Zaostřeno na 2D a 3D grafiku

DEFINICE 3D grafika představuje takovou reprezentaci dat, při které jsou obrázky na dvourozměrném zobrazovacím zaříz...


DEFINICE
3D grafika představuje takovou reprezentaci dat, při které jsou obrázky na
dvourozměrném zobrazovacím zařízení zobrazovány jako trojrozměrné a jako s
takovými je s nimi možno i manipulovat. Pozorovatel se může přesouvat kolem
obrázku a měnit úhel pohledu stejně, jako kdyby pozoroval reálný objekt v
prostoru. Naproti tomu 2D obraz může vypadat, jako že má váhu, odrazivost,
strukturu a hloubku, ale představuje jeden pohled, zamrzlý v čase a prostoru.
sami lais
Mezi 2D obrázkem a jeho trojrozměrným kolegou stojí stovky tisíc výpočtů, které
vyžadují dostatečný výkon procesoru a čas. Počítačoví umělci vytvářejí 2D
obrázky na ploše, stejně jako to dělali na papíře. Mohou přidat textury a
světelné efekty, vytvářet odrazy a rozmazaná pozadí, aby simulovali zamlžený
vzdálený horizont. Ale kdyby chtěli změnit polední slunce na západ slunce,
museli by také změnit barvy, textury, stíny a osvětlení. Tyto prvky by přitom
museli měnit jednotlivě a převážně ručně.
A co kdyby umělec vytvořil tento obrázek v 3D programu? Protože výpočty
popisující každý objekt jsou vnitřní částí 3D obrázků, aplikace by mohla tyto
změny provést automaticky. Sama by určila barvu světla v jednotlivých bodech,
délku stínů apod.

Základy 2D
Rozdíly začínají u 2D aplikací vytvářejících obrázky, které jsou buď bitmapové
(rastrové), nebo vektorové. Čára nakreslená v bitmapové aplikaci je popsána v
bitech na pixel. V nejjednodušším případě se 1 pixel rovná 1 bit bod může být
černý nebo bílý. Vyšší definice dávají více barev 8bitová definice dává 256
barev; 24bitová definice bodu mu umožňuje dát 16 milionů barev. Obvyklá 2D
bitmapová aplikace, jako je např. Photoshop od Adobe Systems, je základním
nástrojem pro počítačové grafiky. Vektorová grafika
Čára nakreslená ve vektorovém grafickém programu je popsána matematicky, ne
vizuálně, a vypadá stejně, je-li zobrazena v měřítku 1 : 1 nebo 1 000 : 1. Aby
změnil bitmapovou čáru, musí ji malíř překreslit. Aby změnil vektorovou čáru,
potřebuje pouze změnit rovnici, která tuto čáru popisuje. Vektorová aplikace,
kterou je např. Adobe Illustrator, interpretuje každou čáru nakreslenou v
matici x-y jako dva body spojené čárou neboli vektor. Kruh nebo jiný tvar je
složen z mnoha drobounkých vektorů. Zatímco v bitmapovém obrázku musejí být
uložena data o každém pixelu dokonce i když představuje prázdné pozadí, pro
vektorový obrázek se ukládají jenom data objektů v nich nakreslených. Proto
jsou vektorové soubory obvykle menší než bitmapové soubory. Třetí rozměr 3D
obrázky jsou kresleny ve vektorovém formátu definovaném na matici x-y-z což je
výška, šířka a hloubka. Aby popsala komplexní tvary a povrchy, 3D aplikace
ukazuje objekty jako komponované z trojúhelníků -méně trojúhelníků pro široké,
hladké plochy, ale více pro nerovné povrchy. Pokud je trojúhelníků použit
dostatečný počet, jsou běžným okem nepozorovatelné. Objekty se tedy
pozorovateli jeví stejně jako v reálném světě.
Důležité využití nachází 3D grafika v oblasti aplikací Computer Aided Design
(CAD), jako je AutoCAD firmy Autodesk, který se stal průmyslovým standardem. V
současnosti má 3D schopnosti stále více balíků CAD a tak lze převádět 2D
nákresy staveb na 3D reprezentaci, díky které po nich mohou ti, kdo si je
prohlížejí, virtuálně procházet. "Na 3D je třeba pohlížet jako na kolekci
objektů, s kompletní databází těchto objektů uloženou ne jako obrázek, ale
popis [tohoto objektu] viditelný z různých směrů," říká Louis Latham, analytik
GartnerGroup z Connecticutu. V té nejjednodušší formě CAD přemosťuje propast
mezi 2D a 3D obrázky pomocí drátových modelů. Vykresluje každou plochu objektu
a ukládá data jako sady matematických popisů a relací. V mnohem komplexnějším
modelování pevných objektů (solid modeling) zabraňuje databáze založená na
relacích mezi objekty těmto objektům, aby zaujímaly stejný prostor. To by se
jinak mohlo nedopatřením snadno stát, například když se modelují části stroje,
které spolu vzájemně souvisejí.

