چگونه گرافیک ۳ بعدی کار کنیم
اگر یک عکس ۲ بعدی در یک تصویر ۳ بعدی نیاز به اضافه کردن اطلاعات زیادی داشته باشد، گام از یک تصویر ثابت ۳ بعدی به تصاویری که به صورت واقعگرایانه حرکت می کنند بسیار بیشتر است. بخشی از مشکل این است که ما خراب شده ایم. ما در هر چیزی که می بینیم انتظار داریم درجه بالاتری از واقعیت داشته باشیم. در اواسط دهه ۱۹۷۰، یک بازی مانند “پونگ” میتواند با گرافیک روی صفحه نمایش آن را تحت تاثیر قرار دهد. امروز ما صفحه نمایش های بازی را به فیلم های دی وی دی مقایسه می کنیم و می خواهیم که بازی ها به همان اندازه که در سینما دیده می شود، به همان اندازه صاف و دقیق باشند. این یک چالش برای گرافیک ۳ بعدی در رایانه های شخصی، Macintosh و به طور فزاینده ای از کنسول های بازی مانند Dreamcast و Playstation II است.
گرافیک ۳ بعدی چیست؟
برای بسیاری از ما، بازی های رایانه ای یا سیستم بازی پیشرفته، رایج ترین روش هایی است که ما گرافیک ۳ بعدی را مشاهده می کنیم. این بازی ها و یا فیلم هایی که با تصاویر تولید شده توسط کامپیوتر ساخته شده اند باید سه مرحله مهم برای ایجاد و ارائه یک صحنه ۳ بعدی واقعی داشته باشند:
ایجاد یک دنیای ۳ بعدی مجازی
تعیین اینکه چه بخشی از جهان روی صفحه نمایش داده خواهد شد.
تعیین اینکه چگونه هر پیکسل بر روی صفحه نمایش به نظر می رسد به طوری که کل تصویر به عنوان واقع بینانه به نظر می رسد.
ایجاد یک دنیای مجازی ۳ بعدی
یک دنیای ۳ بعدی مجازی همان چیزی نیست که یک عکس از آن دنیا باشد. این نیز در مورد دنیای واقعی ما صادق است. بخش کوچکی از دنیای واقعی را به دست آورید – دست و دسکتاپ آن زیر آن است. دست شما دارای ویژگی هایی است که تعیین می کند چگونه می تواند حرکت کند و چگونه می تواند نگاه کند. مفاصل انگشتان به سمت کف دست، و نه دور از آن. اگر دست خود را بر روی دسکتاپ بچرخانید، دسک تاپ براق نمیشود – همیشه جامد است و همیشه سخت است. دست شما نمی تواند از طریق دسکتاپ برود. شما نمیتوانید ثابت کنید که این کارها با نگاه کردن به یک تصویر واحد درست است. اما مهم نیست که چه تعداد عکس را گرفته اید، همیشه خواهید دید که مفاصل انگشت فقط به سمت کف دست می زنند و دسکتاپ همیشه جامد، مایع و سخت و نرم نیست. به همین دلیل است که در دنیای واقعی، این روش دستان و راههایی است که آنها همیشه رفتار می کنند. اشیاء در یک دنیای ۳ بعدی مجازی، در طبیعت، مانند دست شما وجود ندارد. آنها کاملا مصنوعی هستند. تنها خواص آنها توسط نرم افزار به آنها داده می شود. برنامه نویسان باید با استفاده از ابزارهای خاص و دنیای مجازی ۳-D را با دقت بیشتری تعریف کنند تا همه چیز در آن همیشه به گونه ای رفتار کند.
چه بخشی از جهان مجازی بر روی صفحه نمایش نشان می دهد؟
در هر لحظه ای، صفحه نمایش فقط بخش کوچکی از دنیای مجازی ۳-D را برای بازی کامپیوتری ایجاد می کند. آنچه بر روی صفحه نشان داده شده است، ترکیبی از نحوه تعریف جهان، جایی که شما انتخاب می کنید و کدام راه را انتخاب می کنید، تعیین می شود. مهم نیست که کجا بروید – به جلو یا عقب، بالا یا پایین، چپ یا راست – دنیای مجازی ۳ بعدی در اطراف شما تعیین می کند که چه چیزی از آن موقع به آن سمت نگاه کنید. و آنچه شما می بینید باید از یک صحنه به بعد حساس باشد. اگر به جایی از همان فاصله نگاه کنید، بدون در نظر گرفتن جهت، باید همان ارتفاع را ببیند. هر جسم باید به گونه ای نگاه کند و حرکت کند تا شما را متقاعد کند که همیشه جرم مشابهی دارد، که فقط به همان اندازه سخت یا نرم است، به عنوان سخت یا قابل تحمل و غیره.
