Как называются пиксели в 3д
Обновлено: 04.07.2024
Привет! Продолжаю рассказывать видах и особенностях компьютерной графики в играх. Предыдущий материал о абстракции можно почитать тут . Пришло время рассмотреть стилизованный "графоуни".
Цели абсолютно разные: от привлечения детской аудитории ( Animal Crossing ) до создания акцента на определенной атмосфере или цветовой палитре ( Firewatch ). Иногда стилем акцентируют какие-то нюансы дизайна, но при этом не искажая и не нарушая общую атмосферу игры. (ранние части Broken Sword ). Такие проекты долго не теряют актуальность, ведь они не претендуют на реализм. В то время, как реалистичная графика устаревает очень быстро и через 2-3 года после релиза уже не выглядит так впечатляюще.
В народе такой визуал чаще всего называют "мультяшным". Если говорить профессиональным языком — это нефотореалистичный рендеринг ( NPR ). Если фотореализм заключается в том, чтобы максимально точно передать изображение с живой натуры, то стилизация в компьютерной графике вдохновляется артами, шаржами и картинами. И вообще, не все "мультяшные" игры для детей:) Например, Super Meat Boy : сочетание милоты и кровищи.
Пиксель-арт
Police Quest начиналась с примитивного пиксель-арта, но с каждой частью в картинках появлялось больше деталей, пока пиксель-арт не превратился в FMV-реализм Police Quest начиналась с примитивного пиксель-арта, но с каждой частью в картинках появлялось больше деталей, пока пиксель-арт не превратился в FMV-реализмНесмотря на последующую смену поколений с 8 бит на 16 бит и переход из 2D в 3D, пиксель-арт не считался устаревшей стилизацией, как, например, та же абстракция. Увеличивалось разрешение спрайтов, цветовая палитра, в анимациях стало больше кадров. В результате этот стиль до сих пор популярен, особенно среди инди, так как он менее затратный, чем 3D-продакшн. Из-за скачка в технологиях он поделился на 2 основные категории: ретро-пиксель-арт и современный пиксель-арт . Под "ретро" имеется в виду стиль, характерный для игр 70-х — середины 90-х годов, вызывающий ностальгические чувства у игроков.
Художник Матеуш Retro Ян, рисующий в стиле пиксель-арт, написал для издания Retronator Magazine статью, в которой попытался ответить на вопрос, в чём разница между пикселями и вокселями, но при этом рассказал намного больше.
Ян объяснил, чем игры девяностых отличаются от современных 2D и 3D-игр в пиксельной стилистике, а также изучил разные варианты такого подхода к созданию графики.
Редакция DTF публикует перевод материала.
Предупреждение: в тексте много картинок и GIF-анимаций, поэтому он может долго прогружаться. Особенно с мобильных устройств.
Ранее в этом году мне задали такой вопрос: в чём разница между пикселями и вокселями?
Иногда бывает сложно удержаться, поэтому вместо прямого ответа я написал по этому поводу целую статью.
Вопрос вполне логичен. Общество вываливает на вас что-то вроде постера к фильму «Пиксели», и вы не понимаете, что происходит. Это вот пиксели? Или это воксели? Это птица? Самолёт? Никто вам ничего не объясняет.
Я до сих пор не могу решить, должен ли я из своей любви к старым играм посмотреть этот фильм, или наоборот НЕ смотреть его.Но не бойтесь, пока я с вами, всё будет хорошо. К моменту, как вы прочитаете этот материал, вы будете знать всё про пиксели, воксели и всё, что находится между ними. Расслабьтесь, заварите чаю.
Начнём с основ, иначе вы не сможете понять общей картины. Есть два основных способа представления компьютерной графики: векторный и растровый.
Математическая точность векторной графики (слева) против дискретной природы растровой (справа).Векторная графика описывает изображение с помощью математических формул, обычно с помощью таких вещей как прямые, кривые и различные геометрические формы.
Растровая графика представляет изображение как массив цветных точек, расположенных друг за другом по сетке.
