Co to jest grafika 3D
i jakie daje możliwości?

Co to jest grafika 3D?

Świat stale się rozwija, a w najszybszym tempie rozwijają się najnowsze technologie. Widzi to każda osoba korzystająca na co dzień ze smartfonów, komputerów i innych zdobyczy techniki. Podobnie jest w przypadku technologii graficznych, animacji, czy filmu. Kiedyś dużym skokiem było przejście z czarno-białych filmów na kolorowy obraz. Podobnym „kamieniem milowym” w historii rozwoju grafiki była właśnie trójwymiarowa grafika komputerowa (3D).

Co to jest grafika 3D - popiersie

Historia grafiki 3D

Podwaliny pod to, co dziś nazywamy mianem grafiki 3D położyli jeszcze w latach sześćdziesiątych William Fetter i Forrester Koppes. Jako pierwsi użyli oni terminu „grafika komputerowa” do określenia swojej pracy w Boeingu. Jednymi z pierwszych animacji wykorzystujących modele 3D były „A Computer Animated Hand” autorstwa Edwina Catmulla i Freda Parke, którą datuje się na rok 1971 i powstały w pięć lat później film „Futureworld”, wykorzystujący część oryginalnego modelowania.

Końcówka lat siedemdziesiątych przyniosła prawdziwą rewolucję wprowadzając pojęcie „grafika komputerowa 3D” na szerokie wody, a mianowicie na domowe komputery. Najstarszym przykładem jest program 3D Art Graphics stworzony przez Kazumase Mitazawe w 1978 roku, dedykowany platformie Apple II. Od tego czasu grafika trójwymiarowa przeszła ogromny rozwój, zarówno upowszechniając się, jak i doskonaląc. Dziś ta dziedzina cieszy się ogromną popularnością, znajdując swoje zastosowanie w wielu branżach sztuki, przemysłu itd.

Czym jest grafika 3D i jakie daje możliwości?

Wybierz szkolenie z oprogramowania 3D

Wybierz kurs i zacznij przygodę z 3D

Czym jest grafika 3D?

W skrócie można powiedzieć, że grafika trójwymiarowa jest dziedziną grafiki zajmującą się wizualizacją obiektów trójwymiarowych. Jeszcze prostszymi słowami, ten rodzaj grafiki wizualizuje wszystko to, co wyobrazi sobie twórca. Choć obiekty 3D można przedstawić tradycyjnymi technikami rysunkowymi, zawsze są to pewnego rodzaju uproszczenia. Modele można np. narysować w postaci rzutu prostokątnego, lub rzutu perspektywicznego. Tylko grafika komputerowa daje jednak możliwość pełnego oddania trójwymiarowej formy, ponieważ wszystkie pozostałe jej przedstawienia zawierają pewne uproszczenia. Komputerowa grafika 3D używa trójwymiarowej reprezentacji danych geometrycznych, które umożliwiają wprowadzanie różnych zmian, a także renderowanie na ich podstawie obrazów 2D.

Co umożliwia grafika 3D?

Choć grafika 2D i 3D mają wiele punktów wspólnych, trójwymiar pozwala po prostu przedstawić obiekty, których pokazanie w formie 2D byłoby niemal niemożliwe. Aby lepiej zrozumieć to zjawisko wystarczy wyobrazić sobie dowolny, złożony model, którego pełne poznanie jest możliwe dopiero po dokładnym obejrzeniu go, ze wszystkich stron. Przykładem takiego modelu może być np. postać. W przypadku prostych form, np. sześcianu, przedstawienie go w formie grafiki 2D jest stosunkowo proste – siatka wielościanu pozwala szybko zobaczyć wszystkie jego strony. Gdy jednak chodzi np. o wspomniany model postaci, szczegółowe przedstawienie go ze wszystkich stron byłoby przede wszystkim bardzo pracochłonne.