برنامه نویسانی که بازی های کامپیوتری را بنویسند تلاش زیادی برای تعیین دنیای ۳ بعدی انجام می دهند تا شما بتوانید در آن ها بدون غلبه بر چیزی که باعث می شود شما فکر کنید، “در این دنیا اتفاق نمی افتد”. آخرین چیزی که می خواهید ببینید دو جامد است اشیائی که می توانند از طریق یکدیگر به درستی برسند.این یک یادآوری سخت است که همه چیز را که می بینید باورنکردنی است.
مرحله سوم شامل حداقل دو محاسبه به عنوان دو مرحله دیگر است و باید در زمان واقعی برای بازی ها و فیلم ها رخ دهد. نگاهی دیگر به آن نگاه خواهیم داشت.
گرافیک ۳ بعدی چیست؟
برای بسیاری از ما، بازی های کامپیوتری یا سیستم پیشرفته پیشرفته، روش های رایج ما است که ما می توانیم گرافیک ۳ بعدی را مشاهده کنیم. این بازی ها یا فیلم هایی که با تصاویر ساخته شده توسط کامپیوتر ساخته شده اند باید سه مرحله مهم برای ایجاد و ارائه یک واقعی ۳ بعدی صحنه:
ایجاد یک دنیای ۳ بعدی مجازی
تعیین اینکه چه بخشی از جهان روی صفحه نمایش داده خواهد شد.
تعیین اینکه چگونه هر پیکسل بر روی صفحه نمایش به نظر می رسد به طوری که کل تصویر به نظر می رسد به عنوان واقع بینانه.
ایجاد یک دنیای مجازی ۳ بعدی
یک دنیای ۳ بعدی مجازی چیزی نیست که یک عکس از آن دنیا باشد. این نیز در مورد دنیای واقعی ما صادق است. کمی کوچکی از دنیای واقعی را به دست آورید – دست و دسکتاپ آن زیر آن است. دست شما دارای ویژگی هایی است که تعیین می کند چگونه می تواند حرکت کند و چگونه می تواند نگاه کند. مفاصل انگشتان به سمت کف دست، و نه دور از آن. اگر دست خود را بر روی دسکتاپ بکشید، دسک تاپ براق نمی شود – همیشه جامد است و همیشه سخت است. دست شما قادر نیست از طریق دسکتاپ برود. شما نمیتوانید ثابت کنید این کارها با نگاه کردن به یک تصویر واحد درست است. اما مهم نیست که چه تعداد عکس گرفته شده اند، همیشه خواهید دید که مفاصل انگشت فقط به سمت کف دست و دسکتاپ همیشه جامد، مایع و سخت و نرم نیست. به همین دلیل است که در جهان واقعی این روش دستان و راههایی است که همیشه رفتار می کنند. اشیاء در یک دنیای ۳ بعدی مجازی، در طبیعت، مانند دست شما وجود ندارد. آنها کاملا مصنوعی هستند تنها خواص آنها توسط نرم افزار به آنها داده می شود. برنامه نویسان باید با استفاده از ابزارهای خاص و دنیای مجازی ۳-D را با دقت بیشتری تعریف کنند تا همه چیز در آن همیشه به گونه ای رفتار شود.
چه بخشی از جهان مجازی روی صفحه نمایش نشان می دهد؟
در هر لحظه ای، صفحه نمایش فقط بخش کوچکی از دنیای مجازی ۳-D را برای بازی کامپیوتری ایجاد می کند. چه بر روی صفحه نشان داده شده است، ترکیبی از نحوه تعریف جهان، جایی که شما انتخاب می کنید و کدام راه را انتخاب می کنید، تعیین می شود. مهم نیست که کجا بروید – جلو یا عقب، بالا یا پایین، چپ یا راست – دنیای مجازی ۳ بعدی در اطراف شما تعیین می کند چه چیزی از آن زمان به آن سمت نگاه کنید. و آنچه که می بینید باید از یک صحنه به بعد حساس باشد. اگر به جایی از همان فاصله نگاه کنید، بدون در نظر گرفتن مسیر، باید همان ارتفاع را ببینیم. هر جسم باید به گونه ای نگاه کند و حرکت کند تا متقاعد شود که همیشه جرم مشابه است، که فقط به همان اندازه سخت یا نرم، به عنوان سخت یا قابل تحمل و غیره.