Второе различие — способ представления компьютерной графики в двумерном и трёхмерном пространстве. Если разделить их, а заодно векторную и растровую графику, то мы получим такую таблицу:
В двумерной векторной графике каждая точка на линии или фигуре описывается вектором с двумя составляющими (x и y). В общем, именно поэтому двумерная графика так и называется.
Именно так двухмерная векторная графика строит изображение с помощью двухмерных векторов.А вот пример низкополигонального двухмерного векторного изображения.
Оно построено исключительно из двумерных полигонов (в данном случае — треугольников). Изображение называется низкополигональным из-за сравнительно небольшого числа составных элементов. Именно поэтому треугольники легко заметны.
Добавим ещё одно измерение. В трёхмерной векторной графике всё работает так же, но добавляется ещё одна компонента — z. Три компоненты — три измерения.
Концепт игры Racetrack для iOS, Автор: Тимоти РейнольдсРазница между двумерным изображением Улуру и трёхмерной моделью гоночного трека в том, что на трек мы можем посмотреть под любым углом.
Чтобы отобразить трек на вашем экране (то есть на двумерной поверхности), мы выбрали несколько углов и отобразили трёхмерную геометрию на плоском изображении.
Так и получается двумерное изображение.
Но есть одна хитрость, позволяющая показать трёхмерную геометрию в 2D. Просто измените угол угол обзора или повращайте объект.
Да, действительно, перед нами трёхмерный объект. И даже очки не нужны!
Так, немного разогрелись. Теперь разберёмся с тем, как растровая графика работает в 3D и 2D.
Растровое двумерное изображение представляется массивом с определённым количеством столбцов и строк.
Каждая клетка в таком массиве называется пикселем (от слов picture element — pixel). Помимо его координат в массиве пиксель определяется цветом.
Мы уже узнали, что низкополигональное векторное изображение состоит из заметных полигонов. Если мы сделаем то же самое с растровой графикой и заметными пикселями, то получим пиксель-арт.
На двумерной пиксельной сетке можно изобразить трёхмерные объекты вроде автомобиля Lotus Esprit или X-Wing из «Звездных войн», но для изображения они не трёхмерны. Их нельзя покрутить и рассмотреть с разных сторон, как гоночный трек или машинку. Точно так же мы не можем вертеть рисунок Улуру — изображение состоит из полигонов, но они располагаются не в трёхмерном пространстве, а в двумерном.
Итак, мы поговорили о двумерной и трехмерной векторной графике и 2D-растровой графике. Не хватает только 3D-растровой графики.
В трёхмерной растровой графике всё пространство разделено на колонки и строчки по всем трём направлениям (высота, ширина и глубина). В результате трёхмерное пространство становится набором разноцветных кубов-вокселей (volume element — voxel, элемент объёма). Каждый воксель определяется цветом и расположением.
Мы уже знаем, как выглядит пиксель-арт. Воксель-арт выглядит похожим образом.
Похоже на LEGO, не правда ли?
Так как теперь мы смотрим на трёхмерное изображение, сцену можно рассмотреть с разных сторон. Вот так выглядит воксельный Татуин под другим углом:
Можно даже делать анимации. Вот это, например, анимированный воксельный персонаж от Sir Carma:
Сравните его с двумерным пиксельным персонажем:
То есть в воксельном изображении анимация изменяет цвет (или расположение) определённых маленьких кубов, а в пиксельном — меняется цвет квадратов-пикселей.
Теперь вам известна разница между пикселями и вокселями (и много чего ещё… прошу прощения).
Но давайте пойдём ещё дальше. Не время останавливаться. Я рассказал это всё потому, что на современных мониторах любая графика в конечном итоге отображается на двумерной растровой сетке.
Для нас это интересно потому, что люди, увлекающиеся пиксель-артом, создают его с помощью всех возможных видов графики.
«Я что, могу превращать воксели и трёхмерные модели в пиксель-арт?» — спросите вы. Именно так. С помощью особых техник рендеринга и шейдинга можно создавать совершенно уникальный пиксель-арт.
Схема наверху отображает не совсем полную картину. Двумерное векторное изображение можно отображать и сразу, без преобразований. Но всё не так просто.
