लोकप्रिय रूप से कंप्यूटर 3 डी ग्राफिक्स, भाग 1 के बारे में

हम सभी ने 3 डी ग्राफिक्स के बारे में सुना है (इसके बाद बस 3 डी, प्रदर्शन विधि - होलोग्राम, 3 डी मॉनिटर आदि) के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए, कई लोग अच्छी तरह से जानते हैं कि 3 डी क्या है और इसके साथ क्या खाया जाता है। लेकिन, फिर भी, ऐसे लोग हैं जो अस्पष्ट रूप से कल्पना करते हैं कि इस संक्षिप्त नाम के तहत क्या निहित है। यह लेख उन लोगों के लिए है जिनका कंप्यूटर ग्राफिक्स के बारे में कोई विचार नहीं है। कंप्यूटर ग्राफिक्स के इतिहास में (निम्नलिखित योजनाबद्ध भागों में) थोड़ा सा विषयांतर भी होगा।
3 डी क्यों? जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, हम 3 आयाम, या तीन आयामों के बारे में बात कर रहे हैं। और यह उसी समय आवश्यक नहीं है कि प्रदर्शन 3 डी में होना चाहिए। यह चित्र बनाने के तरीके के बारे में है।

भाग 1. वास्तव में, मॉडलिंग
परंपरागत रूप से, वे 2 डी (एक्स और वाई कुल्हाड़ियों के साथ) में खींचे जाते हैं - कागज, कैनवास, लकड़ी, आदि पर। इसी समय, विषय के एक पक्ष को प्रदर्शित किया जाता है। तस्वीर खुद सपाट है। लेकिन अगर हम विषय के सभी पहलुओं का विचार प्राप्त करना चाहते हैं, तो कुछ चित्र बनाना आवश्यक है। यह पारंपरिक हाथ से तैयार एनीमेशन में किया जाता है। लेकिन, एक ही समय में, (वैसे, यूएसएसआर में यह काफी अच्छी तरह से विकसित हुआ था) तथाकथित है कठपुतली एनीमेशन। एक बार बनाई गई गुड़िया को आवश्यक पोज़ और फोरेशोर्नेटिंग में हटा दिया जाता है, जिससे "सपाट चित्रों" की एक श्रृंखला प्राप्त होती है। 3 डी (गहराई Z के X और Y निर्देशांक जोड़े जाते हैं) विज़ुअलाइज़ेशन एक ही "गुड़िया" है, जो केवल डिजिटल रूप में मौजूद है। दूसरे शब्दों में, विशेष कार्यक्रमों (ब्लेंडर, 3 डी मैक्स, माया, सिनेमा 4 डी, आदि) में एक तीन आयामी छवि बनाई जाती है, उदाहरण के लिए, एक कार।

इस पद्धति का लाभ यह है कि, मान लीजिए, एनीमेटर में एक त्रि-आयामी मॉडल है, आपको बस इसे ठीक से फ्रेम में रखने की आवश्यकता है, चेतन (यदि आंदोलन के प्रक्षेपवक्र सेट करें या सिम्युलेटर का उपयोग करके गणना करें) यदि आवश्यक हो, और अंतिम तस्वीर में कार का प्रदर्शन एक विशेष पर गिरता है एक विज़ुअलाइज़र नामक एक कार्यक्रम। एक और लाभ यह है कि यह एक बार मॉडल को खींचने के लिए पर्याप्त है, और फिर इसे अन्य परियोजनाओं में (कॉपी करके), संशोधित, विकृति, आदि का उपयोग करें। अपने विवेक पर। एक सामान्य 2D ड्राइंग के लिए, सामान्य स्थिति में, यह संभव नहीं है। तीसरा लाभ यह है कि आप लगभग असीम रूप से विस्तृत मॉडल बना सकते हैं, उदाहरण के लिए, घड़ियों पर भी मॉडल cogs, आदि। सामान्य शब्दों में, यह पेंच अप्रभेद्य हो सकता है, लेकिन जैसे ही हम कैमरे को करीब लाते हैं, विज़ुअलाइज़र प्रोग्राम गणना करेगा कि फ्रेम में क्या दिखाई दे रहा है और क्या नहीं है।

