU: фиксированная функциональность
	Определяет цвет каждого пикселя, представляющего объект.	CPU: код JavaScript GPU: фрагментный шейдер
	Добавить цвет пикселя к растровому изображению, возможно сочетание цвета с цветом, который уже присутствует в изображении.	GPU: фиксированная функциональность
	Вывести растровое изображение, одно значение цвета для каждого пиксель изображения.	GPU: фиксированная функциональность

Подробности каждого из вышеперечисленных шагов объяснены в остальная часть этих руководств.По мере того, как вы углубляетесь в подробности, вернитесь к часто обращайтесь к этому обзору, чтобы иметь в виду общую картину.

Глоссарий

компьютерная графика

снимков и фильмов создано с помощью компьютеров.

растровая графика

изображение, определяемое множеством маленьких цветных точек.

векторная графика

изображение, состоящее из геометрических фигур, определенных с помощью математических уравнений.

компьютерные изображения (CGI)

с помощью компьютеров для создания или изменения растровых изображений.

3D компьютерная графика

весь процесс создания растровых изображений из данных векторной графики.

рендерить

создать растровое изображение (картинку) из данных векторной графики.

графический конвейер

серия шагов, преобразующих описания объектов в векторной графике. в растровое изображение.

шейдерная программа

— компьютерная программа, написанная на GLSL (GL Shader Language), работающая на графическом процессоре.

вершинный шейдер

— компьютерная программа, написанная на GLSL, которая позиционирует геометрию моделей в сцене.

фрагментный шейдер

компьютерная программа, написанная на GLSL, которая назначает цвет пикселям, составляющим лицо модели.

Следующий раздел — 1.3 — Компьютерная графика — Краткая история

3D Графический дизайн: определение и принципы

Иллюстрация Лидии Лукьяновой

Трехмерный (3D) дизайн продолжает развиваться с самого начала своего появления в 1960-х годах, которым руководил Иван Сазерленд, создатель первого в мире программного обеспечения для работы с 3D под названием Sketchpad .

С развитием 3D-дизайна дизайнеры теперь могут создавать CGI-объекты или миры, делая их настолько реалистичными, насколько они хотят. В дополнение к улучшениям, внесенным в трехмерную графику, компьютерное программное обеспечение, используемое для создания этих элементов, стало более эффективным и простым в использовании.

В результате достижений в 3D-дизайне дизайнеры стали чаще, чем когда-либо, включать 3D-объекты в свою конструкторскую работу. Это включает в себя дизайн логотипа, анимацию, веб-дизайн и даже пользовательские интерфейсы, особенно с приложениями, доступными через такие предложения, как продукты XR.

В мире 3D-дизайна так много всего, что нужно понять. Итак, давайте начнем наше путешествие с изучения, что это такое и как его использовать.

Что такое 3D-дизайн?

3D-дизайн — это процесс использования программного обеспечения для компьютерного моделирования для создания объекта в трехмерном пространстве. Это означает, что самому объекту присвоены три ключевых значения, чтобы понять, где он находится в пространстве.

Чтобы лучше понять эту концепцию, давайте представим, что мы стоим в дверном проеме и смотрим в пустую и совершенно квадратную комнату.А теперь давайте поместим мяч где-нибудь в этой комнате.

Поскольку комната не плоская, а представляет собой трехмерное пространство, мяч имеет три важных значения, которые определяют, где он находится в комнате: ось x, ось y и ось z.

Визуализация p-атомных орбитальных узлов (угловых узлов или узловых плоскостей). Изображение предоставлено Adobe Stock.

Ось x указывает положение объекта по горизонтали. Чтобы лучше понять это, изобразите ярко-зеленую линию, идущую по полу от левой стены к правой стене.Место, где мяч сидит вдоль этой зеленой линии, — это значение, которое представляет отношение мяча к тому месту, где он находится на оси x. Другими словами, он позволяет узнать, насколько близко мяч расположен к левой стене по сравнению с правой стеной или наоборот.

Теперь представьте красную линию, идущую вертикально вдоль задней стены комнаты, от пола до потолка. Эта новая линия позволяет вам определить, где этот мяч расположен по оси Y, а это означает, что если бы мяч мог плавать, теперь вы могли бы сказать, где он расположен в комнате по вертикали, а также по горизонтали.

Наконец, представьте синюю линию, которая начинается там, где вы стоите у единственной двери комнаты, и продолжается до задней стены напротив вас. Эта последняя линия позволяет вам измерить положение мяча по оси Z. Определив глубину, на которой расположен мяч, вы теперь знаете, насколько далеко от мяча или близко вы находитесь по сравнению со стеной в задней части комнаты.

