1.1. Основы 3D моделирования

Двухмерное изображение не создаст такого полного представления об объекте, как трехмерная модель. Именно поэтому трехмерное моделирование эффективно и успешно используются на производстве и в рекламе. Трехмерное моделирование можно использовать для более эффектного представления поле боя с учетом рельефа реальной местности, также 3D моделирование успешно применяют в конструкторских проектах при создании различных моделей.

Использование моделирования позволяет провести оптимизацию различных технологических процессов. Трехмерное моделирование легко заменит натуральное макетирование, например, позволит создать 3D модель узла
связи или элемента системы связи.

Трехмерное моделирование открывает доступ к быстрому процессу
проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий
любого назначения и сложности.

Трёхмерное изображение на плоскости в отличие от двумерного включает построение геометрической проекции объёмной модели на плоскость с
помощью специализированных программ. Трехмерную графику активно
используют в телевидении, кинематографе, печатной продукции, компьютерных играх, в науке, промышленности, системах автоматизации проектных работ (САПР), в архитектурной и медицинской визуализации.

Основные функции и возможности 3D программ [1,2]:

моделирование трёхмерной графики;

создание трёхмерной модели сцены и 3D объектов в ней;

рендеринг (визуализация);

построение проекции модели;

обработка и редактирование изображений;

вывод полученного изображения на устройство вывода - принтер,
дисплей.

3D графика – вид компьютерной графики, визуальное отображение трехмерной сцены или объекта на экране монитора или какого - либо другого устройства. Процесс построения 3D – изображения можно разделить на три последовательных этапа. На первом этапе объект преобразуется в модель, разделенную на множество многоугольников (полигонов). Следующий этап включает в себя геометрические преобразования с полигонами и установки освещения. Заключительный этап - рендеринг, на котором, создается двумерное изображение из полученных на предыдущих этапах многоугольников. Финальное изображение получается из визуализирования (рендеринга) предварительно смоделированной трехмерной сцены.

Как правило, каждая сцена представляет собой набор следующих элементов [2,3]:

набор различных объектов, обладающих разными свойствами;

набор источников света;

набор текстур для объектов;

как минимум одну камеру или несколько камер.

Каждая сцена в 3D графике состоит из объектов. Каждый объект может состоять из:

вершин (вершина – точка в трехмерном пространстве, где могут соединятся несколько линий. Положение вершины в трехмерном пространстве определяется своими 3D координатами по трем осям (высота, ширина, глубина или X,Y,Z);

набора ребер (ребро – 2 вершины, образующие прямую линию);

набора полигонов (полигон – как минимум 3 вершины, образующие плоскость. Как правило полигон состоит из 3 или 4 вершин, но в некоторых программах 3D моделирования полигоны могут состоять из большего количества вершин).

Объект может обладать различными свойствами и поведением (свойствами своего материала – например, такими как прозрачность, зеркальность, особенностями отражения текстур и т.д.; поведение объекта определяется его расположением в пространстве (смещением, осью поворота, углом поворота, коэффициентом масштабирования, и т.д.).

Каждый источник света в сцене задается следующими параметрами [4]:

положение источника света в пространстве;

ориентация (точка, в которую направлен этот источник);

тип (фоновый/направленный/ненаправленный);

цветовая схема (обычно RGB).

Все редакторы 3D графики обладает своим набором источников освещения и различными особенностями по управлению ими.

Текстуры в сцене представляют собой двумерную картинку, различного формата, которая проецируется на трехмерную модель.

Камера в трехмерной сцене используется для определения нужного для визуализирования участка сцены. Каждая камера задается следующим основными параметрами:

положение в пространстве;

направление (точнее, точкой, в которую направлена эта камера);

угол зрения;

угол поворота относительно своей оси.