برنامه نویسانی که بازی های کامپیوتری را بنویسند، تلاش زیادی برای تعیین دنیای ۳ بعدی انجام می دهند تا شما بتوانید در آن بدون غلبه بر چیزی که باعث می شود شما فکر کنید، “در این جهان اتفاق نمی افتد”. آخرین چیزی که می خواهید ببینید دو نوع جامد است اشیائی که می توانید از طریق یکدیگر به درستی برسند.این یک یادآوری سخت است که همه چیز را که می بینید باور نکردنی است.
مرحله سوم شامل حداقل دو محاسبه به عنوان دو مرحله دیگر است و باید در زمان واقعی برای بازی ها و فیلم رخ دهد. نگاهی دیگر به آن نگاه خواهیم داشت.
گرافیک ۳ بعدی چیست؟
برای بسیاری از ما، بازی های کامپیوتری یا پیشرفته پیشرفته پیشرفته، روش های معمول ما است که ما می توانیم گرافیک ۳ بعدی را مشاهده کنید. این بازی ها یا فیلم هایی که با تصاویر ساخته شده توسط کامپیوتر ساخته شده اند باید سه مرحله مهم برای ایجاد و ارائه یک واقعی ۳ بعدی صحنه:
ایجاد یک دنیای ۳ بعدی مجازی
تعیین اینکه چه بخشی از جهان روی صفحه نمایش داده خواهد شد.
تعیین اینکه چگونه هر پیکسل بر روی صفحه نمایش به نظر می رسد به طوری که کل تصویر به نظر می رسد به عنوان واقع بینانه است.
ایجاد یک دنیای مجازی ۳ بعدی
یک دنیای ۳ بعدی مجازی چیزی نیست که یک عکس از آن دنیا باشد. این نیز در مورد دنیای واقعی ما صادق است. کمی کوچکی از دنیای واقعی را به دست آورید – دست و دسکتاپ آن زیر آن است. دست شما دارای ویژگی هایی است که تعیین می کند چگونه می تواند حرکت کند و چگونه می تواند نگاه کند. مفاصل انگشتان به سمت کف دست، و نه دور از آن. اگر دست خود بر روی دسکتاپ بکشید، دسک تاپ براق نمی شود – همیشه جامد است و همیشه سخت است. دست شما قادر نیست از طریق دسکتاپ برود. شما نمیتوانید ثابت کنید این کارها با نگاه کردن به یک تصویر واحد درست است. اما مهم نیست که چه تعداد عکس گرفته شده است، همیشه خواهید دید که مفاصل انگشت فقط به سمت کف دست و دسکتاپ همیشه جامد، مایع و سخت و نرم نیست. به همین دلیل است که در جهان واقعی این روش دستان و راه هایی است که همیشه رفتار می کنند. اشیاء در یک دنیای ۳ بعدی مجازی، در طبیعت، مانند دست شما وجود ندارد. آنها کاملا مصنوعی هستند و تنها خواص آنها توسط نرم افزار به آنها داده می شود. برنامه نویسان باید با استفاده از ابزارهای خاص و دنیای مجازی ۳-D را با دقت بیشتری تعریف کنند تا همه چیز در آن همیشه به گونه ای رفتار شود.
چه بخشی از جهان مجازی روی صفحه نمایش نشان می دهد؟
در هر لحظه ای، صفحه نمایش فقط بخش کوچکی از دنیای مجازی ۳-D را برای بازی کامپیوتری ایجاد می کند. چه بر روی صفحه نشان داده شده است، ترکیبی از نحوه تعریف جهان، جایی که شما انتخاب می کنید و کدام راه را انتخاب می کنید تعیین می شود. مهم نیست که کجا بروید – جلو یا عقب، بالا یا پایین، چپ یا راست – دنیای مجازی ۳ بعدی در اطراف شما مشخص می کند چه چیزی از آن زمان به سمت آن نگاه کنید. و آنچه که می بینید باید از یک صحنه به بعد حساس باشد. اگر به جایی از همان فاصله نگاه کنید، بدون در نظر گرفتن مسیر، باید همان ارتفاع را ببینیم. هر جسم باید به گونه ای نگاه کند و حرکت کند تا متقاعد شود که همیشه جرم مشابه است، که فقط به همان اندازه سخت یا نرم، به عنوان سخت یا قابل تحمل و غیره.