Проще говоря, создание объекта в трехмерном пространстве означает, что объект имеет три ключевых значения, связанных с ним, которые определяют, где он расположен в пространстве.Это значения по оси X (по горизонтали), по оси Y (по вертикали) и по оси Z (по глубине). Понимание этих переменных дает дизайнеру возможность определить, где его трехмерный объект можно перемещать и вращать в пространстве, придавая ему вид, похожий на то, что вы привыкли видеть в реальном мире.

Интересно, что инструмент машинного обучения должен определять эти же атрибуты в реальном мире с помощью компьютерного зрения, чтобы безопасно управлять беспилотным автомобилем.

Эти значения используются не только для определения того, где находится наш мяч в трехмерном пространстве, но также для передачи его размера и формы путем определения ширины, высоты и глубины мяча.

Визуализация, демонстрирующая, как беспилотный автомобиль обнаруживает находящиеся поблизости автомобили для безопасного вождения. Изображение предоставлено Adobe Stock.

Зачем нужен 3D-дизайн?

Теперь, когда вы знаете немного больше об основах 3D-дизайна, давайте обсудим, почему использовать его в своей работе.

Дизайнеры часто сталкиваются с уникальными проблемами, которые можно решить творчески, поэтому полезно иметь как можно больше инструментов в вашем наборе инструментов.3D-дизайн — один из тех инструментов для дизайнеров, который делает элементы вашего дизайна более выразительными и визуально разнообразными. Это особенно важно при рассмотрении человеческого фактора, связанного с UX-дизайном, потому что вы хотите убедиться, что наши цифровые проекты предлагают аналогичные возможности продуктов и систем, используемых в физическом мире.

3D-дизайн может даже использоваться вместе с дизайном голосового пользовательского интерфейса, чтобы добавить немного визуализации в преимущественно слуховой и типографский ландшафт.Для пользователей Apple это можно увидеть всякий раз, когда Siri активируется на их iPhone.

Фотография значка 3D Siri на смартфоне Apple. Изображение предоставлено Adobe Stock.

Инструменты для 3D-дизайна

Доступен ряд программных программ для 3D-моделирования, но для простоты и простоты мы начнем с четырех, исследуя, какой из них лучше всего подходит для вашей проектной работы:

• 3D-преобразование: Эта функция доступный через Adobe XD как способ превращать плоские значки и элементы в трехмерные объекты.Если у вас уже есть Adobe XD, это обязательная функция, которую вы можете начать учиться использовать уже сегодня.
• Blender : Инструмент с открытым исходным кодом, который можно использовать бесплатно и прекрасная отправная точка для любого дизайнера, который хочет начать работу в 3D-дизайне, не взимая плату за подписку.
• Autodesk Maya : Мощный инструмент Maya используется несколькими известными анимационными студиями, такими как Pixar Animation, и отлично подходит для тех, кто хочет вывести свой 3D-дизайн на новый уровень.Это программное обеспечение предлагает бесплатную пробную версию для тех, кто хочет попробовать его.
• ZBrush : Это программное обеспечение для работы с 3D стоит дешевле, чем Maya, и является отличным инструментом для начинающих и дизайнеров среднего уровня.

Тенденции в 3D-дизайне, на которые следует обратить внимание

По мере того, как программное обеспечение для 3D-дизайна становится все более доступным и удобным для широкой публики и дизайнеров, мы увидим, что оно будет использоваться различными новыми и интересными способами. Некоторые заметные тенденции в 3D-дизайне — это его использование в типографике, персонажах и изометрическом дизайне.Давайте быстро рассмотрим каждый из них.

Пример использования трехмерной типографики на плакате несколькими способами. Изображение предоставлено Adobe Stock.

3D-типографика

Когда программное обеспечение для 3D-дизайна впервые стало коммерчески доступным, в начале 2000-х годов был настолько большой приток 3D-типографики, что он загромождал большинство веб-сайтов. С тех пор 3D-дизайн эволюционировал и теперь используется более экономно, чтобы работать вместе с плоским дизайном, а не конкурировать с ним. Таким образом, наблюдается заметная тенденция использования 3D-дизайна для выделения типографики на веб-сайтах, в приложениях и т. Д.

Пример использования 3D-персонажей, чтобы показать, как пара пишет друг другу текстовые сообщения с помощью смартфона. Изображение предоставлено Adobe Stock.