Grafik 2D musiałby w tym celu narysować szereg szczegółowych rysunków, każdorazowo pamiętając o ich dokładnym zwymiarowaniu. Proces ten nie tylko byłby wyjątkowo czasochłonny, w dodatku artysta wielokrotnie rysowałby te same elementy, tylko po to by pokazać ich widok z innego kąta. Trójwymiarowa grafika pozwala znacznie usprawnić ten proces. Raz stworzony model może być dowolnie obracany i oglądany ze wszystkich możliwych kierunków. W dodatku tego rodzaju działanie jest możliwe nie tylko na ekranie komputera, w programie graficznym. W celu wizualizacji obiektu, np. projektu mieszkania, czy wzmiankowanej postaci, wystarczy stworzyć jego rendery z kilku zróżnicowanych perspektyw. Współczesna technologia pozwala także korzystać m.in. z druku 3D, dzięki któremu możliwe jest maksymalnie szczegółowe przeniesienie komputerowego modelu na rzeczywistość. To właśnie z tych względów grafika trójwymiarowa stała się tak popularna w obszarach takich jak animacja, tworzenie gier komputerowych, czy architektura.

W jaki sposób powstaje obraz 3D?

Choć, jak powiedzieliśmy, grafika 3D pozwala na zdecydowanie więcej, niż klasyczne techniki, również ona w dużej mierze bazuje na podstawowej geometrii. Sama geometria obiektów trójwymiarowych może być reprezentowana na kilka sposobów.

Siatka wielokątów

Najpowszechniejszym z nich jest operowanie na siatce wielokątów. Technika ta sprowadza się w istocie do tworzenia geometrycznej siatki w trójwymiarowej przestrzeni.

W technice tej obiekt budowany jest z płaskich wielokątów (przede wszystkim czworokątów i trójkątów) o wspólnych wierzchołkach i krawędziach. To właśnie w ten sposób powstają proste bryły, które następnie składają się na bardziej złożone, skomplikowane obiekty. Tego rodzaju siatka geometryczne jest więc w rzeczywistości zbiorem wierzchołków w wirtualnej przestrzeni. Dopiero na nią możliwe jest nanoszenie rozmaitych tekstur, pozwalających na uzyskanie oczekiwanych efektów wizualnych.

Dokładność modelu, czy też jego szczegółowość zależy w tej technice wyłącznie od gęstości siatki – odpowiednio duża liczba punktów pozwala na tworzenie realistycznych modeli np. postaci, podobnie jak ogromna liczba pikseli składa się na realistyczny obraz 2D.

Voxele

Inną metodą tworzenia grafik 3D jest budowanie obiektów z tzw. voxeli. Są to tzw. trójwymiarowe piksele – elementarne sześciany, które podobnie jak piksele budują całą trójwymiarową grafikę.

Ta metoda szczególną popularnością cieszy się w przypadku diagnostyki medycznej, co związane jest z jej szczególnymi potrzebami. Tego rodzaju rozwiązanie pozwala na łatwe składanie trójwymiarowych modeli ciała pacjenta na podstawie szeregu przekrojów, uzyskiwanych w postaci bitmapy.

Opis matematyczny

Trzecim sposobem tworzenia modeli 3D jest opis matematyczny. W tym wypadku wszelkie obiekty opisywane są określonymi równaniami.

W ten sposób przedstawia się np. kule, płaszczyznę oraz szczególne powierzchnie parametryczne, np. NURBS, czy powierzchnie Beziera lub Hermite’a. Część programów dedykowanych specyficznym zastosowaniom bazuje właśnie na tym rodzaju modelowania.</span>

Naucz się Cinema 4D

Zobacz program Kursu

Tworzenie modeli trójwymiarowych

Same modele 3D mogą być projektowana na wiele sposobów. Dane trójwymiarowe mogą być pobierane ze świata rzeczywistego. Jednym z tego rodzaju przykładów są wspomniane już modele stosowane w diagnostyce medycznej. Programy przetwarzają dane uzyskane za pomocą np. tomografów komputerowych i z licznych przekrojów składają gotowy model 3D. Innym sposobem korzystania z istniejących danych jest wykorzystania skanerów 3D. Urządzenia te, korzystając z zaawansowanych technologii (m.in. laserowych czujników) zbierają informacje dotyczące wymiarów oraz formy realnie istniejących obiektów, tworząc jednocześnie model komputerowy. Modele 3D mogą również powstawać na podstawie zdjęć stereoskopowych etc.