برنامه نویسانی که بازی های کامپیوتری را بنویسند، تلاش زیادی برای تعیین دنیای ۳ بعدی انجام می دهند تا شما بتوانید در آن بدون غلبه بر چیزی که باعث می شود شما فکر کنید، “در این جهان اتفاق نمی افتد”. آخرین چیزی که میخواهید ببینید دو نوع جامد است اشیائی که می توانید از طریق یکدیگر به درستی برسند. این یک یادآوری سخت است که همه چیز را که می بینید باور نکردنی است.
مرحله سوم شامل حداقل دو محاسبه به عنوان دو مرحله دیگر است و باید در زمان واقعی برای بازی ها و فیلم رخ دهد. نگاهی دیگر به آن نگاه خواهیم داشت.
عمق میدان
یکی دیگر از اثرات نوری با موفقیت برای ایجاد ۳-D عمق میدان است. با استفاده از مثال ما از درختان کنار جاده، همانطور که خط درخت ها کوچکتر می شود، یک چیز جالب دیگر اتفاق می افتد. اگر به درختان نزدیک به شما نگاه کنید، درختان دورتر به نظر میرسد که خارج از تمرکز هستند. و این به خصوص هنگامی که شما به یک عکس یا فیلم از درخت نگاه می کنید. مدیران فیلم و انیماتورهای کامپیوتر از این عمق اثر میدان برای دو هدف استفاده می کنند. اول این است که توهم عمق صحنه تماشا کنید. قطعا ممکن است کامپیوتر اطمینان حاصل کند که هر آیتم در یک صحنه، مهم نیست که تا چه حد نزدیک یا دور آن قرار است، کاملا تمرکز داشته باشد. از آنجایی که ما برای دیدن عمق میدان اثر استفاده می کنیم، هرچند داشتن مواردی در فوکوس صرف نظر از فاصله به نظر می رسد خارجی و مانع تماشای یک صحنه در دنیای واقعی می شود.
دومین دلیل مدیران از عمق میدان استفاده از تمرکز توجه شما به موارد یا بازیگران است که آنها احساس می کنند مهم ترین هستند. برای مثال، برای مثال، توجه به قهرمان فیلم، کارگردان ممکن است از “عمق میدان کم” استفاده کند، جایی که تنها بازیگر در فوکوس است. از سوی دیگر، صحنه ای که طراحی شده است تا شما را با عظمت طبیعت تحت تأثیر قرار دهد، از یک عمق عمق میدان استفاده می کند تا بتواند تا حد امکان در فوکوس و قابل توجه باشد.
ضد عرق کردن
یک تکنیک که بر روی فریب دادن چشم نیز متکی است، ضد عرق است. سیستم های گرافیکی دیجیتال در ایجاد خطوطی که به راست و چپ روی صفحه نمایش می یابند، و یا به طور مستقیم بین آنها بسیار خوب است. اما وقتی که منحنیها یا خطوط مورب نشان داده میشوند (و اغلب در دنیای واقعی نشان داده میشوند)، رایانه ممکن است خطوطی مشابه مراحل پله را به جای جریان صاف تولید کند. بنابراین برای چشمک زدن به دیدن منحنی یا خط صاف، کامپیوتر می تواند سایه های فارغ التحصیل رنگ را در خط به پیکسل های اطراف خط اضافه کند. این پیکسل های “خاکستری” چشم شما را فریب می دهد و فکر می کند که مراحل پله های متخلخل از بین رفته است. این فرآیند اضافه کردن پیکسل های رنگی اضافی برای احمق کردن چشم، ضد عرق کردن نامیده می شود و این یکی از تکنیک هایی است که گرافیک های ۳ بعدی DD را از آنهایی که از دست ساخته شده جدا می کنند. نگه داشتن خطوط به عنوان آنها از طریق زمینه های رنگ حرکت می کند و اضافه کردن مقدار مناسب رنگ “ضد زدگی”، یک کار پیچیده دیگر است که کامپیوتر باید با آن کار کند، زیرا انیمیشن ۳ بعدی روی مانیتور کامپیوتر شما ایجاد می شود.
