Тема: Фрактальна та тривимірна графіка.
Тема уроку: Фрактальна та тривимірна графіка.
Опрацювати лекцію, зробити опорний конпект.
Фрактальна графіка, як і векторна, заснована на математичних обчисленнях. Однак, базовим елементом є математична формула, ніяких об'єктів у пам'яті комп'ютера не зберігається і зображення будується виключно по рівняннях. Фрактальна графіка міститься у пакетах для наукової візуалізації для побудови, як найпростіших структур так і складних ілюстрацій, що імітують природні процеси та тривимірні об'єкти.
Серед програмних засобів можна виділити продукти фірми Golden SoftWare:
- Surfer - створення тривимірних поверхонь;
- Grapher - створення двовимірних графіків;
- Map Viewer - побудова кольорових карт.
Surfer дозволяє обробити та візуалізувати двовимірні набори даних, що описані функцією z=f (x,y). Можна побудувати цифрову модель поверхні, застосувати допоміжні операції і візуалізувати результат.
Grapher призначений для обробки та виводу графіків, що описані функціями y=f(x). Не має обмежень по числу графіків на одному рисунку або числу кривих в одному графіку і дозволяє розмістити декілька осей з різними масштабами та одиницями виміру.
Map Viewer дозволяє вводити та корегувати карти - змінювати масштаб, перетворювати координати, обробляти й виводити у графічному вигляді числову інформацію, пов'язану з картами.
Пакет Iris Explorer (фірма Graphics) призначена для створення моделей погодних умов та океану.
Пакет Earth Watch (фірма Earth Watch) призначений для моделювання та демонстрації тривимірного зображення метеоумов над Землею, будувати топологічні поверхні по космічних знімках і прогнозувати погоду на тиждень вперед.
Модуль Chart у стандартному пакеті MS Office дозволяє легко й наочно створити графіки на основі даних, що знаходяться у таблиці. Користувач може перетворити графіки у любу з 5 основних форм графіків:
- гістограма;
- лінії;
- площі;
- в полярних координатах;
- поверхні.
Також, при зміні даних у таблиці, змінюється відповідне значення у графіку.
Тривимірна графіка призначена для імітації фотографування або відеозйомки тривимірних образів об'єктів, які можуть бути попередньо підготовані у пам'яті комп'ютера.
При використанні засобів тривимірної графіки синтез зображень виконується за алгоритмом, що містить:
- попередня підготовка;
- створення геометричної моделі сцени;
- налаштування освітлення та зйомочних камер;
- підготовка та призначення матеріалів;
- візуалізація сцени.
Перші чотири пункти є підготовчими, а останній власне формує зображення.
Попередня підготовка. На цьому етапі складається вміст сцени. Треба передбачити всі об'єкти та їх деталі, тому бажано мати намальований ескіз.
Створення геометричної моделі сцени. Будуються тривимірні геометричні моделі об'єктів, що мають ширину, довжину та висоту. Об'єкти розташовуються у тривимірному просторі, причому їх можна вкладати у середину інших об'єктів. Набір інструментів по створенню геометричних моделей називається геометричним конструктором сцен. Після створення геометричної моделі, сцену можна розглядати з любого ракурсу.
Робота над композицією: світло та камери. Відбувається налаштування моделей джерел освітлення та розставляння зйомочних камер. Правильний підбір джерел освітлення дозволяє виконати імітацію фотографування сцени в любих умовах освітлення. Освітлення всіх об'єктів, їхні тіні та відблиски світла розраховуються програмою автоматично. Моделі зйомочних камер надають можливості розглядати тривимірну сцену та виконувати її зйомку під любим кутом зору.
Підготовка та призначення матеріалів. Виконується робота, що забезпечує візуальну правдивість сцени та наближує якість зображення до реальної фотографії. В наш час є великі можливості по створенню нових матеріалів або вибору готових матеріалів із бібліотек, що розповсюджуються на CD- дисках або Інтернеті.
Працюючи з матеріалами, можна налаштовувати їх властивості, зокрема, силу відблискування, прозорість, самовипромінювання, дзеркальність, рельєфність. У склад матеріалів можна вміщувати фотографії реальних об'єктів навколишнього світу. Окрім того, фотографії можна використовувати у якості фону сцени.
Візуалізація сцени, тобто формування сцени, яке займає досить довгий час, що залежить від складності сцени та швидкодії комп'ютера.
На етапі візуалізації програма розраховує та наносить на зображення всі тіні, бліки, взаємне відбивання об'єктів. Для підвищення достовірності зображення можна створити імітацію природних явищ (димка, туман, полум'я).
Вигадане світло, створене таким чином, називається віртуальним, тобто потенційно можливим. На питання, чи не простіше сфотографувати реальну сцену, можна відповісти, що є випадки, коли використання тривимірної графіки є єдиним можливим засобом рішення.
Області застосування тривимірної графіки
Комп'ютерне проектування:
- швидке вирішення задач проектування інтер'єрів;
- вбудовування вигаданої сцени у зображення реального світу. Тривимірна графіка звільнює від необхідності створення макета і забезпечує гнучкі можливості синтезу зображення сцени для любої погоди і під любим кутом зору;
- вбудовування зображення реального об'єкта у тривимірну сцену як складової (віртуальна галерея).
Автоматизоване проектування:
- синтез зовнішнього вигляду складних деталей, що виготовляються методами штампування токарних та фрезерних операцій, візуальний вигляд автомобілів, літаків, пароплавів.
- cтворення тривимірних образів деталей та конструкцій, хоча й є складною задачею, але простішою, ніж створення масштабних або повнорозмірних макетів.
Комп'ютерні ігри:
найпопулярніша ділянка використання тривимірної графіки. По мірі удосконалення програмних засобів моделювання, зросту продуктивності та збільшення ресурсів пам'яті комп'ютерів віртуальні світи стають більш складними й подібними до реальності.
Комбіновані зйомки:
тривимірну графіку застосовують там, де зробити реальні фотографії просто неможливо, або потребує великих витрат (внутрішність працюючого двигуна, науково-фантастичні сюжети, нереальні світи, відеомонтаж, реклама тощо). Практично застосовується у книжковій та журнальній графіці і є популяризацією науки, реклами, художньої творчості.
Комп'ютерна мультиплікація:
спрощує роботу розробників у сотні та тисячі разів.
Недоліки тривимірної графіки
- підвищені вимоги до апаратної частини комп'ютера (об'єм оперативної пам'яті, наявність вільного місця на твердому диску, швидкодія комп'ютера);
- велика підготовча робота по створенню моделей всіх об'єктів сцени та призначенню їм матеріалів;
- обмежена свобода у формуванні зображення (потрібно враховувати об'єм об'єктів);
- жорсткий контроль за взаємним розташуванням відносно базису (об'єкт може втілюватись у інший об'єкт); необхідність додаткових зусиль для надання синтезованому зображенню реалістичності.
- часто результати візуалізації виглядають дуже правильно, чітко, що позбавляє сцену життєвості. У складі програм тривимірної графіки міститься набір фільтрів, що дозволяють імітувати глибину різкості зображень, зернистість віртуальної фотоплівки, змазування контуру при русі у момент зйомки.