कई मॉडलिंग विधियां हैं, लेकिन बहुभुज मॉडलिंग सबसे लोकप्रिय है। आप अक्सर 3D या विज्ञान कथा फिल्मों के वीडियो में देख सकते हैं कि यह या उस वस्तु को तथाकथित के रूप में कैसे दर्शाया गया है। ग्रिड। (ऊपर आंकड़ा देखें) यह बहुभुज मॉडलिंग का एक उदाहरण है। इसका सार यह है कि सतहों को सरल ज्यामितीय दो-आयामी प्रिमिटिव के रूप में दर्शाया जाता है। कंप्यूटर गेम में, ये त्रिकोण हैं, अन्य उद्देश्यों के लिए, वे आमतौर पर बड़ी संख्या में कोणों के साथ चतुष्कोण और आंकड़े का उपयोग करते हैं। मॉडल को बनाने वाले इन आदिम तत्वों को बहुभुज कहा जाता है। लेकिन एक 3 डी ऑब्जेक्ट बनाते समय, वे एक नियम के रूप में, चतुर्भुज के साथ प्राप्त करने का प्रयास करते हैं। यदि आवश्यक हो, तो क्वाड्रांगल्स (बहुभुज) बिना किसी समस्या के त्रिकोण में बदल जाते हैं, जब गेम इंजन को निर्यात किया जाता है, और यदि आवश्यक हो, तो क्वाड्रैंगल्स का एक मॉडल, एक नियम के रूप में, कलाकृतियों के बिना, स्मूथिंग या टेसलेशन किया जाता है।
टेसलेशन क्या है? यदि कुछ ऑब्जेक्ट को बहुभुज (विशेष रूप से कार्बनिक वस्तुओं, उदाहरण के लिए, एक व्यक्ति) के रूप में दर्शाया जाता है, तो यह स्पष्ट है कि बहुभुज का आकार जितना छोटा होगा, उतना ही वे मूल के करीब हो सकते हैं। टेसलेशन विधि इस पर आधारित है: पहले, एक मोटे रिक्त को बहुभुज की एक छोटी संख्या से बनाया जाता है, फिर टेसेलेशन ऑपरेशन लागू किया जाता है, और प्रत्येक बहुभुज को 4 भागों में विभाजित किया जाता है। इसलिए, यदि एक बहुभुज चतुष्कोणीय है (या इससे भी बेहतर, यह एक वर्ग के करीब है) तो tessellation एल्गोरिदम बेहतर और अधिक अनुमानित परिणाम देते हैं। इसके अलावा, चौरसाई ऑपरेशन, और यह एक ही tessellation है, केवल कोण के परिवर्तन के साथ अधिक obtuse के लिए, वर्ग के करीब बहुभुज के साथ, आप एक अच्छा परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देता है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, अधिक बहुभुज, जितना अधिक मॉडल हो सकता है (हो सकता है क्योंकि मॉडल अभी भी मूल के समान होना चाहिए, और यह मॉडलर के कौशल का मामला है, न कि बहुभुज) मूल जैसा दिखता है। लेकिन पॉलीगनों की एक बड़ी संख्या में एक नकारात्मक पहलू है: कम प्रदर्शन। अधिक बहुभुज, जितने अधिक बिंदु वे बनाए जाते हैं, उतना ही अधिक प्रोसेसर को संसाधित करना पड़ता है। इसलिए, 3 डी ग्राफिक्स हमेशा मॉडल शोधन और प्रदर्शन के बीच एक समझौता है। इस संबंध में, शब्द भी दिखाई दिए: हाई पॉली और लो पॉली, क्रमशः एक हाई-पॉली मॉडल और एक लो-पॉली मॉडल। खेलों में, लो-पॉली मॉडल का उपयोग किया जाता है, क्योंकि वे वास्तविक समय में प्रस्तुत करते हैं। वैसे, उत्पादकता बढ़ाने के लिए खेलों में मॉडलों को त्रिकोणों द्वारा दर्शाया गया है: GPUs हार्डवेयर स्तर पर प्रति सेकंड सैकड़ों लाखों त्रिकोणों को संसाधित कर सकते हैं।