مراحل پله ای متخلخل که زمانی رخ می دهد که تصاویر از پیکسل ها در خطوط مستقیم رنگ می شوند، یک شی به عنوان کامپیوتر به طور واضح ایجاد می شود.
پیکسل های خاکستری را در اطراف خطوط یک تصویر قرار دهید – خطوط را خنثی می کند – مراحل پله ها را کم می کند و یک شیء را بیشتر واقع گرایانه می سازد.
مثالهای واقع گرایانه
هنگامی که تمام ترفندهای که تا کنون در مورد آن صحبت کرده ایم، با هم ترکیب می شوند، صحنه های واقع گرایی فوق العاده ای ایجاد می شود. و در بازی ها و فیلم های اخیر، اشیاء کامپیوتری تولید شده با زمینه های عکاسی ترکیب شده اند تا بیشتر به توهم برسند. شما می توانید نتایج شگفت انگیز را در مقایسه با عکس ها و صحنه های کامپیوتری ایجاد کنید.
این یک عکس از پیاده رو در نزدیکی دفتر کار Works Stuff است. در یکی از تصاویر زیر یک توپ روی پیاده رو قرار گرفت و عکس گرفت. از سوی دیگر، یک هنرمند از یک برنامه گرافیکی کامپیوتری برای ایجاد یک توپ استفاده کرد.
انجام حرکت گرافیکی ۳ بعدی
تا کنون، ما به نوعی چیزهایی که هر تصویر دیجیتالی را به نظر واقعی تر می رساند، نگاه می کنیم، این که آیا تصویر یک تصویر “هنوز” است یا بخشی از توالی متحرک. اما در طی دنباله ای متحرک، برنامه نویسان و طراحان از ترفندهای بیشتری استفاده می کنند تا ظاهر “اکشن زنده” را به جای تصاویر کامپیوتری ایجاد کنند.
چند فریم در ثانیه؟
هنگامی که شما برای دیدن یک فیلم در تئاتر محلی، یک دنباله از تصاویر به نام فریم اجرا می شود در مقابل چشم خود را با سرعت ۲۴ فریم در ثانیه است. از آنجا که شبکیه شما یک تصویر را برای مدت کوتاهی از ۱/۲۴ ثانویه حفظ می کند، اکثر چشم ها فریم ها را به یک تصویر مستمر از جنبش و عمل تبدیل می کنند.
اگر از جهت دیگر به این فکر می کنید، به این معنی است که هر یک از فریم های تصویری یک عکس گرفته شده در معرض ۱/۲۴ ثانیه است. این بسیار طولانی تر از مواجهه ای است که برای عکاسی “توقف عمل” گرفته شده است، که در آن دونده ها و دیگر اجسام در حال حرکت در نظر گرفته یخ زده هستند. به عنوان یک نتیجه، اگر شما یک فیلم را در مورد مسابقه مشاهده کنید، می بینید که برخی از اتومبیل ها “تاری” هستند، زیرا در طول زمان که شاتر دوربین باز بود، حرکت می کرد. این تار شدن چیزهایی که در حال حرکت سریع هستند، چیزی است که ما برای دیدن آن استفاده می کنیم، و بخشی از آن چیزی است که یک تصویر را به ما نشان می دهد هنگامی که آن را روی صفحه نمایش می بینیم.
با این حال، از آنجا که تصاویر دیجیتال ۳-D تصاویر در همه نیستند، وقتی یک شی در یک فریم حرکت می کند، تار شدن اتفاق نمی افتد. برای ایجاد تصاویر واقعی تر، تارشدن باید به صراحت توسط برنامه نویسان اضافه شود. بعضی از طراحان احساس می کنند که این غفلت ناخوشایند طبیعی بیش از ۳۰ فریم در ثانیه نیاز دارد و بازی های آنها ۶۰ فریم بر ثانیه را نشان می دهد. در حالی که این اجازه می دهد تا هر یک از تصاویر فردی را در جزئیات عالی ارائه دهد و حرکات را با افزایش کوچک تر نشان دهد، به طرز چشمگیری تعداد فریم هایی که باید برای یک دنباله ای از عمل ارائه شوند را افزایش می دهد. به عنوان مثال، فکر می کنم یک تعقیب و تعقیب است که شش و نیم دقیقه طول می کشد. یک تصویر متحرک نیاز به ۲۴ (فریم در ثانیه) x 60 (ثانیه) x 6.5 (دقیقه) و یا ۹،۳۶۰ فریم برای تعقیب. یک تصویر ۳ بعدی دیجیتال با ۶۰ فریم در ثانیه ۶۰ تا ۶۰ پیکسل ۶٫۵ یا ۲۳۴۰۰ فریم برای یک مدت زمان نیاز دارد.
