Τρισδιάστατα γραφικά υπολογιστή: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Σε υλοποιήσεις κινουμένου σχεδίου σε χώρους τριών διαστάσεων λαμβάνεται υπ' όψιν η τρίτη διάσταση του βάθους πεδίου, δηλαδή η παράμετρος της μετατόπισης στο χώρο, σε αντίθεση με τα 2Δδισδιάστατα μοντέλα, όπου λαμβάνονται υπόψη μόνο οι παράμετροι του χρόνου και της μετατόπισης στο επίπεδο. Προκειμένου να παραχθούν τρισδιάστατα ρεαλιστικά εικονικά περιβάλλοντα απαραίτητος είναι ο σχεδιασμός μοντέλων. Τα τρισδιάστατα μοντέλα πρέπει να δημιουργηθούν και να τοποθετηθούν μέσα σε κάποιο σκηνικό συμπληρώνοντας όλες τις λεπτομέρειες όπως ο ρουχισμός των ηρώων και η φωνή τους, η μουσική υπόκρουση, η θέση της κάμερας, τα ειδικά εφέ. Το τελικό αποτέλεσμα είναι σε μία πλατφόρμα τρισδιάστατη με εικόνες με βάθος, φως, σκίαση και πολλαπλή προοπτική. Με τη βοήθεια διαφόρων λογισμικών στην αγορά για τη δημιουργία τρισδιάστατων εικόνων, που κυμαίνονται από τα φτηνότερα ως τα πιο επαγγελματικά, ο δημιουργός έχει το πλεονέκτημα ότι με 3Δτρισδιάστατο κινούμενο σχέδιο μπορεί να κάνει ευκολότερα τις αλλαγές που χρειάζονται, να χρησιμοποιήσει μία μεγάλη γκάμα οπτικής τεχνοτροπίας και βεβαίως να περιορίσει τις εργατοώρες. Ενώ στα δισδιάστατα κινούμενα σχέδια η «ζωγραφιά» ή η κίνηση γίνεται σε επίπεδη επιφάνεια με οριζόντιες και κάθετες γραμμές, στα τρισδιάστατα το εικονικό περιβάλλον ελέγχεται από τον υπολογιστή και τον προγραμματιστή.

Γενικότερα, η δημιουργία 3Δτρισδιάστατου κινουμένου σχεδίου χωρίζεται σε τρία βασικά στάδια:

Είναι η διαδικασία κατά την οποία αναπτύσσεται μια μαθηματική εκπροσώπηση κάθε τρισδιάστατης επιφάνειας άψυχων ή έμψυχων αντικειμένων μέσω εξειδικευμένου λογισμικού, παράγοντας ένα 3Δτρισδιάστατο μοντέλο. Τα 3Δτρισδιάστατα μοντέλα αντιπροσωπεύουν ένα επίσης 3Δτρισδιάστατο αντικείμενο χρησιμοποιώντας μια συλλογή σημείων & άλλων πληροφοριών, στο τρισδιάστατο χώρο, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με διάφορες γεωμετρικές οντότητες όπως τρίγωνα, ευθύγραμμα τμήματα, καμπύλες, κλπ. Τα μοντέλα μπορούν να δημιουργηθούν είτε χειροκίνητα είτε με αλγοριθμικές διαδικασίες [http://en.wikipedia.org/wiki/Procedural_modeling (procedural modeling]) ή μέσω σάρωσης (model scanning).

Σχεδόν όλα τα 3Dτρισδιάστατα μοντέλα μπορούν να χωριστούν στις εξής κατηγορίες:

Χρησιμοποιούνται κυρίως για μη γραφικές προσομοιώσεις όπως για παράδειγμα ιατρικές ή μηχανικές, για [http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design[Σχεδιασμός CADυποβοηθούμενος από υπολογιστή|σχεδιασμό υποβοηθούμενο από υπολογιστή]] (computer-aided design) και εξειδικευμένες οπτικές εφαρμογές, όπως την ανίχνευση ακτίνων και την [[εποικοδομητική στερεά γεωμετρία]] ([http://en.wikipedia.org/wiki/Constructive_solid_geometry constructive solid geometry]). Τα μοντέλα αυτά καθορίζουν τον όγκο του αντικειμένου που αντιπροσωπεύουν.