एक नियम के रूप में, बहुभुज मॉडलिंग खोखले मॉडलिंग को संदर्भित करता है, जहां ऑब्जेक्ट में केवल वॉल्यूम होता है, लेकिन अंदर यह खाली है। इसका मतलब है कि अगर हम एक क्यूब का अनुकरण करते हैं और फिर दीवारों में से एक को हटाते हैं, तो हम अंदर एक शून्य देखेंगे। ठोस मॉडलिंग के लिए भी कार्यक्रम हैं, जहां एक ही घन को एक अखंड वस्तु के रूप में दर्शाया जाता है। ऐसे कार्यक्रमों में (उदाहरण के लिए, ऑटोडेस्क आविष्कारक), गणितीय मॉडल का उपयोग किया जाता है जो कि बहुभुज मॉडलिंग में उन लोगों से अलग होते हैं। ठोस-राज्य मॉडलिंग एल्गोरिदम प्रौद्योगिकी के विकास में मॉडलिंग तंत्र के लिए बेहतर अनुकूल हैं। ऑटोडेस्क इन्वेंटर जैसे कार्यक्रमों में मॉडलिंग उपकरण होते हैं जो प्रक्रिया की बारीकियों को ध्यान में रखते हैं, जैसे कि चामर, ड्रिलिंग छेद, आयाम आयाम, सहिष्णुता, आदि। परिणामी मॉडल को तुरंत धातु या अन्य सामग्री में उत्पाद प्राप्त करने के लिए एक उपयुक्त मशीन पर भेजा जा सकता है।
तथाकथित 3 डी मॉडलिंग कार्यक्रम (जेडब्रश, ऑटोडेस्क मडबॉक्स) भी हैं, जिसमें अवकाश या उभार के निर्माण के लिए मॉडलिंग को कम (मोटे तौर पर बोलना) किया जाता है। यह तकनीक इसी तरह की है कि मूर्तिकार किस तरह से मिट्टी से मूर्तिकला करते हैं - अनावश्यक को हटाकर और आवश्यक जोड़ते हैं। ऐसे कार्यक्रमों का उपयोग करके, आप यथार्थवादी सतह राहत प्राप्त कर सकते हैं, जैसे कि त्वचा पर झुर्रियाँ या ऊतक की झुर्रियाँ। वर्तमान में, हाई-पॉली (और मॉडलिंग के लिए मॉडल के पास ठोस संख्या में पॉलीगॉन होना चाहिए) लोगों के यथार्थवादी मॉडल और सामान्य रूप से जानवरों के साम्राज्य का प्रदर्शन किया जाता है, अधिकांश भाग के लिए, मॉडलिंग कार्यक्रम का उपयोग करते हैं। यह सामान्य अभ्यास है जब एक मॉडल को बहुभुज मॉडलिंग का उपयोग करके बनाया जाता है, और फिर छोटे भागों को मॉडलिंग कार्यक्रम में जोड़ा जाता है।

लेकिन यहाँ हमारे पास एक तैयार मॉडल है, कहते हैं, एक टैंक। लेकिन टैंक, वास्तव में, यह काफी पसंद नहीं है। यहाँ क्या मामला है? इस स्तर पर, हमारे पास केवल गणितीय मॉडल है जिसमें केवल ज्यामितीय आकार के बारे में डेटा है। लेकिन रूप के अलावा, एक वास्तविक वस्तु में रंग, घनत्व, चिंतनशील क्षमता और, संभवतः, गंध भी होती है। उत्तरार्द्ध अभी तक 3 डी ग्राफिक्स में लागू नहीं किया गया है, लेकिन बाकी सब कुछ मॉडलिंग किया जा सकता है। मॉडल को सही रंग और चमक देते हुए बनावट कहा जाता है, शब्द बनावट से।

