1 межрегиональный Фестиваль науки и искусства «Личность, интеллект, Культура»

1 межрегиональный Фестиваль науки и

искусства «Личность, интеллект, Культура»

Секция «Математика. Информатика»

Иллюзия трехмерного изображения

Работу выполнили

ученики 11 класса

Плохин Антон и

Летфуллина Алина

МАОУ «СОШ №2»

Руководитель:

учитель информатики

г. Нурлат Республика Татарстан 2011 г.

Содержание

2  Введение 3-4

3  Основная часть

3.1  Творчество без границ 5

3.2  Стереокинематограф 5-6

3.3  Рендеринг, графический движок, социологический опрос 6-7

3.4  Моделирование трехмерного пространства в движках 8

3.5  Пошаговое создание проекта в Blender 3D 9-10

4  Заключение 11

5  Список используемой литературы 12

Введение

Мир не плоский. Он и не одноцветный. Он и не идеально ровный. Это место, полное всевозможных цветов, кое-где сухое, а в других местах мокрое. В нем полно неровностей и возвышенностей, но попадаются и ровные, как стол, участки. И все это воздействует на наши чувства.

Компьютеры часто пытаются вызвать у нас те же ощущения, что возникают от реального мира, помещая его копию на свои экраны. Сегодня компьютерные пользователи готовы и морально и материально к тому, чтобы на своих компьютерах получить удовольствие от общения с эффектами. А как достигаются компьютерные эффекты? С помощью трехмерной графики.

Что такое трехмерная графика? Определений этого понятия существует достаточно много. Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, охватывающий алгоритмы и программное обеспечение для оперирования объектами в трёхмерном пространстве, а также результат работы таких программ. 3D графика предназначена для имитации фотографирования или видеосъемки трехмерных образов объектов, предварительно подготовленных в памяти компьютера.

Построение трехмерных изображений (3D), благодаря своим качественным характеристикам, является наиболее стремительно развивающимся направлением в области компьютерной графики. Сегодня без использования 3D графики не обходится практически ни один мировой фильм, 3D графика себя отлично зарекомендовала во многих дизайн — проектах, и практически монополизировала рынок компьютерных игр. Сегодняшний рынок 3D пакетов отличается большим разнообразием.

Компьютерные игры, цифровые мультимедийные издания и даже обычные бизнес-приложения, в конце концов, будут широко использовать 3D-графику. 3D-графика упростит применение компьютеров, сделает управление ими, путешествия по сети Интернет +и работу с повседневными приложениями более наглядными и не требующими какой-либо предварительной подготовки. Не говоря уже о том, что 3D-графика обеспечит ни с чем не сравнимое удовольствие от компьютерных развлечений.

Именно поэтому целью нашей работы является изучение средств компьютерной техники для создания иллюзии трехмерного изображения.

Задачи для достижения данной цели:

1.  Анализ литературы;

2.  Мониторинг популярности графических движков;

3.  Моделирование стереометрических фигур средствами Blender 3d.

Актуальность данной работы заключается в раскрытии методов и форм создания иллюзии трехмерного изображения.

Проанализировав литературу и соответствующие источники информации из Интернета, можно заметить, что трехмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает посторение геометрической проекции трехмерной модели сцены на плоскость с помощью специализированных программ. При этом модель может как соответствовать объектам из реальног мира, так и быть полностью абстрактной. Сцена включает в себя несколько категорий объектов: геометрия, материалы, источники света, силы и воздействия, дополнительные эффекты. Все выше перечисленное предусмотрено в програмных пакетах, позволяющие создавать трехмерную графику, таких как Blender 3d.

Авторами были представлены некоторые методы исследования, такие как:

-социальный опрос;

-эксперимент.

Основная часть

Творчество без границ

Компьютерная графика является результатом усилий сотен специалистов, которые в далекие годы работали и верили в то, что будущее будут определять компьютерные технологии и 3D в частности.

На сегодняшний день существует несколько способов для получения иллюзии объемного пространства на компьютере. Одним из популярных способов, например в кинематографии, является стереокинематограф.

Стереокинематограф

Стереокинематограф — демонстрационная система, имитирующая наличие третьего измерения, или вызывающая у зрителя иллюзию глубины. В основе лежит феномен бинокулярного зрения человека.

Использование для обозначения стереоскопических фильмов "трехмерный" связано с тем, что при просмотре таких фильмов у зрителя создается иллюзия объёмности изображения или иллюзия наличия третьего измерения - глубины. Метод, как правило, предполагает одновременную съёмку с помощью двух синхронизированных камер с идентичными техническими характеристиками, расположенных друг рядом с другом, иногда под углом 90 градусов. Также используются специализированные камеры с двумя объективами, разнесёнными на расстояние 64 мм. При просмотре каждый глаз зрителя видит только предназначенную для него часть кадра одновременно, в результате чего зрительная зона коры головного мозга воспринимает эти изображения как одно целое, которое выглядит объёмным. Для производства и демонстрации стереокинофильмов использовалось и используется множество разных методик, популярность которых менялась с годами. 1950-е годы считаются в США «Золотым веком» стереокинематографа. В этот период наибольшей популярностью пользовались анаглифические системы, которые позволяли получать стереоэффект при помощи цветового кодирования изображений, предназначенных для левого и правого глаза. С переходом к цветному кинематографу анаглиф вытеснили поляризационные технологии.

Включают несколько технологий, не требующие от зрителя ношения специализированных очков для создания иллюзии стереоизображения. Используются в экспериментальных видеопанелях. В основном, представлены растровыми системами.