Σημεία, κορυφές σε 3Δτρισδιάστατο χώρο συνδέονται με γραμμικά τμήματα σχηματίζοντας πολύγωνα. Η φιλοσοφία των περισσότερων 3Δτρισδιάστατων μοντέλων σήμερα είναι χτισμένη πάνω σε πολυγωνικά μοντέλα επειδή είναι ευέλικτα και επειδή οι υπολογιστές μπορούν να τα επεξεργαστούν γραφικά σε πολύ μικρό χρόνο. Επειδή βέβαια, τα πολύγωνα είναι επίπεδες επιφάνειες, οι σύνθετες κυρτές επιφάνειες μοντελοποιούνται μόνο κατά προσέγγιση με τη χρήση πολλών πολυγώνων.

Οι επιφάνειες NURBS ορίζονται από [http://en.wikipedia.org/wiki/Spline_(mathematics) πολυωνυμικές] καμπύλες, οι οποίες επηρεάζονται από σταθμισμένα σημεία ελέγχου (weighted control points). Η αύξηση του βάρους για ένα σημείο θα τραβήξει την καμπύλη πιο κοντά στο σημείο αυτό. Τα NURBS είναι πραγματικά λείες επιφάνειες και όχι απλές προσεγγίσεις χρησιμοποιώντας μικρές επίπεδες επιφάνειες και έτσι είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για οργανικές μοντελοποιήσεις.

===Η μέθοδος σημαντικών στιγμιοτύπων [http://en.wikipedia.org/wiki/Key_frame (key frames)]===

Χρησιμοποιείται στα περισσότερα προγράμματα κατασκευήςτρισδιάστατης 3Dκατασκευής. Τα μοντέλα τοποθετούνται σε σημαντικά χρονικά σημεία σε συγκεκριμένες θέσεις του κόσμου και το πρόγραμμα αναλαμβάνει να συμπληρώσει τα ενδιάμεσα καρέ βάσει της τροχιάς της κίνησης που έχει οριστεί.

=== Η μέθοδος του [http://en.wikipedia.org/wiki/Procedural_animation διαδικαστικού (procedural) κινουμένου σχεδίου] ===

Το πρόγραμμα που είναι υπεύθυνο για να παράγει την τελική φωτορεαλιστικά απεικονισμένη σκηνή ονομάζεται ''αποδοτιτής (renderer)''. Η διαδικασία παραγωγής της τελικής φωτορεαλιστικής απεικονισμένης σκηνής αποτελεί μια αρκετά σύνθετη διαδικασία μιας και οι παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη, προκειμένου να παραχθεί ένα ικανοποιητικό αποτέλεσμα που να προσεγγίζει αρκετά ρεαλιστικά την πραγματικότητα, είναι πολλές. Η διαδικασία της φωτορεαλιστικής απεικόνισης μπορεί να διαρκέσει κλάσματα του δευτερολέπτου ως και μία ολόκληρη μέρα προκειμένου να παραχθεί μία ενιαία εικόνα ανά [http://el.wiktionary.org/wiki/%CE%BA%CE%B1%CF%81%CE%AD καρέ].

Τα τρισδιάστατα μοντέλα πρέπει να δημιουργηθούν και να τοποθετηθούν μέσα σε κάποιο σκηνικό συμπληρώνοντας όλες τις λεπτομέρειες όπως ο ρουχισμός των ηρώων και η φωνή τους, η μουσική υπόκρουση, η θέση της κάμερας, τα ειδικά εφέ. Το τελικό αποτέλεσμα είναι σε μία πλατφόρμα τρισδιάστατη με εικόνες με βάθος, φως και σκίαση και πολλαπλή [http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A0%CF%81%CE%BF%CE%BF%CF%80%CF%84%CE%B9%CE%BA%CE%AE_(%CF%83%CF%87%CE%AD%CE%B4%CE%B9%CE%BF) προοπτική]. Με τη βοήθεια διαφόρων λογισμικών στην αγορά για τη δημιουργία τρισδιάστατων εικόνων, που κυμαίνονται από τα φθηνότερα ως τα πιο επαγγελματικά, ο δημιουργός έχει το πλεονέκτημα ότι με 3Δ κινούμενο σχέδιο μπορεί να κάνει ευκολότερα τις αλλαγές που χρειάζονται, να χρησιμοποιήσει μία μεγάλη γκάμα οπτικής τεχνοτροπίας και βεβαίως να περιορίσει τις εργατικές ώρες. Ενώ στα δισδιάστατα κινούμενα σχέδια η «ζωγραφιά» ή η κίνηση γίνεται σε επίπεδη επιφάνεια με οριζόντιες και κάθετες γραμμές, στα τρισδιάστατα το εικονικό περιβάλλον ελέγχεται από τον υπολογιστή και το αποτέλεσμα είναι εφικτό με την προϋπόθεση ότι ο προγραμματιστής δώσει τις σωστές εντολές στο πρόγραμμά του.

