омп'ютерн≥ науки > ўо таке 3D граф≥ка

ўо таке 3D граф≥ка

¬ступ

ћодель

–оль API

√раф≥чн≥ прискорювач≥

≤гров≥ двигуни (Games engines)

√раф≥ка без компром≥с≥в

“ехнолог≥¤ 3D-граф≥к≥

«аключенн¤

¬ступ

ѕитанн¤ про те, що ж Ї двигуном ус≥Їњ комп'ютерноњ ≥ндустр≥њ, давно турбуЇ багатьох користувач≥в. „и то це ф≥рма Intel, що, не перестаючи, випускаЇ ≥ випускаЇ нов≥ процесори. јле хто тод≥ змушуЇ њх купувати? ћоже, в усьому винуватий Microsoft, що безупинно робить своњ в≥кна б≥льше ≥ краше? “ак н≥, можна адже задовольн¤тис¤ старими верс≥¤ми програм - тим б≥льше спектр њхн≥х можливостей практично не зм≥нюЇтьс¤. ¬исновок напрошуЇтьс¤ сам собою - в усьому винуват≥ ≥гри. “ак, саме ≥гри прагнуть усе б≥льш ≥ б≥льш упод≥бнитис¤ реальному св≥ту, створюючи його в≥ртуальну коп≥ю, хочуть усе б≥льш могутн≥х ресурс≥в.

¬с¤ ≥стор≥¤ комп'ютерноњ граф≥ки на PC Ї тому п≥дтвердженн¤м. «гадаЇте, на початку були тетр≥си, д≥ггери, арканоњди. ”с¤ граф≥ка пол¤гала в перемальовуванн≥ невеликих д≥л¤нок екрана, спрайт≥в, ≥ нормально працювала нав≥ть на XT. јле пройшли т≥ часи. «≥йшла з≥рка симул¤тр≥в.

« виходом таких ≥гор, ¤к F19, Formula 1 ≥ т.п., у ¤ких приходилос¤ вже перемальовувати весь екран, попередньо заготовлюючи його в пам'¤т≥, ус≥м нам довелос¤ обзавестис¤, принаймн≥, 286 процесором. јле прогрес на цьому не зупинивс¤. Ѕажанн¤ упод≥бнити в≥ртуальний св≥т у гр≥ реальному св≥ту п≥дсилилос¤, ≥ з'¤вивс¤ Wolf 3D.

÷е, можна сказати, перша 3D-гра, у ¤к≥й був змодельований ¤кий-н≥¤кий, але все-таки реал≥стичний св≥т. ƒл¤ його реал≥зац≥њ довелос¤ використовувати верхню (б≥льш 640  б) пам'¤ть ≥ загнати програму в захищений режим. ƒл¤ повноц≥нноњ гри довелос¤ установити процесор 80386. јле ≥ св≥т Wolf 3D страждав недол≥ками. ’оча ст≥ни ≥ були не просто однокол≥рними пр¤мокутниками, але дл¤ њхнього зафарбуванн¤ використовувалис¤ текстури з невеликим дозволом, тому поверхн≥ вигл¤дали пристойно лише на в≥дстан≥. «вичайно, можна було п≥ти по шл¤ху нарощуванн¤ дозволу текстур, згадаЇмо, наприклад, DOOM. “од≥ нам довелос¤ знову перейти на б≥льш новий процесор ≥ зб≥льшити к≥льк≥сть пам'¤т≥. ѕравда, усе р≥вно, хоча зображенн¤ ≥ покращилос¤, але йому були присущи вс≥ т≥ ж недол≥ки. “а й плоск≥ об'Їкти ≥ монстри - кому це ц≥каво.

ќтут те ≥ з≥йшла з≥рка Quake. ” ц≥й гр≥ був застосований революц≥йний п≥дх≥д - z-буфер, що дозволив додати об'Їмн≥сть вс≥м об'Їктам. ќднак ус¤ гра все р≥вно працювала в невисокому дозвол≥ ≥ не в≥др≥зн¤лас¤ високою реал≥стичн≥стю.

Ќазр≥вало нове апаратне р≥шенн¤. ≤ р≥шенн¤ це ви¤вилос¤, узагал≥ ж, що лежить на поверхн≥. –аз користувач≥ хочуть грати в тривим≥рному в≥ртуальному св≥т≥, то процес його створенн¤ (згадаЇмо хвилини чеканн¤, проведен≥ за 3D Studio перед по¤вою черговоњ картинки) треба кардинально прискорити. ј раз центральний процесор з ц≥Їю задачею справл¤Їтьс¤ з рук геть погано, було прийн¤то революц≥йне р≥шенн¤ - зробити спец≥ал≥зований.