W animacji komputerowej z kolei bardzo powszechnie używana jest technika nazywana motion capture. Technologia wykorzystująca liczne czujniki umieszczone w kluczowych punktach ciała, pozwala znacznie uprościć, a co za tym idzie przyspieszyć prace związane z animowaniem ruchu modeli. Co więcej, skorzystanie z żywego modela przekłada się na uzyskanie znacznie większej naturalności ruchów, niemal nieosiągalnych dla klasycznych metod animacji komputerowej. Duża część modeli 3D wykorzystywanych w grafice nie bazuje jednak na realnych odpowiednikach, a jest w całości tworzona przez artystę w procesie modelowania. Technika ta wymaga oczywiście dużych umiejętności oraz jest najbardziej czasochłonna. Dzięki niej możliwe jest jednak tworzenie wszystkich form, podobnie jak w przypadku grafiki 2D – a więc najprościej mówiąc „przenoszenie na komputer” wyobrażeń powstałych w głowie artysty.

Wizualizacje grafiki 3D

Jako, że obecnie wszystkie urządzenia komputerowe wyświetlają obrazy dwuwymiarowe, z grafika komputerową bezpośrednio i nieodłącznie związana jest geometria wykreślna. Dzięki niej możliwe jest przedstawienie tworzonych form trójwymiarowych na ekranie komputera.

Programy stosowane w pracach inżynierskich (CAD) opierają się na rzucie prostokątnym, natomiast pozostałe aplikacje wykorzystują rzut perspektywiczny. To właśnie efekt wizualny rzutu perspektywicznego, skrót perspektywiczny, gwarantuje obraz maksymalnie zbliżony do fotografii, czy obrazu widzianego przez człowieka. Dla zrozumienia tego zjawiska istotne jest również pojęcie wirtualnej kamery, tworzącej niejako „zdjęcie” wymodelowanej sceny. Czynniki takie jak jej położenie, kierunek w którym jest skierowana, czy ogniskowa, mają swoje odbicie w matematycznym modelu.

Równie istotne dla efektu wizualnego jest wyznaczenie powierzchni widocznych, które mają być widoczne w danym rzucie. Trójwymiarowe obrazy uzyskiwane w programach grafiki 3D tworzone są przede wszystkim w technice rastrowej, natomiast wektorowo przedstawiane są obrysy modeli etc. </span>

Realizm modeli 3D

W większości przypadków realizm obrazów generowanych na komputerze jest bardzo ważny, czy wręcz kluczowy. Dla jego uzyskania stosuje się modelowanie oświetlenia. Służą temu procesy takie jak definiowanie światła, nadawanie koloru i faktury, określanie lustrzanych odbić, cieni rzucanych przez obiekty, rozpraszania światła, czy jego załamywania.

Metody pozwalające na możliwie realistyczne przedstawienie scen trójwymiarowych, takie jak raytracing, radiosity, są bardzo kosztowne obliczeniowo. Szybsze, przybliżone warianty cieniowania, określania świateł etc. są z kolei stosowane z powodzeniem wykorzystywane np. w grach komputerowych.

Jedną z popularnych metod jest np. obliczenia oświetlenia na każdy piksel z osobna. Choć jest to dość kosztowna obliczeniowo operacja, wspomaganie sprzętowe w postaci pixel shadera pozwala na uzyskanie animacji w czasie rzeczywistym.