Γλώσσες όπως η Γλώσσα Μοντελοποίησης Εικονικής Πραγματικότητας (Virtual Reality Modeling Language - [http://en.wikipedia.org/wiki/VRML VRML]) που εμφανίστηκε το 1997, ενώ υπόσχονταν πολλά όταν πρωτοεμφανίστηκε, δεν μπορεί να καλύψει τις υπέρογκες ανάγκες των κινούμενων σχεδίων και των γραφικών. Με τη βοήθεια των δεδομένων για πολυμεσικό προγραμματισμό (multimedia coding), MPEG και [http://en.wikipedia.org/wiki/JPEG JPEG,] θα δοθούν κίνητρα για περαιτέρω πρόοδο στον κόσμο της επικοινωνίας των πολυμέσων. Τις επόμενες δεκαετίες, η [http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%95%CF%80%CE%AF%CE%B3%CE%B5%CE%B9%CE%B1_%CF%88%CE%B7%CF%86%CE%B9%CE%B1%CE%BA%CE%AE_%CF%84%CE%B7%CE%BB%CE%B5%CF%8C%CF%81%CE%B1%CF%83%CE%B7 ψηφιακή τηλεόραση] προορίζεται να αντικαταστήσει την αναλογική και [http://en.wikipedia.org/wiki/MPEG-4 MPEG-4], να χειρίζεται όχι μόνο οπτικοακουστικά στιγμιότυπα, αλλά συνθετικά και φυσικά υλικά, κίνηση σώματος και προσώπου (FBA). Ο χώρος που απαιτείται για την αποθήκευση και τη μεταφορά τρισδιάστατων ταινιών και παιχνιδιών είναι εξαιρετικά μεγάλος, γι’ αυτό τεχνικές γεωμετρικής συμπίεσης αναπτύσσονται, ενώ η ποιότητα παραμένει υψηλή. Η μνήμη και η μπάντα μετάδοσης αποτελούνται από μεγάλο αριθμό στιγμιοτύπων, τα οποία ξεχωριστά είναι ένα μεγάλο στατικό 3Δτρισδιάστατο μοντέλο. Έτσι, η ταινία [http://en.wikipedia.org/wiki/Shrek Shrek] δεν χρειάζεται να αποθηκευτεί σε [http://en.wikipedia.org/wiki/Film_frame#Video_frames οπτικοακουστικά στιγμιότυπα], αλλά η παράδοση της ταινίας γίνεται σε 3Δτρισδιάστατο μοντέλο το οποίο χρησιμοποιεί τη μικρότερη σε εύρος μπάντα σε πραγματικό χρόνο. Ο θεατής μπορεί να απολαύσει την ταινία ακόμα και σε ένα περιβάλλον Εικονικής Πραγματικότητας, με υψηλή ανάλυση, από και προς κινητά ή και σε [http://en.wikipedia.org/wiki/Home_cinema οικιακό κινηματογράφο].

== Εφαρμογές 3Δτρισδιάστατου κινουμένου σχεδίου ==

Παρατηρείται πολύ μεγάλη άνθηση στον αριθμό των κινηματογραφικών ταινιών που χρησιμοποιούν τρισδιάστατα γραφικά ή είναι και εξ‘ ολοκλήρου κατασκευασμένες με τη χρήση τρισδιάστατων γραφικών. Σήμερα, η τεχνολογία παραγωγής 3Dτρισδιάστατου κινουμένου σχεδίου έχει ως αποτέλεσμα την γραφική αναπαράσταση ανθρωπίνων χαρακτήρων με άκρως ρεαλιστικό αποτέλεσμα.

Η τεχνική των 3Δτρισδιάστατου κινουμένων σχεδίων χρησιμοποιείται πολύ και για εκπαιδευτικούς σκοπούς μιας και έτσι οι μαθητές βοηθούνται στο να φανταστούν τα αντικείμενα και τις έννοιες κατανοώντας έτσι πολύπλοκες και δυσνόητες θεωρητικές έννοιες. Επιπλέον μέσω του animationκινουμένου σχεδίου οι εκπαιδευτικοί μπορούν να δημιουργήσουν προσομοιώσεις καταστάσεων και διαδικασιών και να δείξουν στους μαθητές τα φαινόμενα που μελετούν όπως ακριβώς αυτά συμβαίνουν σε πραγματικό χρόνο.