3D-персонажи

Когда люди думают о 3D, они могут ассоциировать его с 3D-анимационными фильмами, поэтому неудивительно, что 3D-персонажи продолжают оставаться в тренде в 3D-дизайне. Сюда входят 3D-талисманы, представляющие компанию или продукт, вплоть до полномасштабной анимации.

Пример изометрического дизайна, который показывает различные сценарии в офисной рабочей среде.Изображение предоставлено Adobe Stock.

Изометрический дизайн

В изометрическом дизайне замечательно то, что вам вообще не нужно никакого программного обеспечения для 3D-моделирования! Просто настройте изометрическую сетку для монтажной области Adobe Illustrator и приступайте к проектированию. Из всех тенденций 3D-дизайна изометрический дизайн пережил самый последний рост, который часто можно увидеть на веб-сайтах, презентациях и т. Д.

Советы и приемы 3D-дизайна

Объем того, что вы можете достичь с помощью 3D-дизайна, безграничен, что, хотя и удивительно и захватывающе, вначале может показаться немного подавляющим.Чтобы помочь, вот несколько советов и приемов, которые следует учитывать при использовании 3D-дизайна:

• Объединение плоского и 3D-дизайна: Часто 3D и плоский дизайн представлены отдельно. Однако они действительно оживают, когда используются вместе. Если все сделано правильно, сочетание плоского и трехмерного дизайна может иметь удивительный и визуально стимулирующий эффект, а также привнести единство в общий дизайн.
• Акцент с помощью 3D-дизайна: Акцент — это очень важный принцип дизайна, который помогает гарантировать, что пользователи знают, где и что нажимать.Экономное внедрение 3D в приложениях AR и VR — мощный способ помочь человеку пройти через пользовательский поток, не мешая его опыту.
• Причина для 3D-дизайна: Если есть какой-то совет, который вам следует запомнить, это следующий: убедитесь, что у вас есть причина для добавления 3D в ваш текущий дизайн. Добавление 3D просто ради его добавления может в конечном итоге негативно повлиять на вашу работу, не говоря уже о сокращении доступных ресурсов, так как это отнимает очень много времени. Так что, если возможно, определите ценность реализации 3D-проектов перед их выполнением.

Изменчивость ведет к лучшему дизайну

Хороший дизайн — это продукт итеративного и исследовательского процесса, поэтому для всех дизайнеров важно изучать и тестировать различные типы носителей для своего дела. При этом вы обнаружите, что существует множество различных инструментов, которые помогут вам решать задачи проектирования. Трехмерный дизайн — один из этих методов, и при правильном применении он может улучшить ваш дизайн так, как вы раньше не думали.

Программное обеспечение для 3D компьютерной графики

Программное обеспечение для компьютерной трехмерной графики относится к программам, используемым для создания трехмерных компьютерных изображений.В этой статье рассматривается только часть используемого программного обеспечения.

использует

3D-моделищики используются в самых разных отраслях промышленности. Медицинская промышленность использует их для создания детальных моделей органов. Киноиндустрия использует их для создания и управления персонажами и объектами для анимированных и реальных фильмов. Индустрия видеоигр использует их для создания ресурсов для видеоигр. Научный сектор использует их для создания детализированных моделей химических соединений.Архитектурная индустрия использует их для создания моделей предлагаемых зданий и ландшафтов. Сообщество инженеров использует их для проектирования новых устройств, транспортных средств и конструкций, а также для множества других целей. Обычно существует много этапов в «конвейере», который студии и производители используют для создания трехмерных объектов для фильмов, игр и производства твердых товаров и конструкций.

Характеристики

Многие разработчики 3D-моделей предназначены для моделирования различных объектов реального мира, от растений до автомобилей и людей.Некоторые из них специально разработаны для моделирования определенных объектов, таких как химические соединения или внутренние органы.

Разработчики 3D-моделей

позволяют пользователям создавать и изменять модели с помощью своей 3D-сетки. Пользователи могут добавлять, вычитать, растягивать и иным образом изменять сетку по своему желанию. Модели можно рассматривать под разными углами, обычно одновременно. Модели можно вращать, а также увеличивать и уменьшать масштаб изображения.

Разработчики 3D-моделей

могут экспортировать свои модели в файлы, которые затем можно импортировать в другие приложения, если метаданные совместимы.Многие разработчики моделей позволяют подключать импортеры и экспортеры, чтобы они могли читать и записывать данные в собственных форматах других приложений.

Большинство разработчиков 3D-моделей содержат ряд связанных функций, таких как трассировщики лучей и другие альтернативы рендеринга и средства наложения текстур. Некоторые также содержат функции, поддерживающие или разрешающие анимацию моделей. Некоторые из них могут создавать полноформатное видео из серии визуализированных сцен (например, анимацию).

