גרפיקת תלת-ממד
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
גרפיקת תלת-ממד הוא תחום של אמנות גרפית ממוחשבת, שבו משתמשים במחשבים ותוכנות תלת-ממד מיוחדות כדי ליצור תמונות ואנימציה ממוחשבת בעלות פרספקטיבה המחקה מראה תלת-ממדי. במונח משתמשים גם לתיאור התהליך שבעזרתו יוצרים תמונות כאלה וגם לתחום שבו מפתחים כלי תוכנה וחומרה המיועדים לכך.
תוכן עניינים |
[עריכה] תהליך יצירת תמונה
בתמונה בגרפיקת תלת-ממד נוצרת בתהליך ארוך ומורכב שעשוי לדרוש זמן רב הן מהאמן והן זמן מחשב. ראשית על האמן להגדיר אובייקטים תלת-ממדים ולמקם אותם במערכת צירים. שנית יש להגדיר את החומרים מהם עשויים האובייקטים. שלישית יש להגדיר את מקורות האור. לסיום על האמן להגדיר את מקום המצלמה. לאחר שכל ההגדרות הללו נקבעו המחשב מבצע חישוב המכונה Render. חישוב זה עשוי לקחת בין שבריר שניה לבין שעות רבות, כתלות במורכבות הסצנה, ובסופו מתקבלת התמונה.
[עריכה] הגדרת האובייקטים
תהליך הגדרת האובייקטים מכונה מידול. האובייקטים מוגדרים במערכת צירים קרטזית תלת-ממדית. נקודה בודדה מוגדרת על ידי וקטור בן שלושה מספרים המציין את מיקום הנקודה יחסית לשלושת הצירים. פאון (גוף המורכב מפאות, כגון קובייה או פירמידה) מיוצג על ידי רשימת הקודקודים שלו כנקודות במרחב, ולכל פאה שלו רשימת הקודקודים שמתשתתפים בפאה.
גופים חלקים כגון כדור או פנים של אדם אפשר לייצג בצורה מקורבת על ידי פאון עם אלפי פאות. קיימות גם שיטות מתקדמות יותר. פאה היא למעשה חלק ממישור שאותו מייצגים בגאומטריה אנליטית בעזרת משוואות ממעלה ראשונה. אפשר לייצג משטחים עקומים על ידי משוואות ממעלה גבוהה יותר וקיימות טכניקות מידול המתבססות על כך.
[עריכה] הגדרת החומרים
בשלב הגדרת האובייקטים הגדרנו למעשה רק את צורתם ואת מיקומם במרחב אך טרם קבענו את צבעם. בגרפיקת תלת-ממד אין די בהגדרת צבע אחד כדי להגדיר את מראהו של אובייקט. חישבו למשל על מראה, האם למראה יש צבע? האם זהב הוא צבע? התשובה לשאלות אלה היא לא. למעשה המראה של מראות, תכשיטי זהב או כל אובייקט אחר נקבע לפי תכונות של החומר ממנו הוא עשוי. תכונות החומר משפיעות על האופן בו מתנהגות קרני האור הפוגעות בו.
בגרפיקת תלת-ממד "חומר" הוא מונח המתאר אוסף גדול של הגדרות הקובעות כיצד אובייקט מגיב לאור. הגדרות אלה קובעות, נוסף כמובן לצבע היסודי של האובייקט, האם החומר מבריק, האם משתקפת בו בבואה של האובייקטים מסביבו, האם הוא שקוף, האם האור שעובר בו נשבר ועוד. הגדרה מושכלת של כל הפרמטרים הללו מאפשרת לחקות בצורה אמינה ביותר כמעט כל חומר מהמציאות וגם ליצור אפקטים דמיוניים.
[עריכה] מקורות האור
גם עין אנושית וגם מצלמה קולטות קרני אור. קרני האור הללו חייבות להגיע ממקור כלשהו. בהיעדר מקור אור מתקבלת תמונה שחורה לחלוטין.
בגרפיקת תלת-ממד האמן יכול להגדיר מקורות אור ממספר סוגים ולמקם אותם במרחב. מקור אור נקודתי הוא נקודה במרחב ממנה יוצאות קרני אור לכל הכיוונים או לכיוונים מוגדרים. מקור אור כזה מחקה בקירוב נורות קטנות. סוג אחר הוא מקור אור מקבילי, המדמה אור שמש. במקור אור זה המרחב כולו מכוסה בקרני אור מקבילות המגיעות ממרחק אינסופי.