Двумерное векторное изображение может отображаться напрямую только на векторном мониторе. Они, например, использовались на некоторых аркадных автоматах Atari.
Вот как оно бы выглядело на осциллографе.
Похожим образом иногда отображается трёхмерное векторное изображение.
Как я уже говорил, сначала трёхмерное изображение нужно отобразить на плоскости. Так получается двумерное векторное изображение, которое можно вывести на векторный монитор.
Настоятельно рекомендую глянуть трейлер аркадной игры VEC9:
В наши дни вы вряд ли найдёте векторный монитор где-нибудь за пределами музея. Люди используют мониторы, на которых отрисовываются… пиксели!
Современные ЖК-дисплеи окрашивают каждый отдельный пиксель в определённый цвет, включая или выключая маленькие красные, зелёные и синие жидкие кристаллы на каждую клетку. Если что, в старых ЭЛТ-мониторах работал похожий механизм: на каждый пиксель три разноцветных трубки зажигались под воздействием луча электронов.
Итак, что же мы делаем, если нам надо отобразить векторное изображение на растровом мониторе? Для этого используется техника растрирования. Каждый полигон (чаще всего треугольник) отображается на массив пикселей.
Трёхмерная графика прорисовывается на плоском мониторе так: сначала трёхмерные треугольники отображаются на плоскость и становятся двумерными полигонами, а затем полигоны растрируются и становятся набором пикселей.
Но что насчёт вокселей? Сегодня они чаще всего представляются как трёхмерные векторные кубы. Мы создаём трёхмерную модель с треугольниками по каждой стороне воксельного куба.
Так же, как и в прошлый раз, трёхмерные треугольники затем отображаются на плоское пространство, после чего растрируются в двумерное изображение.
Сегодня практически весь воксельный арт создаётся таким образом, чаще всего с помощью бесплатной программы MagicaVoxel.
Есть ещё один подход. Каждый воксель можно представить как точку в трёхмерном пространстве, то есть как кусочек объёма. Можно отрисовать воксель на плоском пространстве, если расположить пиксель в том же месте. Или наоборот: взять пиксель с экрана и отыскать в пространстве воксель, находящийся на том же месте.
Обратный подход называется ray casting («бросание лучей»). Луч направляется прямо в трёхмерное пространство, и летит, пока не наткнётся на воксель. На практике в пространство «бросается» столько лучей, сколько надо, чтобы покрыть все необходимые точки.
Впервые эта техника была использована в игре Wolfenstein 3D. В ней комнаты целиком состояли из вокселей. Рендеринг работал довольно быстро, потому что один луч отображал целую колонку пикселей на экране. Результат, по сути, получался двумерным, поэтому такую 3D-графику иногда называют 2.5D (потому что третье измерение вроде как не настоящее).
Сейчас Wolfenstein обычно не называют воксельной игрой, но именно она дала толчок к развитию воксельных движков девяностых.
Поначалу воксели использовались только для создания локаций. Из-за нехватки ресурсов разработчики не могли хранить информацию о каждой клетке пространства, но могли записывать высоту расположения вокселей на плоской карте (также известной как карта высот).
Карта высот (слева) показывает насколько высоко поднимаются колонки вокселей (чёрный – низкие колонки, белый - высокие).Так как вся информация о вокселях могла содержаться только в картах высот, то игры не могли создавать нависающие над игроком скалы. Но, господи, насколько же детализированными получались локации!
Ray casting был не единственной технологией воксельного рендеринга в девяностых. Существовали и другие. Каждая с собственными сильными сторонами: разрушаемое окружение, поддержка обработки моделей машин и персонажей и так далее. Это было что-то невероятное! Но, что иронично, именно такое разнообразие в итоге и привело к закату технологии.
В 2000 году началась эпоха графических карт или графических процессоров. Специальные встроенные в компьютер устройства, которые сейчас называются GPU, отлично справлялись с обработкой 3D-полигонов. Они делали это очень быстро, но больше ничего не умели. К несчастью, различные алгоритмы рендеринга вокселей (включая ray casting) остались за бортом.