Коммерческие пакеты

Базовое сравнение, включая дату выпуска / информацию о версии, можно найти на странице «Сравнение программного обеспечения для трехмерной компьютерной графики».Подробное сравнение значимых 3D-пакетов можно найти в CG Society Wiki и в таблице сравнений 3D-приложений TDT3D 2007 ..

• 3ds Max (Autodesk), первоначально называвшаяся 3D Studio MAX, представляет собой комплексное и универсальное приложение для работы с 3D, используемое в кино, телевидении, видеоиграх и архитектуре для Windows и Apple Macintosh. Его можно расширить и настроить с помощью SDK или сценариев с помощью Maxscript.Он может использовать сторонние параметры рендеринга, такие как Brazil R / S, finalRender и V-Ray.

• AC3D (Inivis) — это приложение для трехмерного моделирования, которое началось в 90-х годах на платформе Amiga. MathWorks, используемый в ряде отраслей, активно рекомендует его во многих статьях, связанных с аэрокосмической отраслью, из-за цены и совместимости. AC3D не имеет собственного средства визуализации, но может генерировать выходные файлы как для RenderMan, так и для POV-Ray среди других.

• Aladdin4D (DiscreetFX), впервые созданный для Amiga, изначально был разработан Adspec Programming. После приобретения DiscreetFX он стал мультиплатформенным для Mac OS X, Amiga OS 4.1, MorphOS, Linux, AROS и Windows.

• Анимация: Master от HASH, Inc — это пакет моделирования и анимации, ориентированный на простоту использования.Это сплайн-модельер. Его сила заключается в анимации персонажей.

• Bryce (DAZ Productions) наиболее известен своими пейзажами и созданием «живописных» изображений, а также своим уникальным пользовательским интерфейсом.

• Carrara (DAZ Productions) — это полнофункциональный набор инструментов 3D для моделирования, текстурирования, рендеринга сцены и анимации.

• Cinema 4D (MAXON) — это трехмерный пакет от облегченного (Prime) до полнофункционального (Studio) в зависимости от используемой версии. Хотя в кино обычно используется для работы в формате 2.5d, самая большая пользовательская база Cinema находится в области телевизионной анимационной графики и дизайна / визуализации. Первоначально разработанный для Amiga, он также доступен для Mac OS X и Windows.

• CityEngine (Procedural Inc) — это приложение для трехмерного моделирования, специализирующееся на создании трехмерной городской среды. Благодаря подходу процедурного моделирования CityEngine позволяет эффективно создавать подробные крупномасштабные 3D-модели городов, он доступен для Mac OS X, Windows и Linux.

• Cobalt — это программное обеспечение для параметрического компьютерного проектирования (САПР) и 3D-моделирования для Macintosh и Microsoft Windows.Он объединяет каркас, поверхности произвольной формы, твердотельное моделирование на основе элементов и фотореалистичный рендеринг (см. Трассировка лучей) и анимацию.

• Электрическая система анимации изображений (EIAS3D) — это пакет 3D-анимации и рендеринга, доступный как в Mac OS X, так и в Windows. В основном известный своим качеством и скоростью рендеринга, он не имеет встроенного средства моделирования.Программное обеспечение использовалось в популярном фильме Пираты Карибского моря и телесериале Lost .

• form • Z (AutoDesSys, Inc.) — универсальное средство трехмерного моделирования твердых тел и поверхностей. В основном он используется для моделирования, но также поддерживает фотореалистичный рендеринг и объектно-ориентированную анимацию. форма • Z используется в архитектуре, дизайне интерьеров, иллюстрации, дизайне продуктов и декорациях.Он поддерживает плагины и сценарии, имеет возможности импорта / экспорта и был впервые выпущен в 1991 году. В настоящее время он доступен как для Mac OS X, так и для Windows.

• GPure — это программа для подготовки сцены / мешей из цифрового макета для многократного использования

• Grome — это профессиональный разработчик уличных сцен (местность, вода, растительность) для игр и других приложений 3D в реальном времени.

• Houdini (ПО побочных эффектов) используется для визуальных эффектов и анимации персонажей. Он был использован в художественном фильме Диснея The Wild . Houdini использует нестандартный интерфейс, который он называет «системой NODE». Он имеет гибридный рендерер микрополигон-трассировщик лучей, Mantra, но также имеет встроенную поддержку коммерческих рендереров, таких как RenderMan от Pixar и mental ray.

