18新利最新登入3 - d图形是如何工作的

一幅画,或似乎高度,宽度和深度三维(或三维)。一幅画,有高度和宽度,但没有深度二维(或二维)。一些照片是二维的目的。考虑国际符号表明哪扇门通向洗手间,为例。符号的设计,这样您就可以认出他们来。这就是为什么他们只使用最基本的形状。附加信息的符号可能会试18luck手机登录图告诉你小男人或女人穿的衣服,头发的颜色,是否得到定期去健身房,等等,但是所有的这些额外的信息会让你花费更多的时间符号的基本信息:哪个是厕所。这是一个基本的如何使用2 d和3 d图形之间的差异:二维图形擅长一些简单的交流,非常快。18新利最新登入3 - d图形告诉一个更复杂的故事,但需要携带更多的信息。18luck手机登录

例如,三角形有三行和三个角,需要告诉的故事的一个三角形。一座金字塔,不过是一个18新利最新登入有四个角的三维结构。请注意,需要五行和六个角度告诉一个金字塔的故事——近两倍所需的信息告诉一个三角形的故事。18luck手机登录

数百年来,艺术家们已经知道的一些技巧可以使一个平面,二维绘画成真正的看起来像一个窗口,3 d世界。你可以看到这些照片,你可能会在电脑显示器上扫描和查看:对象时出现小远;当物体接近摄像机焦点对象远模糊;颜色往往是不活跃的移动更远。当我们谈论今天在计算机三维图形,虽然,我们不是在谈论仍然照片,我们讨论移动图片。

如果制作一幅二维到三维图像需要添加大量的信息,然后从3 d静止画面图像逼真需要更多。18luck手机登录问题的部分原因是,我们已经被惯坏了。我们预计高度的现实主义在我们所看到的一切。在1970年代中期,一个游戏像“乒乓球”可以让人与屏幕上的图形。今天,我们比较游戏屏幕DVD电影,希望游戏一样光滑,详细的我们在电影院里看到的。个人电脑上,对3 - d图形构成挑战,macintosh电脑,游戏机越来越像的“土星”和Playstation II。

对我们许多人来说,游戏在电脑上或者先进的游戏系统是最常见的方式我们看到3 - d图形。这些游戏,或电影由计算机生成的图像,必须通过三个主要步骤来创建和提供一个逼真的三维场景:

创建一个虚拟的3 d世界

一个虚拟的3 d世界不一样的一个世界的图片。这是真的我们的现实世界。把一个非常小的真实世界的一部分,你的手,一个桌面。你的手有品质决定如何行动以及如何看。18新利最新登入手指关节弯曲向手掌,而不是远离它。如果你拍你的手在桌面上,桌面不飞溅,它总是固体和总是很难。你的手不能穿过桌面。你不能证明这些都是真正的通过观察任何单一的图片。但无论多少你取照片,你永远只18新利最新登入看到手指关节弯曲向手掌,和桌面总是固体,液体,和努力,而不是软弱。这是因为在现实世界中,这是手的方式,他们总是表现的方式。 The objects in a virtual 3-D world, though, don’t exist in nature, like your hand. They are totally合成。他们唯一的属性是由软件给他们。程序员必须使用特殊的工具和定义一个虚拟的3 d世界小心翼翼,所以它总是以某种方式表现的一切。

虚拟世界的哪一部分显示在屏幕上吗?18新利最新登入

在任何给定的时刻,屏幕上只显示一个小的一部分创建的虚拟三维世界的电18新利最新登入脑游戏。在屏幕上显示的是由18新利最新登入世界定义的组合方式,你选择去哪里,你选择哪条路。无论你去哪里,向前或向后,向上或向下,向左或向右,你周围的虚拟三维世界决定了你会看到从那个位置在那个方向。和你所看到的从一个场景到另一个意义。如果你观察一个物体从相同的距离,不管方向,它应该是相同的高度。每个对象应该和移动等方式来说服你,它总是相同的质量,这是硬或软,刚性或柔软,等等。

程序员编写电脑游戏花费巨大的精力来定义三维世界,这样您就可以在他们没有遇到任何使你认为,“那不可能发生在这个世界上!”The last thing you want to see is two solid objects that can go right through each other. That’s a harsh reminder that everything you’re seeing is make-believe.