सामान्य तौर पर, एक बनावट एक दो-आयामी ड्राइंग है जो एक 3 डी मॉडल पर आरोपित है। बनावट या तो प्रक्रियात्मक हो सकती है - एक एल्गोरिथ्म का उपयोग करके उत्पन्न की जाती है, या ग्राफिक्स संपादक में खींची जाती है, या एक वास्तविक वस्तु की तस्वीर। बनावट का उपयोग करते हुए, मॉडल का पैटर्न और रंग निर्धारित किया जाता है, लेकिन वास्तविक सतह में अन्य पैरामीटर हैं: परावर्तन, अपवर्तन, राहत, अस्पष्टता, आदि। इन सभी मापदंडों को भौतिक गुणों में सेट किया गया है। यानी 3 डी ग्राफिक्स के दृष्टिकोण से सामग्री सतह मापदंडों का वर्णन करने वाला एक निश्चित गणितीय मॉडल है। उदाहरण के लिए, पानी के लिए, पारदर्शिता और अपवर्तक, चिंतनशील क्षमताओं को इंगित करना आवश्यक है।
सामग्री को 3D मॉडल पर "लागू" करने से पहले, इसका स्कैन बनाना आवश्यक है, अर्थात एक विमान पर प्रक्षेपण के रूप में सभी (कई, एक) सतहों का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह आवश्यक है ताकि तब मॉडल पर दो आयामी बनावट सही ढंग से "झूठ" हो।
इस प्रकार, सामान्य मामले में एक 3D मॉडल के निर्माण में निम्नलिखित चरण होते हैं:
1. संदर्भ की छवियों को प्राप्त करना (यानी, जिसमें से इसे मॉडल किया जाएगा) या स्वयं संदर्भ। या एक भ्रमण ड्राइंग।
2. संदर्भ के आधार पर मॉडलिंग ज्यामिति।
3. एक झाडू बनाएँ।
4. पाठों को ड्रा करें या उन्हें फ़ाइलों के रूप में किसी अन्य तरीके से प्राप्त करें।
5. सामग्री मापदंडों (बनावट, अपवर्तन, प्रतिबिंब, पारदर्शिता) का समायोजन।
अब 3D मॉडल विज़ुअलाइज़ेशन के लिए तैयार है - एक चित्र प्राप्त करना।
पहला और चौथा अंक छोड़ा जा सकता है यदि मॉडल सरल है, लेकिन, एक नियम के रूप में, सभी 5 चरणों के बिना अच्छे परिणाम प्राप्त नहीं किए जा सकते हैं।
संक्षेप में कहना।
कागज पर सामान्य ड्राइंग, कहते हैं, और एक 3 डी छवि के निर्माण के बीच की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण अंतर हैं। एक दो आयामी ड्राइंग, एक नियम के रूप में, दो चरणों में बनाया गया है: स्केच और रंग। 3 डी ग्राफिक्स में, मॉडल बनाने के बाद, इसे अन्य वस्तुओं (या तथाकथित स्टूडियो) के साथ एक दृश्य में रखा जाना चाहिए, प्रकाश व्यवस्था, एक कैमरा जोड़ें, और उसके बाद ही आप अंतिम चित्र प्राप्त करने की उम्मीद कर सकते हैं। 3 डी ग्राफिक्स में छवि की गणना एक भौतिक मॉडल के आधार पर की जाती है, एक नियम के रूप में, यह प्रतिबिंब, अपवर्तन, बिखरने, आदि को ध्यान में रखते हुए एक प्रकाश किरण के प्रसार का एक मॉडल है। पेंट्स के साथ ड्राइंग हम खुद छाया, चकाचौंध, आदि खींचते हैं, और एक त्रि-आयामी ग्राफिक में हम प्रकाश, सामग्री, ज्यामिति, कैमरा गुणों को ध्यान में रखते हुए दृश्य तैयार करते हैं, कार्यक्रम अंतिम तस्वीर की गणना करता है।

अभी के लिए बस इतना ही। टिप्पणियाँ, और विशेष रूप से योग्यता पर सवाल और टिप्पणी, स्वागत है।

PS निम्नलिखित भागों में (यदि यह हबशॉब्सहॉस्टेवो के लिए दिलचस्प है) तो हम गेम, विज़ुअलाइज़ेशन, डायनामिक मीडिया के मॉडलिंग जैसे पानी, किसी वस्तु को नष्ट करने के लिए तीन आयामी मॉडलिंग के बारे में अधिक विस्तार से बात करेंगे, और हम 3 डी ऑब्जेक्ट्स, 3 डी ग्राफिक्स के इतिहास के बीच गतिशील बातचीत पर स्पर्श करेंगे।