Воксельные движки переехали на центральный процессор, но и у него хватало собственных проблем. Процессор думал о таких важных вещах, как физика, геймплей и игровой ИИ. Графические карты создавались для того, чтобы «переселить» рендеринг на отдельную микросхему. В результате рендеринг значительно ускорился, а у процессора освободились ресурсы на выполнение других задач. Воксельные движки не смогли угнаться за полигональной графикой. Так они и умерли.
С тех пор прошло 10 лет, и вдруг воксели вернулись. Помощь пришла с неожиданной стороны. Появилась игра, которая нашла к вокселям совершенно новый подход. Воксель – это куб, верно? И теперь эти кубы уже могли спокойно обрабатываться видеокартой. А дальше вы и сами всё знаете.
Давайте вспомним всё, о чём я рассказал, и попытаемся ответить на вопрос, с которого всё началось. Что же такое пиксели и что такое воксели?
Пиксель — мельчайший элемент двумерного пространства, разделённого дискретно на множество равных частей.
Каждый пиксель определяется вектором с двумя целыми числами X и Y. Именно поэтому пиксельное пространство дискретно, в то время как в векторной графике координаты определяются вещественными числами.
Соответственно, воксель — мельчайший элемент трёхмерного дискретного пространства, где все элементы имеют одинаковый размер.
Ну что, на этом всё? А вот и нет!
Как видите, определение довольно общее, а потому пиксели и воксели могут быть очень разными. Давайте попробуем соединить все четыре элемента таблицы вместе: растровое/векторное, а также 2D/3D.
В прежние времена для отображения 2D-спрайта на экране приходилось напрямую копировать биты из памяти, в которой хранились цвета спрайта, в память, хранящую данные об отображенных на экране цветах. Эта технология называется bit blit или bit BLT - bit block transfer (перенос блоков битов). Сейчас почти никто не рендерит двухмерную графику именно так.
Виртуальная консоль PICO-8 — один из немногих современных движков, работающих на блиттинге, но в прошлом двумерная графика не могла отображаться иначе.
PICO-8, Lexallofle Games (а также авторы показанных игр)Сейчас большинство графических движков работает с векторами, потому что видеокарты заточены именно под них. В таких условиях, чтобы отобразить изображение на плоском экране, его нужно нанести на полигон с помощью карты текстур.
Текстуры — двумерные растровые изображения, размещённые на трёхмерном полигоне.
Если не вдаваться в подробности, то именно так и работает трёхмерная графика.
Вот, например, как выглядит высокополигональная 3D-модель без текстуры и с текстурой высокого разрешения:
Благодаря шейдингу и картам текстур нам даже не нужно слишком много полигонов, чтобы получить приятно выглядящего персонажа.
Вот низкополигональная трёхмерная модель с качественной текстурой:
А если взять текстуру с низким разрешением, то получится приятная на вид низкополигональная модель с текстурами в стиле пиксель-арт:
Снова можно вспомнить Minecraft. Её блоки — воксели по определению (мельчайшие дискретные элементы игры), и по сторонам они покрыты пиксельными текстурами. Однако, обратите внимание, что не все блоки в игре — простые кубы.
Mirror’s Edge (слева-сверху), Max Payne (слева-снизу) и Minecraft (справа-снизу)А теперь разберёмся с 2D. Если натянуть текстуру на плоский прямоугольник, мы получим современную 2D-графику. На современном железе каждое 2D-изображение (чаще всего в данном контексте мы называем его спрайтом) отображается на прямоугольнике, состоящем из двух треугольников. Два треугольника (их пара называется квадом) рендерятся с натянутым на них спрайтом. И так изображение оказывается на своём месте.
С изображениями высокого разрешения всё понятно.
Но вот с текстурами в стиле пиксель-арта всё становится немного сложнее. Всё зависит от разрешения экрана, на котором отображаются спрайты.
