3D-computergraphics
Met
3D-computergraphics wordt bedoeld het genereren van tweedimensionale afbeeldingen uit driedimensionale representaties van geometrische objecten.
Toepassingen
Computergraphics vinden op verschillende plaatsen toepassing:
- Voor industriële 3D-ontwerptechniek, zie Computer Aided Design
- Voor computerspellen. De huidige generatie computerspellen zijn sterk afhankelijk van 3D computer graphics, ook door het steeds goedkoper worden van grafische kaarten om 3D graphics snel te genereren.
- Film
- Voor kunst
Computer Aided Design
Bij computergeassisteerd ontwerpen speelt het modelleren van objecten een belangrijke rol. Tijdens het modelleren dient de ontwerper visuele terugkoppeling te krijgen en hier speelt de 3D-computergraphics een zeer belangrijke rol. Belangrijk is het efficiënt weergeven van complexe geometrische modellen.
Computerspellen
Bij computerspellen spelen computergraphics een belangrijke rol in het creëren van sfeer in een spel. Door de speler mee te nemen in realistische dan wel fantasiewerelden probeert men de spelervaring te vergroten. Hoe gedetailleerder het beeld, hoe beter deze ervaring en computerspellen hebben een dan ook niet te stillen honger naar betere graphics. Computerspellen oefenen vandaag de dag een belangrijke druk uit op de doorontwikkeling van videokaarttechnologie.
Film
Animatiefilms die volledig met de computer gemaakt zijn, zijn tegenwoordig uitermate populair. Tekenfilm gigant Disney heeft zelfs aangegeven dat het van plan is om in de toekomst al zijn films met de computer te gaan maken, omdat het gewoon veel meer mogelijkheden biedt.
Omdat computerbeelden tegenwoordig zo realistisch zijn, wordt het echter ook veel voor special effects gebruikt in normale speelfilms. Dit is vaak zo realistisch gedaan dat het totaal niet te zien is welke delen echt zijn en welke delen met de computer gemaakt zijn. Een veelgebruikte techniek voor het samenvoegen van echte beelden en computer beelden is het opnemen voor een blauw scherm. Eerst wordt een scene voor een blauw scherm gefilmt. Later worden de delen van de film die blauw zijn opgevold met 3D computer beelden. Een hoogtepunt van computer graphics in films is toch wel gollum uit the lord of the rings, die volledig met de computer gemaakt is.
Kunst
De computer is naast de traditionele vormen om kunstzinnige afbeeldingen zoals schilderkunst en fotografie een uitstekend nieuw werktuig gebleken om kunst mee te maken. Computers bieden de artiest een waaier aan creatieve gereedschappen om schitterende afbeeldingen te kunnen maken. Computers blijken zowel geschikt om fotorealistische als niet fotorealistische kunst mee te ontwerpen.
Rendertechnieken
Een rendertechniek is het basisalgoritme waarmee de driedimensionale wereld op een tweedimensionaal scherm geprojecteerd wordt.
Scanlijnrendering
Bij scanlijnrendering wordt de framebuffer regel per regel afgelopen. Iedere regel wordt in stukje verdeeld betreffende tot welk object dat stuk behoort. Deze stukken worden vervolgens ingekleurd. De kwaliteit van scanlijnrendering is sterk afhankelijk van de algoritmen welke gebruik worden om de kleuren van de objecten te berekenen. Bij platte kleuring heeft ieder object een vaste kleur en is de kwaliteit erg slecht. Technieken die de lichtval op een opject meenemen zich Gouraudkleuring en Phongkleuring. Bij textuurprojectie worden tweedimensionale plaatjes op de objecten geprojecteerd. Tegenwoordig kan de kleur doormiddel van zogenaamde pixel shader, een kleine programmaatje dat voor elke pixel uitgevoerd wordt, ook berekend worden.
Raytracing
Bij raytracing gaat men uit van een camera en lichtbronnen welke in de weer te geven ruimte aanwezig zijn. Vanuit ieder pixel wordt uitgezocht via welke objecten lichtstralen van de lichtbron naar de camera kunnen komen. Hierbij worden natuurkundige reflectie- en brekingswetten in acht genomen. Raytracing kenmerkt zich door fotorealistische weergave van reflecterende en met name spiegelende oppervlakken en doorzichtige lichamen. Schaduwen zijn in raytracing lastig weer te geven (als een object niet door lichtbronnen bereikt kan worden, dan is er dus geen licht voor de pixels die de schaduw weergeven en zou dit pikzwart weergegeven worden) en ook diffuse reflecties zoals via muren zijn niet goed weer te geven.
Radiosity
Bij radiosity gaat men in tegenstelling tot raytracing niet uit van lichtstralen, maar van energie. Een object vangt een bepaalde hoeveelheid lichtenergie en zend na reflectie deze energie weer uit. De oppervlakken van een weer te geven ruimte worden in vakken opgedeeld. Van ieder vak object in een ruimte wordt berekend van welke andere objecten het in welke mate energie kan ontvangen. Vervolgens worden lichtbronnen in acht genomen en wordt de hele ruimte doorgerekend. Radiosity kenmerkt zich door fotorealistische lichtval van lichtbronnen, reflectie via muren en zeer natuurgetrouwe schaduwen. Sterk reflecterende objecten kunnen daarentegen niet realistisch weergegeven worden.
Onderdelen
Ruimtelijke indelingen
Zie geometrisch modelleren.
Bepaling van zichtbaarheid
Zie ook