Textury
Bitmapové a vektorové techniky umožňují návrhářům změnit texturu nebo další
parametry vzhledu povrchu 3D objektu. Nejjednodušší způsob je vytvořit texturní
mapu skupinu dvourozměrných bitmapových obrázků povrchových textur, jako je
např. cihla nebo dřevo. Ty se pak nanesou na holý objekt s různými stupni
průsvitnosti, odrazivosti apod. Vizuálně mnohem přesvědčivější, zejména když je
požadována velká hloubka objektu (jako např. u lesa), je popis textury ve
výhradně matematických termínech. Ale tato metoda vyžaduje velké množství
paměti na přepočítávání pokaždé, kdykoli se objekt nebo jeho prostředí pohne
nebo změní.

Výhody třetího rozměru
3D aplikace může automaticky změnit stíny a odrazivost tehdy, když se světlo a
materiály změní. Pomocí několika kliknutí myší může architekt změnit koberec v
chodbě na dlaždice nebo přidat obloukovité střešní okno. Přitom se změní nejen
vzhled podlahy a dotčené stěny s oknem, ale také další prvky scény díky oknu
přibyde další zdroj světla, koberec má jinou odrazivost než dlaždice atd.
Na high-end desktopech se 3D reprezentace využívá např. i v softwaru
geografických informačních systémů. ArcView od Environmental Systems Research
Institute umožňuje uživatelům vidět data na zemském povrchu jako 3D
vizualizaci. Stejné funkce nabízí i GIS produkty od Intergraphu.
"Ve 3D můžete jít dále a přidat fyzické atributy jako pevnost, pružnost nebo
váhu," říká Latham. "Připojením 3D nákresů k databázi materiálových
charakteristik může architekt určit například to, zda nosník unese váhu
stavby," vysvětluje. Čtvrtý rozměr Pomocí animací může být přidán další rozměr
čas. Definovat chování objektu je relativně jednoduché. "O poznání
komplikovanější je samozřejmě modelování jeho chování v kontextu s prostředím,
které má své vlastní charakteristiky," říká Latham. "Takové modelování použili
např. inženýři DaimlerChrysleru na supercomputerech jím testovali odolnost
modelu PT Cruiser při haváriích," poznamenává Robert Bishop, CEO SGI z
Kalifornie. Inženýři vytvořili 3D obrázky 30 000 komponent vozu. Polovinu z
nich přitom tvořily pohyblivé části. "Takto simulované vozidlo podrobili
zátěžovým testům, vysoké teplotě a další námaze, aby určili nebezpečné body,"
říká Bishop. The National Oceanic and Atmospheric Administration ve Washingtonu
používá 3D obrázky propojené s daty o počasí k modelování hurikánů. Piloti
mohou prolétávat skrz virtuální bouře a učit se, jak se hurikány chovají. To
jim umožňuje vyrovnat se snáze se skutečným hurikánem za letu.

3D e-commerce
Vývojáři také vytvářejí 3D aplikace pro elektronický obchod. Např. u firmy
Viewpoint Digital z Utahu návrháři nakreslí na daný objekt síť a poté používají
specializovaný skener ke čtení bodů sítě. Získaná data posléze využívají k
vytvoření 3D obrázku. Obrázek komprimovaný do souborového formátu Metastream,
je uložen na webový server. Návštěvník stránky může vidět 3D objekt, uchopit ho
myší a otáčet s ním, aby ho viděl z různých úhlů. Vývojáři softwaru pracují na
jednodušších a rychlejších způsobech generování 3D obrázků. Tak se zřejmě 3D
objekty začnou ukazovat stále běžněji i v desktopových aplikacích.
1 0034 / pen









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.