Braid (слева-сверху), Path to the Sky (справа-сверху), Kingdom (снизу-справа)Мы уже знаем, что пиксельные текстуры без проблем наносятся на трёхмерные низкополигональные модели даже на экранах с большим разрешением. Снова подумайте о Minecraft. Ведь низкополигональные кубы всё равно рендерятся на дисплеях с разрешением 1920×1080.
То же самое можно сделать и с полигонами на плоскости. Возможно взять пиксель-арт, нацепить его на 2D-квад и отреднерить результат на мониторе с высоким разрешением. Тогда каждый пиксель на исходном изображении окрасит несколько пикселей на дисплее в определённый цвет.
Это называется пиксель-артом с большими пикселями. Каждый пиксель на спрайте увеличивается в размерах и становится большим квадратом на изображении.
Каждый пиксель на спрайте занимает квадрат в 3 на 3 пикселя на экране.Если спрайт вдруг наклоняется или поворачивается, то сразу становится заметно, что квадраты на экране состоят из нескольких пикселей:
Посмотрите на листву на этом изображении и сравните с вращающимся спрайтом при низком разрешении:
Обратите внимание, что пиксели на колесе остаются на одной линии и горизонтально, и вертикально, а на гифке из Path to the Sky большие пиксели на листве, птице и мосту заметно искажаются при движении.
Чтобы достичь этого, Kingdom полностью рендерится при низком разрешении и растягивает пиксели только на итоговом изображении. В то же время Path to the Sky, Hotline Miami и Moonman рендерят спрайты на монитор напрямую.
Kingdom — двумерная игра, но такой же подход можно применить и в трёх измерениях.
Если нацепить пиксель-арт текстуры на трёхмерные модели и отрендерить их при низком разрешении, получится что-то такое:
Техническое демо Pixel Art Academy, Matej ‘Retro’ JanС тенями всё нормально. Хотя на первый взгляд кажется, что перед вами пиксель-арт, на самом деле это полноценная 3D-сцена в низком разрешении с пиксельными текстурами.
Техническое демо Pixel Art Academy (под другим углом)Анимации, основанные на векторах (со скелетным ригом), могут использовать пиксельный стиль себе на пользу:
И если запустить рендер на низком разрешении, то анимация ещё сильнее начнёт напоминать пиксель-арт, почти как в случае с Kingdom.
Может быть, эта анимация и не кажется слишком качественной, но у неё есть свой стиль. Почти как в старых добрых играх девяностых.
А теперь снова поговорим о высоком разрешении. Существует игра, которая по полной использует свою трёхмерную природу, сохраняя двухмерный стиль. Это The Last Night от студии Odd Tales.
Их модели нарисованы в 2D, но наложены на трёхмерный мир со всеми современными графическими эффектами: динамическим освещением, bloom, depth of field, кинематографичными ракурсами камеры, отражениями и так далее.
Таким образом, разработчики создали трёхмерный мир, на который можно посмотреть с разных углов.
А вот ещё один пример качественного динамического 3D-освещения. Невероятно атмосферная игра с печальной судьбой — Confederate Express:
Все модели отрисованы в 2D, но каждый объект хранит данные по шейдингу для света, идущего с любого угла. Свет обрабатывается модулем Sprite Lamp, и благодаря ему кажется, что лучи попадают на трёхмерные объекты.
Проблема в том, что с таким подходом мы получаем только шейдинг для спрайтов, но тени всё равно не отобразятся корректно без трёхмерной геометрии объекта. А что может дать нам трёхмерную геометрию? Правильно. Воксели!
Отличным примером такого подхода является недавно анонсированная игра Pathway:
Кажется, словно графика состоит исключительно из плоских спрайтов, но на самом деле модельки в игре полностью объёмные. Разработчики девяностых пытались сделать свою графику максимально реалистичной и современной. Но разработчики из студии Robotality не собираются заходить так далеко, им достаточно, чтобы воксель на экране соответствовал размеру пикселя на мониторе. В результате графика выглядит как очень приятный для глаза пиксель-арт, но у движка есть вся необходимая ему 3D-информация.