تاری دید خلاق
تارشدگی که برنامهنویسان برای تقویت واقع گرایی در یک تصویر متحرک اضافه می کنند، “تاری حرکت” یا “anti aliasing فضایی” نامیده می شود. اگر تا به حال از ویژگی ویندوز درایو “ماوس” استفاده کرده باشید، از یک نسخه خام بسیار بخشی از این تکنیک استفاده کرده اید. کپیهای شیء متحرک در پشت آن باقی می ماند، زیرا نسخه هایی که در حال رشد هستند، کمتر متمایز و شدید هستند، زیرا جسم حرکت می کند. طول دنباله ای از شی، سرعت فشرده شدن نسخه ها و جزئیات دیگر، بسته به دقیق بودن سرعت جسم در حال حرکت، چگونگی نزدیک شدن به بیننده و میزان تمرکز آن متفاوت خواهد بود. از توجه همانطور که می بینید، تصمیم گیری های زیادی در مورد آن انجام می شود و بسیاری از جزئیات برنامه ریزی می شود تا شیئی واقعی به نظر برسد.
بخش های دیگری از تصویر وجود دارد که در آن رندر دقیق یک کامپیوتر به خاطر واقع گرایی قربانی می شود. این موضوع هم برای تصاویر باقی مانده و هم حرکت می کند. بازتاب ها یک مثال خوب هستند. شما تصاویری از اتومبیل های کروم و سفینه ها را که کاملا در همه صحنه ها منعکس شده است، دیده اید. در حالی که تصاویر تحت پوشش کروم تظاهرات عظیمی از ردیابی رادیویی هستند، اکثر ما در دنیای کروم زندگی نمی کنند. مبلمان چوبی، کف مرمر و فلز جلا همه تصاویر را منعکس می کند، گرچه نه کاملا به عنوان یک آینه صاف. انعکاسی در این سطوح باید مبهم باشد – با هر سطحی یک تار موی متفاوت دریافت می شود – به طوری که سطوح اطراف بازیکنان مرکزی در یک درام دیجیتال یک مرحله واقع بینانه برای عمل فراهم می کند.
حرکت مایع برای ما کار سختی برای کامپیوتر است
تمام عواملی که تا کنون مورد بحث قرار گرفته اند، پیچیدگی را در فرایند قرار دادن یک تصویر ۳ بعدی روی صفحه نمایش ایجاد می کنند. در ابتدا تعریف و ایجاد شیء سخت تر است، و آن را سخت تر می کند با تولید تمام پیکسل های مورد نیاز برای نمایش تصویر. مثلث ها و چند ضلعی های قاب، بافت سطح و اشعه های نور از منابع مختلف نور و منعکس کننده از سطوح مختلف باید قبل از اینکه نرم افزار شروع به گفتن کامپیوتر به نحوه رنگ پیکسل در صفحه نمایش شما ممکن است فکر کنید که کار سختی از محاسبات زمانی که نقاشی شروع می شود، پایان می یابد، اما در نقاشی یا رندر، سطح که اعداد شروع به اضافه کردن می کنند.
امروزه رزولوشن صفحه نمایش ۱۰۲۴x768 پایین ترین نقطه “با وضوح بالا” را مشخص می کند. این بدان معنی است که ۷۸۶،۴۳۲ عنصر تصویر یا پیکسل وجود دارد که روی صفحه نمایش داده می شود. اگر ۳۲ بیت از رنگ موجود باشد، ضرب با ۳۲ نشان می دهد که ۲۵،۱۶۵،۸۲۴ بیت باید برای ایجاد یک تصویر واحد مورد نیاز باشد. حرکت با سرعت ۶۰ فریم در ثانیه، تقاضای رایانه برای هر ثانیه برای قرار دادن تصویر روی صفحه روی ۱، ۵۰۹، ۹۴۹، ۴۴۰ بیت از اطلاعات را انجام می دهد. و این کاملا جدا از کار است که کامپیوتر باید انجام دهد تا تصمیم بگیرد که در مورد محتوای، رنگ ها، شکل ها، روشنایی و هر چیز دیگری در مورد تصویر، به طوری که پیکسل ها بر روی صفحه نمایش در واقع تصویر مناسب را نشان می دهد. هنگامی که شما در مورد تمام پردازش هایی که باید اتفاق می افتد فقط برای گرفتن تصویر نقاشی شده است، آسان است درک کنید که چرا صفحه نمایش گرافیک بیشتر و بیشتر پردازش گرافیکی را از پردازش مرکزی کامپیوتر (CPU) دور می کند. CPU نیاز به کمک دارد که می تواند آن را دریافت کند.