• Inventor (Autodesk) Autodesk Inventor предназначен для трехмерного проектирования механических устройств, моделирования изделий, создания инструментов и обмена информацией при проектировании.

• LightWave 3D (NewTek), впервые разработанный для Amiga, изначально входил в состав пакета Video Toaster и вышел на рынок как недорогой способ для телевизионных компаний создавать качественную CGI для своих программ.Впервые он привлек внимание общественности после использования в сериале Вавилон 5 и используется в нескольких современных сериалах. Lightwave также используется в различных современных фильмах. Он доступен как для Windows, так и для Mac OS X.

• MASSIVE — это система трехмерной анимации для создания визуальных эффектов, связанных с толпой, предназначенная для использования в кино и на телевидении.Первоначально разработанный для управления крупномасштабными компьютерными битвами в «Властелин колец », Massive стал отраслевым стандартом для цифрового управления толпой в высококачественной анимации ^{[ необходима ссылка ]} и использовалась в нескольких других крупных -бюджетные фильмы. Он доступен для различных платформ Unix и Linux, а также для Windows.

• Maya (Autodesk) в настоящее время используется в кино, на телевидении и в игровой индустрии.За прошедшие годы Maya превратилась в платформу приложений сама по себе за счет расширяемости с помощью языка программирования MEL. Он доступен для Windows, Linux и Mac OS X.

• Modo (Luxology) — это инструмент для моделирования, текстурирования и рендеринга с поддержкой движения камеры и морфинга / наложения форм. Сейчас он используется в телевизионной индустрии. Он доступен как для Windows, так и для Mac OS X.

• Mudbox — это программа для создания 3D-скульптуры с высоким разрешением на основе кисти, которая претендует на звание первой программы такого типа. Программное обеспечение было приобретено Autodesk в 2007 году, и в настоящее время у него есть конкурент в этой области, известный как ZBrush (см. Ниже).

• Mycosm — это высококачественное программное обеспечение механизма разработки виртуального мира, которое использует язык программирования Python с открытым исходным кодом и в настоящее время работает в Windows с использованием механизма DirectX.Программное обеспечение было выпущено в 2011 году и позволяет создавать фотореалистичные симуляции, которые включают физику, атмосферные эффекты, моделирование ландшафта, компьютерную графику листвы, астрономически правильное солнце и звезды, гидродинамику и многие другие авангардные функции. Mycosm создан компанией Simmersion Holdings Pty. В Канберре, столице Австралии.

• NX (Siemens PLM Software) — это интегрированный набор программного обеспечения для автоматизированного механического проектирования (CAM), автоматизированного производства (CAM) и автоматизированного проектирования (CAE), созданный путем объединения бывших Unigraphics и SDRC Линии программных продуктов I-deas.В настоящее время NX доступен для следующих операционных систем: Windows XP и Vista, Apple Mac OS X и Novell SUSE Linux.

• Poser (Smith Micro) Poser — это программа для 3D-рендеринга и анимации, оптимизированная для моделей, которые изображают человеческую фигуру в трехмерной форме, и специализируется на настройке характеристик уже существующих моделей персонажей с помощью различных параметров.Он также предназначен для позирования и рендеринга моделей и персонажей. Он включает в себя некоторые специализированные инструменты для создания цикла ходьбы, ткани и волос.

• PYTHA 3D-CAD — средство моделирования, которое содержит функции и инструменты для создания и редактирования 2D и 3D объектов. Pytha используется во многих отраслях промышленности, включая столярные изделия, дизайн интерьера, архитектуру, выставочный дизайн и многое другое.Pytha также может создавать информацию CAM, а также фотореалистичную визуализацию.

• RealFlow моделирует и визуализирует системы частиц твердых тел и жидкостей.

• Realsoft3D Real3D Полнофункциональное программное обеспечение для трехмерного моделирования, анимации, моделирования и рендеринга, доступное для Windows, Linux, Mac OS X и Irix.

• Remo 3D — это коммерческий инструмент для трехмерного моделирования, специализирующийся на создании трехмерных моделей для визуализации в реальном времени, доступный для Windows и Linux.

• Rhinoceros 3D — это коммерческий инструмент моделирования, который отлично поддерживает редактирование произвольных NURBS-файлов.

• Shade 3D — это коммерческий инструмент для моделирования / рендеринга / анимации из Японии с поддержкой форматов импорта / экспорта для Adobe, Social Worlds и Quicktime среди других.

• Silo (Nevercenter) — это средство моделирования поверхностей, доступное для Mac OS X и Windows.В Silo нет средства визуализации. Silo входит в состав средства моделирования для пакета Electric Image Animation System.