第三步一样至少涉及计算另外两个步骤和发生在真正的时间游戏和视频。我们会再看下。

不论多大或者丰富的虚18新利最新登入拟三维世界,计算机只能描绘这个世界通过将像素在二维屏幕上。本节将专注于如何使你在屏幕上看到的是现实的,特别是关于场景看起来18新利最新登入尽可能在现实世界中所看到的内容。首先,我们来看看一个静止物体是怎样制成的18新利最新登入现实。然后我们将整个场景回答相同的问题。最后,我们将考虑一台计算机要做全动态场景的逼真的图像以现实的速度移动。18新利最新登入

大量的图像部分进入使物体看起来真实。其中最重要的是形状、表面纹理、照明、角度、景深和反走样。

形状

当我们看窗户,我们看到的场景组成各种各样的形状,用直线和曲线在许多大小和组合。同样的,当我们看3 d图形图像在我们的电脑显示器,我们看到图片组成的各种形状,虽然大多数都是由直线组成的。我们看到正方形、矩形、平行四边形、圆形和菱形,但最重要的是我们看到三角形。18新利最新登入然而,为了建立图像看起来好像他们有光滑曲线通常在自然界中发现,一些形状必须很小,和一个复杂的形象,比如一个人体,可能需要成千上万的这些图形放在一起到一个结构称为线框。在这个阶段的结构可能是可辨认的不管它最终将图片的象征,但下一个主要步骤是很重要的:线框必须被给予一个表面。

表面纹理

当我们遇到一个表面在现实世界中,我们可以得到的信息在两个关键方面。18luck手机登录我们可以看看它,有时从几个角度,我们可以碰它,看看它是硬或软。在一个3 - d图形图像,然而,我们只能看表面得18新利最新登入到所有可能的信息。18luck手机登录所有这些信息分解成18luck手机登录三个方面:

使图像看起来“真实”的一个方法是让各种各样的这三个特性在图像的不同部分。现在看看你的周围,你的电脑键盘有不同颜色/纹理/反射率比你的桌面,有不同的颜色/材质/反射率比你的手臂。为现实的颜色,重要的是为计算机能够从数以百万计的选择不同颜色的像素组成一个图像。各种表面的纹理都来自数学模型从青蛙皮肤果冻凝胶到存储“纹理地图”应用于表面。我们也把品质,我们看不到,软,硬,温暖,寒冷——特殊的颜色组合,纹理和反射。如果其中一个是错误的,现实是破碎的假象。

我们将在下一节看灯光和角度。

当你走进一个房间,你打开光。你可能不花很多时间思考的光来自灯泡或管和利差在房间里。但是人们制作3 d图形需要考虑一下,因为所有的线框周围的表面必须点燃。一种技术称为演,情节虚构的光线的路径需要他们离开灯泡,反弹的镜子,墙壁和其他反射表面,最后降落在项目从不同的角度以不同的强度。它足够复杂,当你考虑到光线从一个灯泡,但大多数房间有多个光源——几个灯,天花板固定装置、窗户、蜡烛等等。

照明中扮演着重要角色在两个效果给对象:重量和坚固的外观材质和阴影。第一,阴影,发生在光线照在物体比另一边更强。环顾这个阴影是什么让球,高颧骨显得引人注目和折叠毯子出现深和软。这些差异在光强度与形状强化对象的错觉深度以及高度和宽度。重量的幻想来自第二个效果——阴影。

固体阴影当光照。你可以看到当你观察日晷或树的影子投射到人行道上。因为我们习惯看到真实对象和阴影的人,看到3 d图像中的阴影强化了幻觉,我们透过窗户进入现实世界,而不是在屏幕上生成的数学形状。

的角度来看

观点是这些话听起来技术之一,但实际上描述了一个简单的效果大家都见过。如果你站在一边的长,直路,看着远处,似乎双方的路上一起指着地平线。同样,如果树是站在路边,树上远小于树靠近你。事实上,树木看起来像他们收敛点形成的路边。当所有的场景中的对象看起来最终将收敛在一个单点距离,角度。有变化,但大多数3 d图形使用刚刚描述的“单点视角”。

插图,手是分开的,但大多数场景功能前的一些物品,和部分阻塞的观点,其他物品。这些场景的软件不仅要计算的相对大小物品也必须知道哪项是在前面,它隐藏了多少的其他物品。18新利最新登入最常见的技术计算这些因素是Z-Buffer。Z-buffer得到它的名字从常见的标签为axis,或假想线,从屏幕上通过现场地平线。(其他常见轴有两种考虑:x轴,衡量现场从一边到另一边,y轴,衡量现场从上到下)。