تبدیل و پردازشگر: کار، کار، کار
نگاهی به تعداد بیت های اطلاعاتی که به آرایش روی صفحه نمایش می اندازند، تصویری جزئی از میزان پردازش را در بر می گیرد. برای بدست آوردن اطلاعاتی از کل بار پردازش، ما باید در مورد یک فرآیند ریاضی به نام یک تبدیل صحبت کنیم. تغییرات از هر زمان که ما به چیزی که ما به چیزی نگاه می کنیم استفاده می شود. به عنوان مثال، یک عکس از یک ماشین که به سمت ما حرکت می کند، از تبدیل می شود تا ماشین با حرکت آن بزرگتر شود. مثال دیگری از یک تبدیل، زمانی است که جهان ۳-D توسط یک برنامه کامپیوتری ایجاد شده است تا به ۲-D برای نمایش بر روی یک صفحه نمایش متصل شود. بیایید به ریاضی درگیر با این تبدیل – که در هر فریم از یک بازی سه بعدی استفاده می شود – نگاه کنید تا بدانید که کامپیوتر چه کاری انجام می دهد. ما از بعضی از اعداد استفاده می کنیم، اما ایدۀ مقدار قابل ملاحظه ای از ریاضیات در تولید یک صفحه می شود. نگران یادگیری ریاضی نباشید. این مشکل رایانه ای است. این همه در نظر گرفته شده است به شما برخی از قدردانی برای سنگین کردن کامپیوتر شما می کند زمانی که شما یک بازی اجرا کنید.
بخش اول این فرایند دارای چندین متغیر مهم است:
X = 758 – ارتفاع “جهان” که ما به آن نگاه می کنیم.
Y = 1024 – عرض جهان که به دنبال آن هستیم
Z = 2 – عمق (جلو به عقب) از جهان که ما به آن نگاه می کنیم
Sx = ارتفاع پنجره ما در جهان
Sy – عرض پنجره ما را به جهان
Sz = یک متغیر عمق که تعیین می کند که چه اشیائی در مقابل اشیاء دیگر پنهان قابل مشاهده است
D = .75 – فاصله بین چشم و پنجره در این جهان خیالی.
اول، اندازه پنجره ها را به جهان خیالی محاسبه می کنیم.
اکنون که اندازه پنجره محاسبه شده است، یک تبدیل چشم انداز برای حرکت یک مرحله نزدیک به طراحی جهان در یک صفحه نمایش مانیتور استفاده می شود. در این مرحله بعد، تعدادی متغیر اضافه می کنیم.