Oprogramowanie do grafiki 3D

Obecnie na rynku bez problemu możliwe jest znalezienie rozmaitych programów przeznaczonych do tworzenia grafiki trójwymiarowej.

Część programów dostępna jest za darmo i mimo stosunkowo ograniczonych możliwości sprawdza się w amatorskich zastosowaniach. Profesjonalne programy charakteryzują się przede wszystkim bardzo wysoką wydajnością, także podleganiu stałym aktualizacjom, które jeszcze lepiej dostosowują je do potrzeb użytkowników.

Wybierając program do grafiki 3D kluczowe jest zastanowienie się nad tym, do jakich celów będziemy go wykorzystywać. Programy takie jak ZBrush pozwolą na tworzenie wysokiej klasy modeli, które świetnie sprawdzą się m.in. w typowo artystycznych zastosowaniach, czy np. projektowaniu modeli postaci etc.

Dowiedz się więcej o ZBrush>

Dowiedz się więcej o Kursie Grafiki 3D – ZBrush >

Z kolei gdy nasze potrzeby uwzględniają też choćby animowanie stworzonych projektów, lepszym wyborem może okazać się np. program Cinema 4D. Oferta najważniejszych producentów programów graficznych jest naprawdę szeroka i każdy jest w stanie znaleźć aplikację idealnie dopasowaną do jego zapotrzebowania. </span>

Dowiedz się więcej o Cinema 4D>

Dowiedz się więcej o Kursie Cinema 4D >

Naucz się Adobe After Effects

Zobacz program Kursu

Programy do grafiki 3D w Sklepie IT Media

Komputerowa grafika trójwymiarowa przebyła długą drogę, od tworzenia pierwszych modeli, do powszechnego wykorzystywania jej m.in. w branży gier komputerowych, filmie, czy przemyśle. Obecnie, jeszcze bardziej niż kiedykolwiek wcześniej, można zadawać sobie pytanie o jej przyszłość. Dziedzina ta przeżywa dziś szczególnie intensywny rozwój, co związane jest również z upowszechnieniem druku 3D oraz rozwojem sprzętu elektronicznego. Choć grafika 2D wciąż pozostaje istotnym obszarem pracy graficznej, coraz więcej specjalistów łączy ją z projektowaniem 3D lub nawet przebranżawia się w tym kierunku.

Pewnym wydaje się fakt, że z czasem komputerowa grafika trójwymiarowa w znacznym stopniu zastąpi starsze metody projektowe, zarówno w branżach takich jak gry komputerowe, czy animacje, jak i w zastosowaniach przemysłowych. Związane jest to z faktem, że metody te są po prostu znacznie wydajniejsze i doskonalsze. Niezależnie więc od tego jaką dziedziną grafiki zajmujemy się obecnie, warto pozostawać na bieżąco z nowinkami technologicznymi dotyczącymi projektowania 3D. Grafika komputerowa z pewnością stanowi przyszłość branży nowych technologii, a jej wykorzystywanie może wyłącznie pomóc artystom w wykonywaniu dotychczasowej pracy.

Czytaj również

Grafika komputerowa – jak zacząć?

Wirtualna rzeczywistość nie tylko ułatwia codzienne życie i umożliwia czerpanie z niego pełnymi garściami, staje się także idealnym środowiskiem pracy i rozwoju osobistego.

czytaj dalej >>

10 powodów, dla których warto korzystać z tabletu graficznego

Zastanawiasz się nad kupnem tabletu graficznego? Przedstawiamy 10 powodów, dla których warto wybrać tablet graficzny.

czytaj dalej >>

Programy do grafiki 3D – porównanie najpopularniejszych narzędzi dostępnych na rynku

Interesujesz się grafiką 3D, zastanawiasz się z jakich aplikacji korzystają specjaliści na całym świecie? Zapoznaj się z najpopularniejszymi narzędziami dostępnymi na rynku.

czytaj dalej >>

Co to jest grafika 3D i jakie daje możliwości?