Z-buffer分配给每个多边形数量根据包含多边形物体接近前面的场景。18新利最新登入一般来说,较低的数字分配给项目接近屏幕,和更高的数字分配给项目接近地平线。例如,一个16位Z-buffer会将-32768号分配给一个对象呈现尽可能靠近屏幕,32767年到尽可能远的物体。

在现实世界中,我们的眼睛看不到别人背后的对象,所以我们没有搞清楚的问题我们应该看到。但计算机不断面临这个问题,以一种简单的方式来解决它。为每个对象被创建时,它的z值相比其他对象占据相同的x和y的值。对象的z值最低的完全呈现,尽管具有更高的z值的对象并不是呈现他们相交的地方。结果确保我们没有看到背景项目通过中间的人物出现在前景。由于z-buffer雇佣对象完全呈现之前,部分隐藏在人物的场景或对象没有呈现。这加速图形性能。接下来,我们将看看景深元素。

另一个光学效应成功地用于创建3 d是景深。使用我们的道路旁边的树的例子,作为树变小的这条线,另一个有趣的事情发生了。如果你看看树靠近你,远的树将会出现失焦。这是尤其如此,当你看一个照片或电影的树。电影导演和计算机动画师使用景深效果两个目的。首先是加强深度的幻觉场景中你看。当然电脑可以确保一个场景中的每一个元素,无论它应该是多近或远,非常关注。18新利最新登入因为我们习惯看到景深效果,然而,在重点项目不管距离似乎外国和会扰乱看一个场景的幻想在现实世界中。

第二个原因董事使用景深是集中你的注意力在物品或演员他们感觉是最重要的。直接关注电影的女主角,例如,一个导演可能使用一个“浅景深,“只关注演员。一个场景的设计与大自然的宏伟给你留下深刻印象,另一方面,可能使用一个“深景深”让尽可能多的焦点和明显。

抗锯齿

一种技术,它也依赖于骗眼睛是反走样。数字图像系统非常善于创造行,直接在屏幕上,或直接。但当曲线或对角线出现(和他们经常出现在现实世界中),计算机可能产生线像18新利最新登入楼梯的步骤,而不是平滑的流动。为了愚弄你的眼睛看到了一个光滑的曲线或直线,计算机可以添加毕业的阴影线周围的像素的颜色。这些“灰色”像素会欺骗你的眼睛,参差不齐的楼梯台阶都消失了。添加额外的彩色像素愚弄的过程叫做反锯齿,的一种技术,将计算机生成的三维图形的生成。跟上线穿过字段的颜色,并添加适量的“anti-jaggy”的颜色,是另一个复杂的任务,电脑必须处理它创建3 d动画在电脑显示器上。

我们会找出动画三维图像在接下来18新利最新登入的部分。

当所有的技巧,到目前为止我们已经讨论过放在一起,可以创建场景的巨大的现实主义。最近游戏和电影,电脑生成的对象结合摄影背景进一步加剧错觉。你可以看到当你比较照片和计算机生成的场景惊人的结果。

这是一个照片的东西是如何工作的办公室附近的人行道上。18新利最新登入在下列图片之一,一个球放在人行道上,拍照。在其他艺术家使用一个计算机图形学程序创建了一个球。

你能分辨出哪个是真正的球?寻找答案在文章的最后。

到目前为止,我们一直在研究的事情做任何数字图像看起来更真实,形象是一个“静止”图片或动画序列的一部分。但在一个动画序列,程序员和设计师将使用更多的技巧给“真人”的出现而不是计算机生成的图像。

18新利最新登入帧每秒多少?