В подходе к отображению вокселей в стиле пиксель-арта нет ничего инновационного. Впервые такая технология была использована в игре FEZ. Авторы называли кубики, из которых состояла игра, трикселями (3D-пикселями). Триксель — это куб со сторонами в 16 вокселей.
В каждый отдельный момент времени игрок видит FEZ только с одного угла, и поэтому ему кажется, что он видит мир в 2D. Именно поэтому FEZ выглядит как пиксель-арт, но мир всё равно может вращаться.
Привет, Пикабу)
Продолжаем изучать мир CG игровой индустрии)
Сегодня я хочу поговорить с вами о видах графики в играх. Их очень много. Я постарался как-то сгруппировать их и классифицировать. Возможно многое забыл, не вспомнил, не знал. Дополняйте, это будет полезно и мне и другим читателям) Приступим.
Графика на мобильных устройствах по стилю не отличается от графики на ПК или консолях. Просто на более мощных платформах преобладет стиль реализма, а в мобильных играх мультяшный стиль. По очевидным причинам) Поэтому я не буду разделять игры по этим группам.
Я бы начал с реализма. В реализме выходят почти все трипл-А проекты. Причем сеттинг может быть какой угодно, будь то sci-fi, вестерн или наше время. Градостроители, шутеры, симуляторы и т.д.
Реализация может быть различна. Portal bridge constructor спорный момент) там человечки не очень то реальны, но остальные материалы довольно реалистичны.
"Low Poly Art"
Это целая религия. Люди любят low poly. Года два назад был бум лоу поли. Но и сейчас выходят проекты в этом стиле, довольно высокого качества. Правда часто его смешивают с другими стилями или как-то видоизменяют.
Лоу поли характеризуется чаще всего низкополигональными моделями без сглаживания. То есть отчетливо видно каждый полигон. Текстуры не используют. Каждый полигон имеет один цвет. Так и красят. Ну это как правило. Бывает и текстуры и много чего. Разработчики импровизируют и часто получаются прекрасные визуальные сочетания. Сложность моделей варьируется. Но преобладает минимализм, "чистота" моделей.
"Hand Painted"
Еще одна религия. Чаще всего этот стиль используют в фэнтези. Дота, варкрафт и т.д. Но не только этими играми характеризуется данный стиль. Он может быть с уклоном в комиксы, мультики или даже реализм.
Характеризуется он рисованием текстур от руки. Все тени, блики, а иногда и мелкие детали рисуются на текстуре без геометрии. Хэнд Пэйнтед может быть разный) Мы его еще вспомним дальше) Здесь я скорее привел "классику".
"Cartoon" или мультяшная (казуальная)
По сути и лоу поли и хэнд пэйнтед может быть отнесен к этой группе. Бывает текстуры для такой графики рисуют от руки, бывает не используют текстуры совсем) Но я решил сделать казуальную графику отдельной группой.
Отличительными чертами будет красочность, относительная простота, преувеличение акцентов и нестандартные пропорции) Да, грань очень тонкая, но все таки такие игры отличаются и от лоу поли и от хэнд пэйнтед. Тут уж кто какие цвета подберет, кто сколько полигонов вложит и т.д.)) У каждого автора свой собственный стиль. И игры в такой стилизации приобретают неповторимый стиль автора) И этим они прекрасны)
Как мультики: рик и морти по стилю отличаются от микки мауса или зверополиса) Но по сути все является мультфильмами)
Но все же в казуальной графике можно выделить отдельные подстили с ярко-выраженными отличичтельными чертами) Например.
Воксельный стиль - некий пиксель арт в 3D) Все состоит из вокселей (трехмерный куб одного цвета). Тоже есть вариации, когда воксели имеют текстуру, как в майнкрафт)
Пластилиновый стиль) Тут все просто для восприятия) Все сделано из пластилина)
3D pixel art. Как правило низкополигональные модели с пиксельной тектсурой)
А это little big planet) Как мы все хорошо знаем, там картонные и тканевые фигуры)
Ну вот это все, что я смог вспомнить)
Оригинальный визуальный стиль всегда находится в выйгрышном положении по сравнению с тысячами одинаковых игр. Оригинальность может выражаться в необычной рисовке текстур, в необычных чертах персонажей, в необычной геометрии моделей и так далее)
Под понятие 3D-графики можно отнести двухмерные изображения с элементами объема, который придается за счет работы с освещением и другими элементами, создающими на экране визуальную иллюзию. Еще к 3D-графике относятся полноценные трехмерные модели, создаваемые в специальных программах и применяемые в играх, кинематографе и мультипликации.