• SketchUp Pro (Google) — это пакет для трехмерного моделирования, в котором реализован подход к моделированию на основе эскизов. У него есть профессиональная версия, которая, среди прочего, поддерживает функции экспорта 2D и 3D моделей. Бесплатная версия интегрирована с Google Планета Земля и ограничивает экспорт в «3D-модели» Google, где пользователи могут делиться своим контентом.

• Softimage (Autodesk) (ранее Softimage | XSI) — это пакет для 3D-моделирования и анимации, который интегрируется с рендерингом mental ray. По функциям он похож на Maya и 3ds Max и используется при производстве профессиональных фильмов, рекламных роликов, видеоигр и других средств массовой информации.

• Solid Edge (Siemens PLM Software) — коммерческое приложение для проектирования, черчения, анализа и моделирования продуктов, систем, машин и инструментов.Все версии включают параметрическое моделирование на основе элементов, моделирование сборок, черчение, обработку листового металла, сварную конструкцию, проектирование поверхностей произвольной формы и управление данными. Интерфейсы прикладного программирования позволяют создавать сценарии в программировании на Visual Basic и C.

• solidThinking (solidThinking) — это набор для трехмерного моделирования и рендеринга твердого тела / поверхности, в котором используется метод построения дерева.Дерево представляет собой «историю» процесса построения модели и позволяет обновлять в реальном времени изменения, внесенные в точки, кривые, параметры или целые объекты.

• SolidWorks (SolidWorks Corporation) — это приложение, используемое для проектирования, детализации и проверки продуктов, систем, машин и инструментов. Все версии включают функции моделирования, сборок, чертежей, листового металла, сварных конструкций и поверхностей произвольной формы.Он также поддерживает сценарии в Visual Basic и C.
.

• Spore (Maxis) — игра, которая произвела революцию в игровой индустрии, позволив пользователям создавать своих собственных полностью функционирующих существ с очень элементарным и простым в использовании интерфейсом. Игра включает в себя экспортер COLLADA, поэтому модели можно загружать и импортировать в любое другое программное обеспечение для 3D, указанное здесь, которое поддерживает формат COLLADA.Модели также можно напрямую импортировать в программное обеспечение для разработки игр, такое как Unity (игровой движок).

• Swift 3D (Electric Rain) — это относительно недорогое приложение для 3D-дизайна, моделирования и анимации, предназначенное для пользователей 3D начального уровня и дизайнеров Adobe Flash. Swift 3D поддерживает векторные и растровые 3D-анимации для Adobe Flash и Microsoft Silverlight XAML.

• Vue (E-on Software) — это инструмент для создания, анимации и визуализации естественной трехмерной среды. Совсем недавно он использовался для создания фона джунглей во 2-м и 3-м фильмах «Пираты Карибского моря».

• ZBrush (Pixologic) — это инструмент цифрового скульптинга, сочетающий 3D / 2.Инструмент 5D-моделирования, текстурирования и рисования, доступный для Mac OS X и Windows. Он используется для создания карт нормалей для моделей с низким разрешением, чтобы они выглядели более детально.

Бесплатные пакеты

• 3DCrafter (ранее известный как 3D Canvas) — это инструмент для трехмерного моделирования и анимации, доступный в бесплатной версии, а также в платных версиях (3D Canvas Plus и 3D Canvas Pro).
• Anim8or — это проприетарный бесплатный пакет для 3D-рендеринга и анимации.
• Art of Illusion — это бесплатный программный пакет, разработанный под лицензией GPL.
• AutoQ3D Community не является профессиональной программой САПР и ориентирована на новичков, которые хотят быстро создавать 3D-проекты.Это бесплатный программный пакет, разработанный под лицензией GPL.
• Blender (Blender Foundation) — бесплатная 3D-студия с открытым исходным кодом для анимации, моделирования, рендеринга и текстурирования, предлагающая набор функций, сопоставимый с коммерческими наборами 3D-анимации. Он разработан под лицензией GPL и доступен на всех основных платформах, включая Windows, OS X, Linux, BSD и Solaris.
• DAZ Studio — бесплатный набор инструментов для 3D-рендеринга для настройки параметров уже существующих моделей, создания и рендеринга их в средах полноценной 3D-сцены.Импортирует объекты, созданные в Poser, и аналогичен этой программе, но с меньшим количеством функций.
• DX Studio — полная интегрированная среда разработки для создания интерактивной трехмерной графики. Система включает в себя как 3D-движок в реальном времени, так и набор инструментов редактирования, и является первым продуктом, предлагающим полный набор инструментов в единой IDE.
• Evolver — это портал для трехмерных компьютерных персонажей, включающий в себя человека (гуманоида)-строителя и клонера для работы с изображениями.
• FaceGen — источник моделей человеческого лица для других программ. Пользователи могут создавать модели лиц случайным образом или из исходных фотографий.
• Geist3D — это бесплатная программа для моделирования и рендеринга трехмерной графики и анимации в реальном времени.
• GMax
  