当你去看电影在当地的剧院,一个图像序列称为帧的速度运行在你眼前24帧每秒。因为你的视网膜图像将保留一段时间比放大24秒,大多数人的眼睛会融合成一个单一的框架,连续运动的形象和行动。

如果你觉得这个从另一个方向,它意味着电影的每一帧照片在1/24秒的曝光。再多的曝光了“停止行动”摄影,跑步者和其他对象的运动似乎冻结在飞行。结果,如果你看一个帧从一个关于赛车的电影,你会看到一些汽车的“模糊”,因为他们在相机快门打开的时间。这种模糊的东西快速移动是我们习惯看到,和它是什么使图像看起来真实的一部分,当我们在屏幕上看到它。

18新利最新登入然而,由于数字3 d图像没有照片,没有模糊物体运动时发生在一个框架。让照片看起来更真实,模糊由程序员必须显式地添加。一些设计师认为,“克服”缺乏自然模糊需要超过每秒30帧,并使他们的游戏来显示60帧每秒。这允许每个图像呈现在伟大的细节,和运动在更小的增量,它显著地提高了帧的数量必须呈现给定序列的行动。18新利最新登入作为一个例子,考虑一个追逐持续六个半分钟。电影需要24(每秒帧数)x 60(秒)x 6.5(分钟)或9360帧的追逐。数字三维图像以每秒60帧需要60 60 x 6.5,或23400帧的时间是一样长的。

创造性的模糊

模糊,程序员添加促进现实主义在一个移动的图像被称为“动态模糊”或“空间反走样”。If you've ever turned on the "mouse trails" feature of Windows, you've used a very crude version of a portion of this technique. Copies of the moving object are left behind in its wake, with the copies growing ever less distinct and intense as the object moves farther away. The length of the trail of the object, how quickly the copies fade away and other details will vary depending on exactly how fast the object is supposed to be moving, how close to the viewer it is, and the extent to which it is the focus of attention. As you can see, there are a lot of decisions to be made and many details to be programmed in making an object appear to move realistically.

有一个图像的其他部分的精确呈现一台电脑必须牺牲为了现实。这既适用于静态及动态图像。反射是一个很好的例子。你看到的画面chrome-surfaced汽车和宇宙飞船完全反映现场的一切。虽然演的chrome-covered图像是巨大的游行,我们大多数人并不住在镀铬的世界。木制家具、大理石地板和抛光金属所有反射图像,虽然不是完美如光滑的镜子。这些表面的反射必须与每个表面接收不同的模糊,模糊,因此,围绕中央一出戏在数字的表面提供一个现实的舞台行动。

我们到目前为止讨论的所有因素增加了复杂性的过程将一个三维图像在屏幕上。很难定义和创建对象首先,很难使它通过生成所需的所有像素显示图像。线框的三角形和多边形,表面的纹理,来自各种光源和反射光线从多个表面都必须计算和组装软件开始前告诉计算机如何画屏幕上的像素。18新利最新登入你可能认为计算的努力会在绘画时开始,但它是绘画,或渲染,级别的数量开始增加。

今天,一个屏幕分辨率1024 x 768定义的最低点“分辨率”。That means that there are 786,432 picture elements, or pixels, to be painted on the screen. If there are 32 bits of color available, multiplying by 32 shows that 25,165,824 bits have to be dealt with to make a single image. Moving at a rate of 60 frames per second demands that the computer handle 1,509,949,440 bits of information every second just to put the image onto the screen. And this is completely separate from the work the computer has to do to decide about the content, colors, shapes, lighting and everything else about the image so that the pixels put on the screen actually show the right image. When you think about all the processing that has to happen just to get the image painted, it's easy to understand why graphics display boards are moving more and more of the graphics processing away from the computer's central processing unit (CPU). The CPU needs all the help it can get.

看的信息比特数进入屏幕的化妆只给部分涉及多少处理的18luck手机登录照片。18新利最新登入总处理负载的一些暗示,我们要谈论一个数学过程称为变换。每当我们使用转换改变我们看东西的方式。一辆车,朝着我们的图片,例如,使用变换使汽车显得更大。变换的另一个例子是当3 d世界由一个计算机程序必须是“夷为平地”转化为二维显示在屏幕上。让我们看看数学参与这个变换——一个用于每一帧的3 d游戏,了解计算机在做什么。我们将使用一些数字是由,而是给一个想法的数量惊人的数学参与生成一个屏幕。不要担心学习数学。这已经成为计算机的问题。这都是为了给你一些欣赏类运载你的电脑当您运行一个游戏。

第一部分的过程有几个重要的变量:

首先,我们计算窗口的大小到虚构的世界。

现在窗口大小计算,透视变换用于又更近了一步预测世界在监视器屏幕上。在下一步中,我们添加更多的变量。

一个点(X, Y, Z, 1.0)在三维虚拟世界会改变位置(X, Y, Z ' W '),我们得到以下方程:

在这一点上,另一个必须应用在图像变换可以投射到显示器的屏幕,但是你开始看到计算的水平——这是所有涉及一个向量(行)在图像!想象的计算与许多对象在一个复杂的场景和人物,和想象这一切60次。你不高兴有人发明了电脑吗?