Далее я предлагаю детальнее остановиться на этом типе графики, разобраться во всех ее тонкостях, характеристиках и принципах создания при помощи современных технологий.
Что такое 3D-изображение
Для начала остановимся на 3D-изображениях и поймем, что вообще делает их трехмерными и какие типы картинок можно отнести к этой категории. Если при просмотре изображения вы можете описать ширину и высоту, но не наблюдаете глубины, значит, это двухмерная графика. Значки на рабочем столе и указатели на улицах – все это относится к 2D-графике (за некоторым исключением, когда художник использует тень или другие приемы, чтобы сделать картинку объемной). 3D-изображение обязательно обладает глубиной, то есть является объемным. Простой пример такой графики вы видите на следующем изображении:
Если нарисовать квадрат, представив только основные его четыре линии, это будет двухмерная модель. Но если немного повернуть квадрат, дорисовать грани и вершины, получится куб, являющийся объемным элементом, а значит, к нему относится характеристика 3D-модели.
История развития 3D
Полноценное представление 3D-элементов на экране мир увидел в короткометражном фильме «A Computer Animated Hand», вышедшем в 1972 году. На скриншоте ниже вы видите то, как аниматоры смогли спроектировать человеческую руку и анимировать ее на экране.
Это дало сильный толчок в развитии анимационных технологий и применении подобных эффектов в кинематографе. Одним из первых фильмов, в котором зритель мог увидеть анимацию человеческого лица, считается «Futureworld», вышедший в 1976 году. Сразу после этого трехмерная графика начала прогрессировать очень быстро. Появились специальные программы, кинокомпании стали набирать сотрудников соответствующих должностей и реализовывали самые разные эффекты в своих проектах. Обладатели персональных компьютеров уже в начале 80-х годов могли скачать программу под названием 3D Art Graphics, которая включала в себя набор различных трехмерных объектов и эффектов.
Создание трехмерной графики
Как же работает трехмерная графика на компьютерах и на какие этапы делится ее создание?
3D-моделирование. На компьютере создается модель, в точности передающая форму объекта, который нужно представить. Это может быть любой предмет, животное или человек. В общем, все, что нас окружает. Существует несколько видов трехмерного моделирования, каждый из которых имеет свои особенности и принципы, но сейчас не будем вдаваться в эту тему. Если хотите, можете ознакомиться с такими программами, как Blender или 3Ds Max, чтобы узнать, как трехмерные объекты рисуются при помощи программ.
Сценарий и анимация. Модели всегда размещены на сцене и необходимы для выполнения определенного действия: перемещения, разрушения или передачи любого другого эффекта. Для расположения объектов на сцене и их анимирования может использоваться та же программа, которая применялась и для моделирования, но иногда разработчики обращаются к другому софту. Анимации тоже бывают разными, например, сейчас особо популярен захват движения (когда программа считывает движения человека и передает их на трехмерную фигуру).
Рендеринг. Завершающий процесс работы над проектом. Подразумевает обработку цветов, типов поверхности, освещения и всех других параметров сцены. Для обработки необходим мощный компьютер, способный быстро считывать кадры и выдавать на экран необходимый результат.
3D-моделирование
В рамках этой статьи остановимся только на 3D-моделировании, поскольку именно этот процесс и является основной трехмерной графики. Вы уже знаете, что для выполнения данной операции используется специальный софт. Аниматор может взаимодействовать как с отдельными геометрическими фигурами и точками, преобразовывая их в необходимый объект, так и с одной болванкой, доводя ее до необходимой формы (как скульптор в реальной жизни).