ќтут те ≥ вил≥з виробник ≥грових автомат≥в 3Dfx, що зробив цю казку минулим за допомогою свого граф≥чного процесора Voodoo. Ћюдство зробило ще один крок у в≥ртуальний св≥т.

ј оск≥льки операц≥йноњ системи на PC з текстурними в≥кнами, що спливають назад, у туман, поки н≥, ≥ не передбачаЇтьс¤, весь апарат тривим≥рноњ граф≥ки можна поки застосувати т≥льки до ≥гор, що усп≥шно робить усе цив≥л≥зоване людство.

ћодель

ƒл¤ зображенн¤ тривим≥рних об'Їкт≥в на екран≥ мон≥тора потр≥бно проведенн¤ сер≥њ процес≥в (звичайно називаних конвеЇром) з наступною трансл¤ц≥Їю результату в двовим≥рний вид. —початку, об'Їкт представл¤Їтьс¤ у вид≥ набору крапок, чи координат, у тривим≥рному простор≥. “ривим≥рна система координат визначаЇтьс¤ трьома ос¤ми: горизонтальноњ, вертикальноњ ≥ глибини, звичайно називаних, в≥дпов≥дно ос¤ми x, y ≥ z. ќб'Їктом може бути будинок, людина, машина, чи л≥так ц≥лий 3D св≥т ≥ координати визначають положенн¤ вершин (вузлових крапок), з ¤ких складаЇтьс¤ об'Їкт, у простор≥. «'Їднавши вершини об'Їкта л≥н≥¤ми, ми одержимо каркасну модель, називану так через те, що видимими Ї только крањ поверхонь тривим≥рного т≥ла.  аркасна модель визначаЇ област≥, що складають поверхн≥ об'Їкта, що можуть бути заповнен≥ кольором, текстурами ≥ висв≥тлюватис¤ промен¤ми св≥тла.

–ис. 1:  аркасна модель куба

Ќав≥ть при так≥м спрощеному по¤сненн≥ конвеЇра 3D граф≥ки стаЇ ¤сно, ¤к багато потр≥бно обчислень дл¤ промальовуванн¤ тривим≥рного об'Їкта на двовим≥рному екран≥. ћожна представити, наск≥льки зб≥льшуЇтьс¤ обс¤г необх≥дних обчислень над системою координат, ¤кщо об'Їкт рухаЇтьс¤.

–ис. 2: ћодель л≥така з зафарбованими поверхн¤ми

–оль API

ѕрограмувальний ≥нтерфейс додатк≥в (API) складаЇтьс¤ з функц≥й, керуючих 3D конвеЇром на програмному р≥вн≥, але при цьому може використовувати переваги апаратноњ реал≥зац≥њ 3D, у випадку на¤вност≥ ц≥Їњ можливост≥. якщо маЇтьс¤ апаратний прискорювач, API використовуЇ його переваги, ¤кщо н≥, то API працюЇ з оптимальними настроюванн¤ми, розрахованими на сам≥ звичайн≥ системи. “аким чином, завд¤ки застосуванню API, будь-¤ка к≥льк≥сть програмних засоб≥в може п≥дтримуватис¤ будь-¤кою к≥льк≥стю апаратних 3D прискорювач≥в.

ƒл¤ додатк≥в загального ≥ розважального напр¤мку, ≥снують наступн≥ API:

Microsoft Direct3D

Criterion Renderware

Argonaut BRender

Intel 3DR

 омпан≥¤ Apple просуваЇ св≥й власний ≥нтерфейс Rave, створений на основ≥ њх власного API Quickdraw 3D.

ƒл¤ профес≥йних додатк≥в, що працюють п≥д керуванн¤м WindowsNT дом≥нуЇ ≥нтерфейс OpenGL.  омпан≥¤ Autodesk, найб≥льший виробник ≥нженерних додатк≥в, розробила св≥й власний API, називаний Heidi.
—воњ API розробили ≥ так≥ компан≥њ, ¤к Intergraph - RenderGL, ≥ 3DFX - GLide.

