Способы изображения трехмерного изображения

Технология создания 3d изображений

Технология трехмерного изображения давно получила широкое распространение и потому никого не удивляет. Какой принцип лежит в основе создания технологий 3d изображений, в чем их различия и какие наиболее перспективны?

Принцип создания 3D изображений

Все разработки, направленные на получение объемных изображений, основываются на особенностях человеческого зрения.

В основе создания 3D контента лежит принцип записи на 2 камеры. Это дает возможность снять на 2 различных, но при этом лишь совсем немного разделенных изображения. В результате полученные изображения ориентированы отдельно на левый и правый глаз. То есть в момент восприятия картинки глаза видят немного отличающиеся изображения. Полученная информация поступает в мозг, который путем объединения изображений формирует трехмерную картину мира.

Для получения «двойной» съемки во время записи фильмов и видеороликов кинокомпании задействуют оборудование, которое обеспечивает параллельную работу двух камер. Для этого устройства оснащены системой точного контроля, позволяющей настраивать слаженную работу камер.

Ключевое условие – чтобы оптическая составляющая камер была практически идентичной.

Некоторые кинокомпании для получения желаемого эффекта применяют в работе видеокамеры, которые оснащены двухлинзовой системой съемки. Но и в этом случае готовая работа будет включать 2 отдельных ряда кадров: первый – для правого, второй – для левого. А уже тот момент, каким образом зритель будет просматривать созданное изображение, напрямую зависит от типа установленной для этого системы воспроизведения.

Виды технологий просмотра

Все лидеры телевизионной техники давно стали осваивать выпуск оборудования, способного воспроизвести пространственные изображения. 3D мониторы активно применяются во многих областях, начиная с моделирования, компьютерного проектирования, медицинской визуализации и завершая азартными играми.

В чем разница между активным 3D и пассивным:

Основное развитие в формате 3D получили жидкокристаллические LED телевизоры и «плазмы». Все они воспроизводят изображения в качестве Full HD. Если их сравнивать, то в силу технологических особенностей, «плазмы» демонстрируют лучшее качество. Для сохранения плавности картинки видео выводятся поочередно для каждого глаза, выдерживая кадровую частоту в пределах 60 Гц. В результате общая кадровая частота для обоих глаз достигает отметки в 120 Гц. Этого невозможно добиться без строгого требования ко времени отклика матрицы. Параметр не должен превышать отметку в 3 мс.

При таком требовании к выводимым на экран видео получить желаемый 3D эффект можно несколькими способами. Мы упомянем лишь самые востребованные технологии создания и воспроизведения 3d изображений.

Анаглиф – рельефный

Метод получения стереоэффекта, внедренный еще в 80-х годах прошлого века, реализуется посредством цветового кодирования изображений, которые считываются левым и правым глазом по отдельности.

Для получения эффекта задействуют анаглифические очки, функцию линз в которых исполняют светофильтрующие пары цветов:

• красный – для левого;
• бирюзовый (синий) – для правого.

За счет бинокулярного смешения цветов формируется объемное и при этом однотонное изображение. Адаптация зрения и мозга к специфическим условиям восприятия происходит быстро. Единственный минус – даже после кратковременного сеанса длительностью не более 15 минут многие отмечают, что испытывают дискомфорт в виде снижения цветовой чувствительности при восприятии обычного мира.

Сегодня этот метод практически не применяется, поскольку был вытеснен более инновационными технологиями.

Поляризация – iMax 3D

Самый простой способ создать «объем» с хорошей детальностью и цветопередачей — поляризовать световые потоки. Для получения желаемого эффекта свет пропускают через кристаллы, которые преломляют его потоки. Это и создает иллюзию трехмерного изображения. Поляризационные стереопары бывают четырех вариантов исполнения: с горизонтальным и вертикальным вектором направления, а также четырехстрочные и подкадровые.

На принципе поляризации построена получившая широкое распространение в развлекательной сфере технология iMax 3D и RealD.

При просматривании созданных таким способом изображений применяют очки, в которые вставлены линзы с разной степенью поляризации. Чтобы при наклоне головы и смене положения тела не возникали перекрестные искажения, а изображения не утрачивали яркость и контрастность, разработчики оснащают очки линзами с круговой поляризацией: для одного глаза с левой, для другого – с правой.

Как работает поляризационная система подробно описано в видео-ролике:

Разделение строк – XpanD 3D

В последние годы нашла воплощение идея формировать изображения посредством построчного ввода их на экран. Для получения эффекта применяют оборудование, которое воспринимает, а затем формирует объемное изображение.

Современная XpanD технология создания 3d изображений широко применяется в кинотеатрах и при оборудовании домашних 3D-телевизоров и мониторов.

Для просмотра созданного с ее помощью контента задействуют очки, синхронизированные с оборудованием для воспроизведения. Линзы аксессуара состоят из таких же жидких кристаллов, как сама матрица телевизора.