Изначально модель имеет серый цвет, поэтому обязательным этапом является наложение текстур и материалов. В крупных компаниях этим занимается специально обученный человек, получивший заготовку от 3D-моделировщика. Он по эскизам или специальным шаблонам накладывает на модель различные элементы, имитирующие волосы, ткань или типы поверхностей. Это и делает 3D-модель похожей на настоящую.
Тему можно развивать бесконечно, поскольку 3D-графика обладает огромным множеством интересных особенностей, которые делают индустрию такой сложной и высокооплачиваемой. Кинокомпании тратят миллионы долларов на создание моделей и эффектов, которые в реальной жизни повторить проблематично и еще более затратно. Сейчас при помощи 3D-графики создаются практически все современные игры и мультфильмы.
Пиксель - минимальный элемент любого растрового двумерного изображения. Это точка, которая имеет определенный цвет и местоположение.
Название "пиксель" (или пиксел) - сокращение от piсture element, элемент изображения. В русскоязычной литературе лет 20 назад можно было увидеть сокращение элиз, но оно не прижилось.
Также пикселем называют элементы матрицы дисплеев и цифровых датчиков изображения (хотя для датчиков лучше подходит сенсель - сенсорный элемент).
Что такое растровое изображение
Пиксели объединяют в растровые изображения. Это матрицы (двумерные таблицы), которые состоят из клеток-пикселей.
В каждом растровом изображении определенное количество точек по горизонтали и по вертикали. Все столбцы включают одинаковое количество пикселей. Как и все строки.
Важно, что пиксель неделимый. Если в атоме можно выделить ядро и электроны, то с пикселем такой номер не пройдет. Сделать из одного пикселя несколько (например, при увеличении картинки) может только специальный алгоритм. Но тогда, по сути, это будут уже элементы нового изображения - и также неделимые.
Разве бывают не растровые изображения? Да, векторные. Это скорее набор формул, по которым рисуются линии и заполняются пространства между ними. Векторное изображения можно уменьшить или увеличить без потери качества. Когда же вы растягиваете растровое изображение, появляется зернистость и дефекты - как если бы вы, к примеру, составили свой портрет из крупных кубиков вместо мелких деталей Lego.
Что такое разрешение изображения
Разрешение изображения определяют в пикселях. Вы могли встречать два варианта:
ширина и высота картинки, например, 1920х1080 пикселей;
плотность пикселей - например, 300 пикселей на дюйм (ppi - pixels per inch).
В первом случае всё понятно: цифры показывают, сколько пикселей в строке, а сколько - в столбце. Если же говорят о плотности, то представляют квадрат со стороной в один дюйм (2,54 см) и считают, сколько пикселей в нем поместится (на площади, а не по одной стороне).
Чем выше разрешение, тем лучше детализировано изображения, тем больше деталей можно рассмотреть. Тем мельче физический размер самого пикселя, а значит, можно передать тончайшие линии и мягкие переходы цвета.
Именно поэтому производители смартфонов, телевизоров и другой техники делают такой акцент на больших цифрах. Но дело в том, что человеческий глаз не способен воспринять больше 300 пикселей на дюйм. Изображение такого разрешения и выше он видит цельным и не разделяет на отдельные точки. Но если повышать разрешение, мы этого не увидим - только переплатим.
Какой формы пиксель
Из уроков математики мы знаем, что у точки нет ни формы, ни размера. Это лишь абстракция. Круглые точки потому, что такой след оставляет грифель карандаша или стержень ручки.
В цифровом растровом изображении пиксели считаются квадратными. Ведь это ячейки таблицы, которые расположены в вертикальных столбцах и горизонтальных строках строго друг за другом.
Пиксели на экранах устройств могут иметь разную форму - всё зависит от технологии производства экрана. Обычно один пиксель отображается с помощью трех цветных элементов (красного, зеленого и синего), которые могут светиться с разной интенсивностью. Форма и расположение этих элементов бывают разными. Также порой для корректной цветопередачи используется два элемента красного цвета, один зеленый и один синий; комбинации могут быть и другими.
Но логически пиксели всё равно представляют в виде квадратов. Так проще и понятнее.
Читайте также: