Виртуальная реальность и 3D. Трехмерная компьютерная графика представляет собой сочетание растровой и векторной

Трехмерная компьютерная графика представляет собой сочетание растровой и векторной компьютерной графики с алгоритмами для быстрой перерисовки основного графического профиля и внешнего вида, позволяющими оперативно изменять перспективу и точку наблюдения, – процесс, названный трехмерной визуализацией. Растры, как следует из названия, – это карты точек, или «битов», образующих картину во многом аналогично растровому воспроизведению фотографий в газетах: линии и тона имитируются полем точек разной густоты. Любая цифровая фотография или изображение, получаемое непосредственно с цифрового сканера или из WWW, представляет собой некоторый битовый массив. Такие массивы сохраняются во многих файловых форматах, например GIF, JPEG и TIFF. Файлы могут быть открыты на любом компьютере, который имеет подходящие программы для просмотра и редактирования графики. Из-за технологии формирования растровых массивов эта графика не всегда выглядит четкой при увеличении. Изменение размера или пропорций растровой графики может вызвать растяжение и изменение размеров точек, что приводит к появлению ступенчатости или пятнистости. Векторы – это математические символы, содержащие геометрическую информацию о линиях, углах и многоугольниках, образующих изображение. Размеры векторов легко менять компьютерными средствами, не опасаясь появления зубчатости линий. В инженерном деле векторы используют для технического черчения и выполнения иллюстраций с применением программ САПР, а также программных средств для иллюстрирования или обработки графики. Векторы служат основой для построения трехмерной графической среды виртуальной реальности. Хотя получить растровое графическое трехмерное изображение возможно, растровые изображения не содержат информации о глубине. Чтобы создать иллюзию трехмерного пространства, объекты на экране компьютера строят на основе «проволочного» каркаса, составленного из масштабируемых линий или многоугольников, создаваемых с привлечением средств векторной графики. Для придания желаемого внешнего вида «проволочный» каркас закрывается поверхностным слоем.

Простой поверхностный слой получается разными способами закраски –равномерным нанесением краски (одним цветом для многоугольников объекта), закраской по методу Гуро (с применением ряда алгоритмов, используемых при формировании окружающей среды для компьютерных игр, чтобы получить плавное изменение цвета) и закраской по методу Фонга (с применением более сложных, чем при закраске по методу Гуро, алгоритмов, для которых требуется больше вычислительной мощности, чтобы достичь лучших по внешнему виду результатов).

Другие методы, применяемые для заполнения пустот в «проволочном» каркасе трехмерной окружающей среды, связаны с наложением текстур. В отличие от нанесения теней, при котором выполняется цветное закрашивание многоугольников, при наложении текстур наносится растровая графика текстур, имитирующая предметы, землю и небо. Наложение текстур имеет решающее значение для повышения реалистичности компьютерных игр.

Виртуальной реальностью часто называется модельная трехмерная (3D) окружающая среда, создаваемая компьютерными средствами и реалистично реагирующая на взаимодействие с пользователями. Для визуализации изображений 3D-мира при помощи плоских экранов обычно используется технология проецирования 3D объектов на плоскость. Создать иллюзию движения 3D-объекта на плоском экране не сложно, но при этом эффект ощущения объемности пространства значительно усиливается.

Для генерации динамичных 3D-сцен применяются специальные программы (3D-движки), которые в реальном времени для любой сцены - комбинации расстановок и положений 3D-объектов формируют 2D-проекцию и изображают ее на экране. Это то, что видит наблюдатель из определенной позиции относительно наблюдаемой сцены. При этом учитывается удаленность и взаимное расположение объектов сцены относительно позиции наблюдения, а также взаимные перекрытия объектов, освещенность, тени, прозрачность - все то, что требуют законы оптики. Эта часть проблемы визуализации 3D-пространства решается достаточно просто.

Однако этот только одна из проблем технологий объемного представления пространственных сцен - композиционная. У человека имеется еще один механизм, поддерживающий объемное восприятие объектов в пространстве - бинокулярное зрение (эффект стерео). Для этого нужно, формировать не одну, проекцию, как описывалось выше, а две - как бы мы видели своими глазами. Для каждого глаза - левого и правого. Для построения 3D-стерео-движка в принципе нет проблем, это два спаренных обычных 3D-движка, работающих как обычно, но обеспечивающих для каждого глаза свою проекцию с учетом их параллакса (смещения). Для представления 3D-стерео проекции уже одного плоского экрана не хватает, поэтому придумали монитор стерео-очки. Маленькие экраны высокого разрешения размещают в плоскости очков, а для условий видимости этих маленьких экранов перед ними размещают специальные оптические средства, позволяющие фокусировать глаза на поверхности экранов. Как сделать внешний стерео-экран без очков - задача не простая. Требуется сформировать два канала изображения и обеспечить условия передачи изображений раздельно в каждый глаз.

Управление 3D-миром на компьютере также представляет собой не простую задачу. Обычные мышки и клавиатуры для этого не приспособлены. Пока достойных решений не найдено, но существует множество подходов к данной проблеме.

Таким образом, ВР-технологии образуют более интуитивный и дружественный пользователю интерфейс для создания и управления 3D-мирами, но пока еще не разработан комплексный подход и средства, обеспечивающие эргономичное решение.

Технологии качественной генерации визуальных образов 3D-миров уже сейчас на самом высоком уровне, а вот удобного средства их визуализации и управления отсутствуют. Имеющиеся решения имеют массу недостатков и вызывают большие сложности для пользователей.

Понятие ВР значительно сложнее, чем модель 3D-мира. Мы рассмотрели проблемы ВР только с точки зрения визуального восприятия и ручного действия оператора. На самом деле ВР обладает значительно и более широким спектром проблем. Восприятие окружающего мира имеет еще одну грань, охватывающую наше сознание, интеллект и мышление.

Дата добавления: 2015-08-27