В очки встроен ИК-датчик, который проецирует на стекла очков разделенные изображения. В результате каждый глаз видит только ту часть картинки, которая предназначена для него. Остальная часть изображения автоматически прикрывается поворотом стекла. В момент отключения ИК-датчика стекла перестают менять свою позицию и эффект объемного изображения пропадает.

Аксессуар управляется от телевизора посредством Bluetooth или инфракрасного канала связи.

Эффект параллакса

Сегодня на пике популярности автостереоскопические 3D дисплеи, которые выстраивают объемные зрительные образы путем создания эффекта параллакс-барьера.

Принцип создания объемных изображений посредством параллакса построен на том, что видимое положение объекта в зависимости от угла обзора наблюдателя немного изменяется относительно удаленного фона. Интегрированные в экран жидкокристаллические барьеры под действием сигнала проворачиваются под определенным углом, направляя световой поток в заданном направлении.

Наличие параллаксного барьера дает возможность зрителю видеть картинки как бы удаленными в глубину по отношению друг от друга. Воспринимая и обрабатывая «разорванную» картинку, мозг просто формирует из нее цельное изображение.

Эта усовершенствованная технология удобна тем, что не требует дополнительной гарнитуры. Единственный ее минус в том, что при малейшей корректировке угла просмотра относительно заданной оптимальной точки глаза перестают воспринимать изображение как единое целое. Они просто определяют его как две отдельных расположенных в удалении друг от друга картинки.

Экраны с параллаксными барьерами нашли широкое применение в портативных устройствах – ноутбуках, фотоаппаратах и телефонах. При необходимости кристаллический барьер всегда можно отключить и просматривать видео в формате 2D.

Существуют и более новые решения в области автостереоскопии, которые дают возможность отображать объемные картинки одновременно для большого числа зрителей. Для этого изображения разделяются между зрителями не посредством линз, а делятся во времени. Такой эффект достигается за счет работы встроенной системы микролинз, которые динамически перестраивают копии изображений, задавая им определенную позицию перед дисплеем.

В результате зритель имеет возможность видеть полную копию изображения, а в случае смены положения просто «переноситься в зону трансляции» параллельно воспроизводимой копии. Но для применения такой системы требуется оборудование, способное поддерживать частоту трансляции порядка 2000 Гц, что в домашних условиях пока не представляется возможным.

Источник

Трехмерная графика: что это такое, где применяется и кому необходима

Задача трехмерной графики — презентовать объект, явление или пространство в стилизованной или реалистичной визуальной форме. Дизайнеры рисуют предметы почти с нуля, настраивают освещение, работают над композицией кадра и в целом выполняют большую работу, поэтому часто сложно понять, действительно ли мы видим фотографию или это качественный 3D-рисунок. То же самое касается анимации — эффектов в фильмах, персонажей компьютерных игр, интерактивных презентаций.
Сегодня рассмотрим, что такое 3D-графика, где она применяется и как её можно эффективно освоить начинающему — даже тому, кто впервые сталкивается с компьютерным дизайном.

Как работает 3D-графика

Создать в 3D можно практически любой предмет, начиная от элементов мебели и заканчивая целыми сюжетными картинами. Более того, в основном дизайнеры работают не просто над отдельными объектом, а рисуют целые интерьеры, ландшафты, прорабатывают образ и движения какого-либо персонажа.

В этой сфере границ практически нет. Например, специалисты занимаются моделированием объектов, которых не существует, но предполагается, что по созданному изображению их создадут:

• предмет мебели или декора помещения;
• интерьеры;
• примеры экстерьеров или ландшафтного дизайна;
• украшения;
• одежда.

Также в сферу 3D-дизайнеру входит отрисовка объектов или сцен, которых никогда не было, но их никто и не планирует переносить в реальность. Как правило, это эффекты и персонажи для кинематографа, мультипликации, интерактивных рекламных роликов.

Объем изображения достигается за счёт полигонов. Это — основные элементы 3D-графики, из которых и состоит любой объект.
Полигоны образуют полигональному сетку, которая сочетает в себе все рёбра и грани предмета, а они в свою очередь состоят из точек (другое название — вершины). Чем больше таких точек, граней и полигонов в целом — тем более детализированный получается объект.

Однако 3D-дизайнеры стараются минимизировать их количество, поскольку в противном случае возникают сложности при моделировании, файл занимает много места и в результате ещё и программа начинает слегка тормозить.
Поэтому применяют ретопологию — упрощение объекта путем удаления полигонов.

В частности, это особенно важно, если для создания модели применяется метод скульптурирования — «вылепливания» объекта из заданной геометрической формы. Он имеет свои преимущества в виде (перечислить), но его основной недостаток заключается в том, что полигональная сетка в итоге будет очень густой.

В дальнейшем можно применять текстурирование и играть со светом. В результате объект получит нужную вам поверхность, даже если при ретопологии модель утратила часть объема. Текстуры весят намного меньше, зачастую компенсируют недостаток детализации, поэтому визуальный эффект ничем не уступает (а порой и превосходит) работе с сеткой.

