OSNOVA

• základní informace
• 3D model
• typy 3D modelování
• textury a materiály
• světlo
• kamera
• rendering
• animace
• zobrazení 3D objektu na 2D obrazovce
• výkon a hardware
• formáty 3D souborů
• programy
• využití

• výhody a nevýhody

• grafika zobrazovaná ve třech rozměrech (šířka, výška, hloubka)
• používá souřadnice X, Y, Z
• vytváří dojem prostoru a hloubky
• umožňuje realistické modelování objektů
• Použití: hry, filmy, animace, architektura, reklamy
• ZÁKLADNÍ PRINCIP 3D GRAFIKY

  • 3D grafika pracuje ve třech krocích:

    1\. Modelování – vytvoření 3D objektu  
    2\. Texturování – přidání povrchu (barva, materiál)  
    3\. Rendering – výpočet finálního obrazu (vypočítání světla, stínů, odrazů)
    

• 3D MODEL
  • tvořen pomocí vrcholů (vertices), hran (edges) a ploch (faces, polygon)
  • nejčastěji trojúhelníky (nejjednodušší stabilní plocha)
  • Čím více polygonů model obsahuje:
    • tím je detailnější
    • tím je náročnější na výkon
• TYPY 3D MODELOVÁNÍ
  • Polygonální modelování
    • objekt tvořen sítí polygonů (nejčastěji trojúhelníky nebo čtyřúhelníky)
    • Polygonální síť (mesh) z - vrcholů, hran, ploch
    • Ze základních tvarů -> složitější objekty
    • Tvarování - dělení ploch na menší, posouvání vrcholů, přidávání nových polygonů

    • Výhody - jednoduché vytváření

       \- vhodné pro real-time rendering
      

• Nevýhody - malý počet polygonů -> hranatý objekt

    \- vysoký počet polygonů \-\> zatěžuje grafickou kartu
  

• nejčastější ve hrách, VR, filmová animace (jednodušší modely)
  • NURBS modelování
    • založeno na matematických křivkách a plochách
    • Povrch je vypočítáván podle vzorců ne z polygonů - dokonale hladké plochy
    • Výhody - přesné tvary, hladké plochy, ideální pro technické návrhy
    • Nevýhody - složitější výpočty, převod do polygonů při renderingu
    • používá se v architektuře, letectví, automobilový průmysl
  • Sochařské modelování (sculpting)
    • digitální modelování podobné práci s hlínou
    • Tvarování - tahání, vyhlazování, přidávání materiálu
    • Model může mít miliony polygonů
    • Používá se dynamické rozdělování ploch
    • Výhody - realistické výsledky, vysoký detail
    • Nevýhody - vysoké nároky na výkon, velký počet polygonů, často se musí optimalizovat pro hry
    • používá se u filmových nebo herních postav a detailních modelů
• TEXTURY A MATERIÍÁLY
  • textura = 2D obrázek aplikovaný na 3D objekt (barva, vzor, detaily)
  • materiál určuje chování povrchu vůči světlu: lesk, průhlednost, odraz světla
  • používá se UV mapování (rozbalení 3D objektu do 2D plochy)
• SVĚTLO
  • simuluje reálné osvětlení, bez něj model vypadá nepřirozeně
  • vytváří: stíny, odrazy, atmosféru (např. barvou světla)

  • typy světel: bodové - z jednoho bodu do všech směrů, intenzita se snižuje se vzdáleností (lampy, světla v místnosti, malé zdroje světla)

    směrové - svítí jedním směrem, vzdálenost od objektu nehraje roli, ostré stíny (slunce, velké zdroje světla)
    plošné - z určité plochy, měkčí a realističtější stíny, výpočetně náročné (studiové osvětlení, realistické filmové scény)

• KAMERA
  • určuje pohled na scénu
  • nastavuje: úhel, vzdálenost, perspektivu
  • může být statická nebo animovaná
• RENDERING
  • proces výpočtu finálního obrazu ze scény (velmi náročný proces)
  • počítá: světlo, stíny, odrazy, materiály

  • může být: real-time rendering (v reálném čase – hry)

    offline rendering (dlouhý výpočet – filmy)

• ANIMACE
  • změna polohy objektů v čase
  • používá se:
    • keyframing (klíčové snímky)
    • motion capture (snímání pohybu herců - Polar Expres, Avatar)
  • využití: filmy, hry, reklamy
• ZOBRAZENÍ 3D OBJEKTU NA 2D OBRAZOVCE
  • používá se projekce (převod 3D prostoru na 2D plochu)

  • typy: perspektivní (objekty v dálce jsou menší)

    ortogonální (bez perspektivy, technické výkresy)

• VÝKON A HARDWARE

  • 3D grafika je náročná na: procesor (CPU)

            **grafickou kartu** (GPU)
    

• GPU: specializovaná jednotka pro výpočty grafiky

    používají se technologie:
  

• ray tracing (simulace realistického světla)
  • shader (program určující vzhled povrchu)
• FORMÁTY 3D SOUBORŮ
  • OBJ, STL (3D tisk), BLEND, FBX
• PROGRAMY
  • Blender, Autodesk Maya, Cinema 4D, 3ds Max, ZBrush
• VYUŽITÍ
  • počítačové hry
  • animované filmy
  • architektonické vizualizace
  • medicína
  • průmyslový design
  • virtuální realita (VR)
• VÝHODY A NEVÝHODY
  • Výhody - realistické zobrazení, simulace prostoru, interaktivita
  • Nevýhody - vysoké nároky na hardware, složitější tvorba, delší čas výpočtu