在下面的示例中,可以看到一个动画序列显示走过新的东西是如何工作的办公室。18新利最新登入首先,注意到这个序列是比大多数3 d游戏中场景简单得多。没有对手从后面跳下桌子,没有空中飞过的导弹或长矛,没有大家恨得咬牙切齿的恶魔出现在隔间。“什么's-going-to-be-in-the-scene”的观点,这是简单的动画。不过,即使这个简单的序列处理的许多问题到目前为止我们已经看到。墙壁和家具结构,包括线框结构。射线阴影代表照明提供了依据。同时,随着角度的变化在穿过办公室,注意一些对象成为可见的角落,从后面出现墙壁——你看到z-buffer计算的影响。18新利最新登入作为所有这些元素发挥作用之前,图像可以被呈现到监视器,很明显,即使一个强大的现代CPU可以使用一些帮助做所需的所有处理3 d游戏和图形。这就是图形协同处理器板进来。

从早期的个人电脑,大多数图形董事会一直翻译,充分发展图像由计算机的CPU翻译成所需的电脉冲驱动计算机的监控。这种方法很有效,但所有的处理的图像是由CPU,一并处理声音,玩家输入(游戏)和中断系统。因为计算机必须做的一切实现现代3 d游戏和多媒体演示,很容易甚至最快的现代处理器变得劳累,无法提供实时软件的各种需求。图形协同处理器帮助:它将使用CPU总多媒体体验以可接受的速度可以移动。

正如我们所看到的,在建立三维数字图像的第一步是创建一个线框三角形和多边形的世界。然后从三维线框世界数学世界为一组模式,将显示在二维屏幕上。转换后的图像然后覆盖表面,或呈现,点燃了一些数量的来源,最后转化为监视器的屏幕上显示的模式。最常见的图形协同处理器在当前一代的图形显示板,然而,带走的任务呈现从创建线框后的CPU和转换成一组二维多边形。18新利最新登入图形协处理器中发现董事会VooDoo3和TNT2超从CPU在这个阶段。这是一个重要的一步,但图形处理器的前沿技术旨在减轻CPU在更早的过程。

把更多的责任从CPU的一个方法是做的GeForce 256英伟达。除了呈现由早期板,GeForce 256增加了从三维线框模型数学空间转换为二维显示空间以及工作需要显示照明。18新利最新登入因为转换,文中涉及严重的浮点数学(数学涉及到分数,称为“浮点”,因为小数点可以根据需要移动提供精度高),这些任务认真处理CPU的负担。因为图形处理器没有应对的许多任务的CPU,它可以用来做那些数学任务很快。

新的巫术5从3 dfx接管另一组CPU的负担。T-buffer 3 dfx调用技术。这种技术着重于提高渲染过程而不是向处理器添加额外的任务。T-buffer旨在提高反锯齿呈现四份同样的图像,从其他每个略有偏移,然后结合他们稍微模糊对象的边缘和失败的“锯齿”瘟疫计算机生成的图像。相同的技术用于生成动态模糊,模糊阴影和动态模糊焦点。所有这些生产smoother-looking,更现实的图像,图形设计师想要的。巫毒5设计的对象是全屏反锯齿,同时仍然保持快速帧速率。

计算机图形学中仍然还有很长的路要走之前我们看到常规,不断生成和展示真正的现实的动态影像。但是图形非常先进80天以来的25列和行单色文本。其结果是,成千上万的人喜欢和今天的游戏和模拟技术。和新的3 d处理器会更接近让我们感觉到我们真的探索其他星球和经历的事情在现实生活中我们从未敢尝试。主要个人电脑图形硬件的进步似乎发生大约每六个月。软件提高较慢。它仍然是清晰的,就像互联网,计算机图形学要成为一个越来越有吸引力的选择电视。

回球的图片。18新利最新登入你是怎么做的?图像有一个计算机生成的球。图像B显示了一个真18新利最新登入正的球在人行道上的照片。不容易分辨出哪个是哪个,是吗?