≤снуванн¤ ≥ приступн≥сть 3D ≥нтерфейс≥в, що п≥дтримують безл≥ч граф≥чних п≥дсистем ≥ додатк≥в, зб≥льшуЇ потреба в апаратних прискорювачах тривим≥рн≥й граф≥ц≥, що працюють у режим≥ реального часу. –озважальн≥ додатки, головний споживач ≥ замовник таких прискорювач≥в, але не варто забувати ≥ про профессиональн≥ додатки дл¤ обробки 3D граф≥ки, що працюють п≥д керуванн¤м Windows NT, багато хто з ¤кий перенос¤тьс¤ з високопродуктивних робочих станц≥й, типу Silicon Graphics, на PC платформу. ≤нтернет додатка сильно виграють в≥д неймов≥рноњ маневреност≥, ≥нтњтивност≥ ≥ гнучкост≥, що забезпечуЇ застосуванн¤ тривим≥рного граф≥чного ≥нтерфейсу. ¬заЇмод≥¤ в World Wide Web буде набагато прост≥ше ≥ зручн≥ше, ¤кщо буде в≥дбуватис¤ в тривим≥рному простор≥.

√раф≥чний прискорювач

–инок граф≥чних п≥дсистем до по¤ви пон¤тт¤ малтимед≥а був в≥дносно простий у розвитку. ¬ажливою в≥хою в розвитку був стандарт VGA (Video graphics Array), розроблений компан≥Їю IBM у 1987 роц≥, завд¤ки чому виробники в≥деоадаптер≥в одержали можлив≥сть використовувати б≥льш високий дозв≥л (640х480) ≥ велику глибину представленн¤ кольору на мон≥тор≥ комп'ютера. « ростом попул¤рност≥ ќ— Windows, з'¤вилас¤ гостра потреба в апаратних прискорювачах двовим≥рноњ граф≥ки, щоб розвантажити центральний процесор системи, змушений обробл¤ти додатков≥ под≥њ. ¬≥двол≥канн¤ CPU на обробку граф≥ки ≥стотно впливаЇ на загальну продуктивн≥сть GUI (Graphical User Interface) - граф≥чного интерфеса користувача, а тому що ќ— Windows ≥ додаткам дл¤ нењ потр≥бно ¤кнайб≥льше ресурс≥в центрального процесора, обробка граф≥ки зд≥йснювалас¤ з б≥льш низьким пр≥оритетом, тобто робилас¤ дуже пов≥льно. ¬иробники додали у своњ продукти функц≥њ обробки двовим≥рноњ граф≥ки, так≥, ¤к промальовуванн¤ в≥кон при в≥дкритт≥ ≥ свертовании, апаратний курсор, пост≥йно видимий при перем≥щенн≥ покажчика, зафарбуванн¤ областей на екран≥ при висок≥й частот≥ регенерац≥њ зображенн¤. ќтже, з'¤вивс¤ процесор, що забезпечуЇ прискоренн¤ VGA (Accelerated VGA - AVGA), також в≥домий, ¤к Windows чи GUI прискорювач, що став обов'¤зковим елементом у сучасних комп'ютерах.

”провадженн¤ малтимед≥а створило нов≥ проблеми, викликан≥ додаванн¤м таких компонент≥в, ¤к звук ≥ цифрове в≥део до набору двовим≥рних граф≥чних функц≥й. —ьогодн≥ легко пом≥тити, що багато продукт≥в AVGA п≥дтримують на апаратному р≥вн≥ обробку цифрового в≥део. ќтже, ¤кщо на ¬ашому мон≥тор≥ в≥део програЇтьс¤ у в≥кн≥, розм≥ром з поштову марку - настав час установити у ¬аш≥й машин≥ малтимед≥а прискорювач. ћалтимедиа прискорювач (multimedia accelerator) звичайно маЇ убудован≥ апаратн≥ функц≥њ, що дозвол¤ють масштабувати в≥деозображенн¤ по ос¤х x ≥ y, а також апаратно перетворювати цифровий сигнал в аналоговий, дл¤ висновку його на мон≥тор у формат≥ RGB. ƒе¤к≥ малтимед≥а акселератори можуть також мати убудован≥ можливост≥ декомпресси цифрового в≥део.

–озроблювач≥ граф≥чних п≥дсистем повинн≥ виходити з вимог, частково диктованих розм≥рами комп'ютерного мон≥тора, частково п≥д впливом GUI, ≥ частично п≥д впливом граф≥чного процесора. ѕервинний стандарт VGA з дозволом 640х480 пиксел≥в був адекватний 14" мон≥торам, найб≥льш розповсюджених у той час. —ьогодн≥ найб≥льш кращ≥ мон≥тори з розм≥ром д≥агонал≥ трубки 17", завд¤ки можливост≥ виводити зображенн¤ з дозволом 1024х768 ≥ б≥льш.

1	2	3

Ќазва: ўо таке 3D граф≥ка
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-02-22 (1544 прочитано)