• K-3D — это система моделирования, анимации и рендеринга GNU, доступная в Linux и Win32.Он использует движки рендеринга, совместимые с RenderMan. В нем реализовано процедурное моделирование графа сцены, аналогичное тому, что есть в Houdini.
• MakeHuman — это программа под лицензией GPL, которая генерирует трехмерных параметрических гуманоидов.
• MeshLab — это бесплатное приложение для Windows, Linux и Mac OS X, предназначенное для визуализации, упрощения, обработки и преобразования больших трехмерных сеток в или из различных форматов файлов 3D.
• NaroCAD — полноценное и расширяемое приложение САПР для параметрического трехмерного моделирования. Он основан на OpenCascade. Целью этого проекта является разработка полноценного и расширяемого программного обеспечения 3D CAD, основанного на концепции параметрического моделирования твердых тел, сопоставимого с хорошо известными решениями.
• OpenFX — студия моделирования и анимации, распространяемая под лицензией GPL.
• Seamless3d NURBS-программа для моделирования и анимации, в которой основное внимание уделяется созданию аватаров, оптимизированных для анимации в реальном времени. Это бесплатно с открытым исходным кодом под лицензией MIT.
• trueSpace (Caligari Corporation) — трехмерная программа, доступная для Windows, хотя компания Caligari сначала начала работать на платформе Amiga.trueSpace предлагает возможности моделирования, анимации, 3D-рисования и рендеринга. В 2009 году Microsoft приобрела TrueSpace, и теперь он доступен совершенно бесплатно.
• Wings 3D — это средство моделирования подразделов с лицензией BSD.

Рендереры

• 3Delight — это запатентованный модуль рендеринга, совместимый с RenderMan.
• Aqsis — это бесплатный пакет для рендеринга с открытым исходным кодом, соответствующий стандарту RenderMan.
• Brazil — движок рендеринга для 3ds Max, Rhino и VIZ
  
• FinalRender — это фотореалистичный рендерер для Maya и 3Ds Max, разработанный немецкой компанией Cebas.
• FPrime for Lightwave добавляет очень быстрый предварительный просмотр и во многих случаях может использоваться для окончательного рендеринга.
• Gelato — это средство рендеринга не в реальном времени с аппаратным ускорением, созданное производителем видеокарт NVIDIA.
• Indigo Renderer — это объективный фотореалистичный модуль визуализации, использующий XML для описания сцены.Экспортеры доступны для Blender, Maya (Mti), форма • Z, Cinema4D, Rhino, 3ds Max.
• Kerkythea — это бесплатная система рендеринга, поддерживающая трассировку лучей. В настоящее время его можно интегрировать с 3ds Max, Blender, SketchUp и Silo (как правило, с любым программным обеспечением, которое может экспортировать файлы в форматах obj и 3ds). Kerkythea — это автономный модуль рендеринга, использующий физически точные материалы и освещение.
• LuxRender — это беспристрастный движок рендеринга с открытым исходным кодом, использующий легкий транспорт Metropolis
  
• Maxwell Render — это многоплатформенный модуль рендеринга, который отказывается от трассировки лучей, глобального освещения и излучения в пользу рендеринга фотонов с виртуальным электромагнитным спектром, в результате чего рендеры выглядят очень аутентично.Это был первый беспристрастный рендер на рынке. ^{[ необходима ссылка ]}
• mental ray — еще один популярный модуль рендеринга, который по умолчанию входит в состав большинства высокопроизводительных пакетов. (Сейчас принадлежит NVIDIA)
• NaroCAD — это полноценное и расширяемое приложение САПР для параметрического трехмерного моделирования. Он основан на OpenCascade.
• Octane Render — это беспристрастный рендерер с ускорением на GPU, основанный на Nvidia CUDA.
PhotoRealistic RenderMan от
• Pixar — это средство визуализации, используемое во многих студиях. Пакеты анимации, такие как 3DS Max и Maya, могут конвейерно передавать RenderMan для выполнения всего рендеринга.
• Pixie — это фотореалистичный рендерер с открытым исходным кодом.
• POV-Ray (или The Persistence of Vision Raytracer) — это бесплатный (с исходным кодом) трассировщик лучей, написанный для нескольких платформ.
• Sunflow — это фотореалистичный рендерер с открытым исходным кодом, написанный на Java.
• Turtle (Illuminate Labs) — это альтернативный модуль рендеринга для Maya, он специализируется на более быстрой визуализации и технологии автоматического запекания поверхности, что еще больше повышает скорость рендеринга.
• VRay продвигается для использования в области архитектурной визуализации, используемой вместе с 3ds max и 3ds, а именно. Он также часто используется с Maya.
• YafRay — это трассировщик лучей / рендерер, распространяемый по LGPL. Этот проект больше не развивается.
• YafaRay Преемник YafRay, трассировщик лучей / рендерер, распространяемый под LGPL.