Примеры 3D-графики

Трехмерная графика широко используется в разных сферах, начиная от архитектуры и заканчивая рекламой.

Дизайнеры интерьеров и ландшафтов часто работают вместе со специалистами в области 3D, чтобы последние могли максимально точно изобразить то, каким будет конечный результат: как будет выглядеть комната, что будет включать экстерьер и так далее.

Оба примеры выше сделали наши ученики.

Также специалисты работают над рендерами отдельных предметов. Например, в каталогах мебели, предметов интерьера, аксессуаров для авто и подобных используются в основном модели, а не фотографии. Работа 3D-дизайнера обходится, как правило, дешевле, а потому она более выгодна для заказчика, чем организация профессиональной фотосъемки.

На рендере одна из работ выпускника нашего бесплатного курса.

Трехмерная графика плотно засела в мире бизнеса. Её применяют в рекламе и для презентаций, поскольку сейчас потребители ценят наглядность. Как и в случае с фотографом, съемка в большинстве случаев может обойтись дороже, чем рендеринг, поэтому, опять-таки, многие заказывают подготовку роликов у 3D-дизайнеров. Также эта услуга почти необходима в ситуациях, где нужно с выгодной стороны показать объект, которого пока что не существует.

Вот какую работу проделали мы, чтобы продемонстрировать общий вид жилого комплекса:

Этапы создания трехмерного изображения

Также у нас есть собственная библиотека 3D Hamster, которую мы регулярно пополняем.

Однако если объект какой-то уникальный, придется моделировать его полностью с нуля. Кроме этого, если идёт работа над сценой в целом, а не над единственным предметом, нужно органично расположить в пространстве все предметы и правильно выбрать ракурс.

Рассмотрим каждым отдельный этап с самого начала и до финальной обработки изображения.

Моделирование

Текстурирование

Текстуры хороши тем, что позволяют экономить время. В большинство случаев их не обязательно рисовать с нуля: достаточно воспользоваться уже готовыми.

Вот хороший пример того, как превратить обычную однотонную стену в дизайнерское решение с помощью Realworld-текстурирования:

Настройка освещения

Если дизайнер работает над движущимся объектом, следующий шаг после выставления света — создание анимации (имитации движения).

Вот такой небольшой мультфильм сделал наш ученик Павел Нохрин:

Рендеринг

Постобработка

Области применения трехмерной графики и обучение

Основные сферы применения 3D-графики следующие:

1. Дизайн интерьеров.
2. Бизнес, реклама.
3. Кинематограф, мультипликация.
4. Разработка игр и виртуальной реальности.

Все области применения трехмерной графики подтверждают, что рынок не переполнен и вряд ли будет переполненным в ближайшие годы. Но как и в любой профессиональной сфере, он требует хороших специалистов.

И тут следующий вопрос: а где учиться 3D-дизайну?

Можно, конечно, в вузах — это самый очевидный вариант, а для студентов бюджетных форм обучения еще и бесплатный.
Остается только надеяться, что полученные на первом курсе знания не устареют через 5 лет — как раз к получению диплома. А заодно — на то, что преподавание действительно качественное. Очевидно, что лучшие материалы дают эксперты-практики, а не теоретики. Только давайте честно: согласится ли реальный 3D-дизайнер оставить full-time работу в этой сфере, приносящую ему от 50 000 до 150 000 рублей в месяц (данные Trud.com за 2020 год по РФ) и пойти работать на тот же full-time в вуз за 55 000 рублей в месяц (средний оклад преподавателей по Москве)?

Да и бюджетная форма обучения условно бесплатная. Проживание, еду и развлечения бесплатно пока никто не организовывает, даже для самых лучших студентов.

Можно все-таки поступить в вуз — ничего плохого в этом нет. Семен Потамошнев уверен, что это позволит расширить цепочку контактов и обзавестись ценными знакомствами, которые пригодятся в будущем, в том числе в работе.

Но даже в этом случае больших успехов достигнут молодые дизайнеры, которые с самого начала будут идти в ногу со временем и работать над реальным проектами, с настоящими клиентами.
И тот же успех ждет тех, кто не имеет или даже не планирует получать высшее образование в сфере дизайна, но при этом активно прокачивает свои навыки, практикуясь.
Мы решили помочь и тем, и тем молодым специалистами, поэтому разработали короткий бесплатный курс для всех, кто хочет попробовать себя в 3D, не рискуя ни деньгами, ни временем.

Более того, деньги могут заработать наши ученики уже во время обучения.
На каждом потоке у нас есть спонсор, который отбирает до 10 лучших работ из домашних заданий под свою задачу, и авторы этих рендеров получают символическую оплату.
Обычно она составляет 1000—1500 рублей, но ученикам первого потока 2021 года повезло вдвойне: автору лучшей работы спонсор заплатит 15 000 рублей.

Источник