בנוסף לקביעת מיקום מקור האור והסוג שלו אפשר לקבוע כמובן את עוצמתו ואת צבעו. מקור אור לבן יוצר מראה רגיל, מכיוון שהצבע הלבן מכיל בתוכו את כל שאר הצבעים. כל צבע אור אחר יגרום להטיית צבעי האובייקטים המוצגים בתמונה.
[עריכה] מיקום המצלמה
המונח מצלמה בגרפיקת תלת-ממד מציין עבור המחשב את הנקודה במרחב ממנה אנו רוצים לצפות בסצנה. בנוסף למיקום יש להגדיר גם את כיוון ההסתכלות ותכונות נוספות המחקות מצלמה אמיתית: אורך מוקד העדשה, עומק השדה, מפתח העדשה ועוד.
[עריכה] Render
זהו השלב שבו המחשב מחשב את התמונה על סמך כל ההגדרות שתוארו לעיל. התהליך עשוי לקחת שבריר שניה או שעות רבות, כתלות במורכבות ההגדרות הללו וכן בשיטת ה-Render שנבחרה.
[עריכה] גרפיקה תלת-ממדית באנימציה
שימוש בגרפיקה תלת-ממדית באנימציה מכונה אנימציה ממוחשבת. האנימציה הממוחשבת החל משנות התשעים של המאה העשרים הפכה לנפוצה ביותר בתעשיית הקולנוע והטלוויזיה. סרט ההאנימציה הממוחשבת המלא הראשון היה צעצוע של סיפור שיצא בשנת 1995. בסרטי פנטזיה ומדע בדיוני מצולמים היה נהוג להשתמש בבובות כדי להציג דמויות או מבנים דמיוניים. החל משנות התשעים של המאה העשרים החליפה האנימציה הממוחשבת את השיטות המסורתיות. כך למשל בטרילוגית סרטי מלחמת הכוכבים שסרטה הראשון יצא בשנת 1977, אחת מדמויות המשנה הנה יודה שהוצגה על ידי בובה ולכן בכל הסצנות היא מקובעת לאיזה משטח מאחוריו מסתתר המפעיל. בטרילוגיית ההמשך שהחלה בשנת 1999 אותה דמות נעשתה כולה באנימציה ממוחשבת שאפשרה להציג אותה בצורה חיה וחופשית יותר.
[עריכה] גרפיקה תלת-ממדית במשחקי מחשב
הגרפיקה התלת-ממדית הייתה אחת ההתפתחויות החשובות ביותר בתעשיית משחקי המחשב ומשחקי הקונסולה. במשחקים הדו-ממדיים יכולת השחקן הייתה מוגבלת ולכן התנועה במשחק התאפשרה בשמונה כיוונים עיקריים: למעלה, למטה, ימינה, שמאלה והאלכסונים שביניהם. מאחר שהתנועה הייתה במישור, קשה מאוד היה ליצור במשחק תחושה מציאותית של עומק. כאשר פותחו מנועי התלת-ממד הפכו המשחקים למציאותיים יותר ולכן התנועה הפכה אפשרית בכל 26 הכיוונים האפשריים (כגון משחק המחשב דיסנט).
גרפיקה תלת-ממדית דורשת משאבי מעבד וזיכרון רבים, ולכן משחקי התלת-ממד הראשונים היוו חיקוי של הסביבה התלת-ממדית. לדוגמה, משחק בו לשחקן הייתה יכולת תנועה מישורית בחיקוי של סביבה תלת-ממדית, ואת היכולת לעלות למישורים גבוהים או נמוכים יותר באמצעות מעליות או מדרגות.
באמצע שנות ה-90 של המאה ה-20 הפכו יישומי התלת-ממד לנפוצים ותובעניים יותר ככל שסימולציית המציאות שלהם השתפרה, דבר שהביא חברות חומרה (כגון nVidia) לפתח כרטיסי מסך למחשבים ביתיים במטרה להוריד את עומס החישוב והזיכרון מהמעבד הראשי אל כרטיס המסך.