Связано с программным обеспечением 3D

• Swift3D — это инструмент выделения для создания векторного 3D-контента для Flash. Также поставляется в форме плагина для преобразования моделей в Lightwave или 3DS Max во Flash-анимацию.
Программное обеспечение
• Match moving обычно используется для сопоставления видео в реальном времени с видео, генерируемым компьютером, обеспечивая синхронизацию этих двух изображений при движении камеры.
• После создания видео студии затем редактируют или объединяют видео с помощью таких программ, как Adobe Premiere или Apple Final Cut на низком уровне или Autodesk Combustion, Digital Fusion, Apple Shake на высоком уровне.
• MetaCreations Detailer и Painter 3D — это приложения, которые больше не выпускаются, специально для рисования текстурных карт на трехмерных моделях.
• Simplygon Коммерческий пакет обработки сеток для преобразования общих входных сеток в визуализируемые сетки в реальном времени.
• Pixar Typestry — это бесплатная программа для 3D-моделирования, выпущенная в 1990-х годах компанией Pixar для компьютерных систем Apple Macintosh и ПК на базе DOS. Он визуализировал и анимировал текст в 3D с использованием различных шрифтов на основе ввода пользователя.

Снятая с производства, историческая упаковка

• Alias ​​Animator и PowerAnimator были высококлассными 3D-пакетами в 1990-х годах, работающими на рабочих станциях Silicon Graphics (SGI). Alias ​​взял код из PowerAnimator, TDI Explore и Wavefront для создания Maya. Позднее SGI продала Autodesk псевдониму | Wavefront. SGI изначально приобрела и Alias, и Wavefront в 1995 году в ответ на приобретение Microsoft и перенос на Windows NT популярного в то время пакета Softimage 3D.Интересно, что Microsoft продала Softimage в 1998 году компании Avid Technology, откуда в 2008 году ее также приобрела Autodesk.
• CrystalGraphics Topas был трехмерным пакетом на базе DOS и Windows между 1986 и концом 1990-х годов.
• Digital Arts DGS была системой трехмерной анимации на основе DOS с середины 1980-х до конца 1990-х годов. Для работы и рендеринга требовалась карта Targa или Vista.Это был один из немногих модулей рендеринга Renderman, который поддерживал несколько платформ рендеринга, включая транспьютеры T800. Ограниченные версии Unix и Mac OS демонстрировались, но не продавались.
• Intelligent Light был высококлассным 3D-пакетом в 1980-х годах, работающим на рабочих станциях Apollo / Domain и HP 9000.
• Internet Space Builder с другими инструментами, такими как VRMLpad и программа просмотра Cortona, представлял собой полную систему редакции VRML, опубликованную Parallel Graphics в конце 1990 года.Сегодня доступна только сокращенная версия Кортоны.
• MacroMind Three-D был средним 3D-пакетом, работающим на Mac в начале 1990-х годов.
• MacroMind Swivel 3D Professional — это 3D-пакет среднего уровня, работавший на Mac в начале 1990-х годов.
• Symbolics S-Render был ведущим в отрасли 3D-пакетом от Symbolics в 1980-х годах.
• TDI (Thomson Digital Images) Explore был французским высокопроизводительным 3D-пакетом в конце 1980-х — начале 1990-х годов, работающим на рабочих станциях Silicon Graphics (SGI), который позже был приобретен Wavefront, прежде чем он превратился в Maya.
Усовершенствованный визуализатор
• Wavefront был высококлассным 3D-пакетом между концом 1980-х и серединой 1990-х годов, работающим на рабочих станциях Silicon Graphics (SGI).Wavefront впервые приобрела TDI в 1993 году, до того, как в 1995 году была приобретена сама Wavefront вместе с Alias ​​компанией SGI, чтобы сформировать Alias ​​| Wavefront.

.