В растровых методах используется пространственное разделение стереопары. Изображение на экране состоит из узких вертикальных полосок, с чередованием изображений стереопары. Перед экраном размещается растр с таким же шагом, элементы которого позволяют каждому глазу видеть только «свои» полоски изображения. При достаточном удалении зрителя от экрана полоски сливаются в единое полутоновое изображение.

Вторым способом получения иллюзии объемного изображения, на который авторы обращают внимание является рендеринг (визуалиализация) – построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.

На технологии рендеринга создаются множество графических движков, используемых в видеоиграх.

Графический движок (англ. graphics engine; иногда «рендерер» или «визуализатор») — подпрограммное обеспечение (англ. middleware), программный движок, основной задачей которого является визуализация (рендеринг) двухмерной или трёхмерной компьютерной графики. Может существовать как отдельный продукт или в составе игрового движка. Может использоваться для визуализации отдельных изображений или компьютерного видео. Графические движки, использующееся в программах по работе с компьютерной графикой (таких, как 3ds Max, Maya, Cinema 4D, Zbrush, Blender), обычно называются «рендерерами», «отрисовщиками» или «визуализаторами». Само название «графический движок» используется, как правило, в компьютерных играх.

Мы решили провести небольшое исследование, чтобы выявить популярность графических движков среди пользователей.

Итак, группе людей был задан вопрос:

«Какие из перечисленных игр вам более всего нравятся?»

1.  Star Wars

2.  GTA san andreas

3.  Half Life, Counter strike

4.  Анабиоз, Вивисектор

5.  Fallout 3, Oblivion

6.  Prince of Persia

7.  Doom 3, Quake 4

8.  S. T.A. L.K. E.R.

9.  Assassin's Creed

10.  Mafia.

И основываясь на полученных ответах, мы можем предположить, что самыми популярными движками являются Illusion Engine (движок, разработанный 2K Czech для внутреннего использования), Scimitar engine (движок разработки Ubisoft Montreal, впервые использован в игре Assassin's Creed.), X-Ray (игровой движок, разработанный GSC Game World. Очень технологичен, поддерживает рендеринг с использованием Direct3D8, Direct3D9, Direct3D10, Direct3D10.1, Direct3D 11.)

Как же моделируется трехмерное пространство в движках?

При работе с трехмерной графикой используется несколько видов систем координат. Для отображения двумерных объектов была нужна соответствующая система координат с двумя осями – горизонтальной осью X и вертикальной осью Y. Для работы с трехмерными объектами существует еще одна ось – ось Z. Есть несколько вариантов трехмерных систем координат, в частности, распространены так называемые правосторонняя и левосторонняя системы.

За преобразования в трехмерном пространстве отвечает матрица. Она бывает трех видов:

·  Мировая матрица позволяет задавать преобразования – перемещения, вращения и трансформации объектов.

·  Матрица вида позволяет управлять камерой.

·  Матрица проекции служит для настройки проекции трехмерной сцены на экран.

Программные пакеты, позволяющие производить трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: такие как Autodesk 3ds Max, Maya, Newtek Lightwave, SoftImage XSI и сравнительно новые Rhinoceros 3D, Cinema 4D или ZBrush. Кроме того, уверенно набирают популярность и открытые продукты, распространяемые свободно, например, полнофункциональный пакет Blender.

Опишем пошаговое создание небольшого проекта в программе Blender 3D, а именно создание объектов на трехмерной плоскости.

Сама программа изначально включает в себя пять основных экранов, различных по своим значениям (далее в продвижении работы можно будет создавать дополнительные, для удобства), причем каждый включает в себя несколько окошек, в которых создаются основные действия работы.

-Для начала мы подстраиваем окошки под себя (убираем ненужные, создаем новые) по желанию.

-После создаем несколько объектов (это могут быть объекты различной формы: куб, цилиндр, сфера, в данном случае нам нужны последние) и размещаем их на данной нам плоскости (действия происходят на экране Model)

-Наши объекты имеют шарообразную форму и тусклый вид. Изменяем это на экране Material, а именно придаем цвет нашим объектам, изменяем форму. Тут же, желательно отцентрировать камеру для удобства слежения за объектами.

-Придаем нашим объектам анимацию. Для этого нужно выбрать каждый объект и задать ему положение на каждом участке каждого промежутка времени (промежуток задаем сами).

-Выводим полученное изображение на экран в виде картинки либо анимации

Заключение

Программных продуктов для создания иллюзии трехмерного пространства с помощью компьютерных средств достаточно много. В просторах Рунета можно найти мощные программы 3D доступные для любого пользователя. Если человек заинтересовался 3D графикой, то, приложив усилие, он может создать интересные домашние мультфильмы и фильмы. Данной работой мы это представили на примере Blender 3D.

Также авторами работы были раскрыты способы для создания трехмерных изображений. Действительно существуют очень много способов создания таких изображений, доступность и популярность которых растет с каждым годом. Социологический опрос был тому подтверждение.

Итак, задачи (анализ литературы; мониторинг популярности графических движков; моделирование стереометрических фигур средствами Blender 3d) дали возможность достичь нашей цели.

Вывод: изучив средства компьютерной техники для создания иллюзии трехмерного изображения, мы смогли наглядно представить возможности стереокинематографа, графических движков, анимацию с помощью Blender 3D.

Список используемой литературы

1.  http://de. *****/bk_netra/page. php? index=51&layer=2&tutindex=28

2.  http:///

3.  http://ru. wikipedia. org/wiki/

4.  Компьютерная графика. Энциклопедия. – СПб: Издательский дом "Питер"

5.  Компьютерная графика: Популярная энциклопедия. – М.: АСТ, 2002. – 640 с.