بنابراین، یک نقطه (X، Y، Z، ۱٫۰) در جهان خیالی سه بعدی موقعیت (X ‘، Y’، Z ‘، W’) را تغییر داده است که توسط معادلات زیر بدست می آید:
در این مرحله، قبل از اینکه تصویر بر روی صفحه نمایش مانیتور نمایش داده شود، یک تبدیل دیگر باید اعمال شود، اما شما شروع به دیدن سطح محاسبه درگیر خواهید کرد – و این همه برای یک بردار تک (خط) در تصویر است! تصور کنید محاسبات در یک صحنه پیچیده با بسیاری از اشیاء و شخصیت ها، و تصور کنید که تمام این ۶۰ بار در یک ثانیه انجام شود. آیا شما به کسی رایانه را اختراع نمی کنید؟
در مثال زیر، یک توالی متحرک را نشان می دهید که پیاده روی را از طریق دفتر کار جدید How Stuff نشان می دهد. ابتدا توجه کنید که این دنباله بسیار ساده تر از اکثر صحنه های بازی ۳ بعدی است. هیچ مخالفانی از عقب عقب نشینی نمیکنند، هیچ موشک یا اسبهای از طریق هواپیما قایقرانی نیستند، هیچ شیاطین دفاعی در حیاط خلوت وجود ندارد. از منظر «آنچه که به نظر می رسد در صحنه»، این انیمیشن ساده است. با این حال، حتی این دنباله ساده، با بسیاری از موضوعاتی که تا کنون دیده ایم، با آن روبرو می شوند. دیوارها و مبلمان دارای بافتی است که ساختارهای قاب چوبی را پوشش می دهد. نورهایی که نور را ارائه می دهند، پایه ای برای سایه ها هستند. همچنین، همانطور که دیدگاه در طی پیاده روی از طریق دفتر تغییر می کند، متوجه خواهید شد که چگونه بعضی از اشیاء در اطراف گوشه ها قابل رویت هستند و از پشت دیوارها ظاهر می شوند – شما اثرات محاسبات z-buffer را می بینید. همانطور که همه این عناصر قبل از اینکه بتوانند تصویر را روی مانیتور قرار دهند، در بازی قرار می گیرند، بسیار واضح است که حتی یک پردازنده قدرتمند مدرن می تواند از کمک های مختلفی برای انجام پردازش مورد نیاز برای بازی ها و گرافیک های ۳ بعدی استفاده کند. این جایی است که صفحات همکاری پردازنده گرافیکی وارد می شوند.
چگونگی کمک به انجمن های گرافیک
از روزهای اولیه رایانه های شخصی، اکثر تابلوهای گرافیکی مترجمان بوده اند، تصویری که به طور کامل توسعه داده شده توسط CPU کامپیوتر ساخته شده است و تبدیل آن به ضربان الکتریکی مورد نیاز برای رانندگی مانیتور کامپیوتر است. این رویکرد کار می کند، اما تمام پردازش تصویر توسط پردازنده انجام می شود – همراه با تمام پردازش های ورودی صدا، ورودی (برای بازی ها) و وقفه ها برای سیستم. از آنجا که همه چیز را که کامپیوتر باید برای انجام بازی های مدرن ۳ بعدی و ارائه های چند رسانه ای انجام دهد، حتی سریعترین پردازنده های مدرن برای تبدیل شدن به کار اضافی و قادر به خدمت به الزامات مختلف نرم افزار در زمان واقعی آسان است. در اینجا همکاری پردازنده گرافیکی کمک می کند: کار را با پردازنده تقسیم می کند تا تجربه کلی چند رسانه ای بتواند با سرعت قابل قبول حرکت کند.
همانطور که مشاهده کردیم، اولین گام در ساخت یک تصویر دیجیتالی ۳ بعدی، ایجاد یک جهانبینی مثلثی و چند ضلعی است. بعد از آن جهان دایره المعارف از دنیای ریاضی سه بعدی به یک مجموعه ای از الگوها تبدیل می شود که در یک صفحه نمایش ۲ بعدی نمایش داده می شود. سپس تصویر تبدیل شده با سطوح پوشیده شده و یا رندر شده از چندین منبع روشن می شود و در نهایت به الگوهایی که روی صفحه نمایش مانیتور نمایش داده می شوند، ترجمه می شود. رایج ترین پردازنده های گرافیکی در نسل فعلی صفحه نمایش های گرافیکی، با این حال، وظیفه رندر کردن از پردازنده پس از ایجاد قاب و تبدیل به یک چند ضلعی ۲D است. همکاری پردازنده گرافیکی در تخته هایی مانند VooDoo3 و TNT2 Ultra در این مرحله از CPU استفاده می شود. این یک گام مهم است، اما پردازنده های گرافیکی بر روی لبه برش تکنولوژی طراحی شده اند تا پردازشگر را در مواردی که حتی در مراحل اولیه فرآیند است، کاهش دهد.
یکی از روش های دریافت مسئولیت بیشتر از CPU توسط GeForce 256 از Nvidia است. علاوه بر رندرهایی که توسط تابلوهای نسل قبلی تولید شده است، GeForce 256 مدلهای wireframe را از فضای ۳ بعدی ریاضیات به فضای نمایشگر ۲D و همچنین کار مورد نیاز برای نشان دادن نورپردازی اضافه می کند. از آنجا که هر دو تبدیل و ردیابی اشعه شامل ریاضیات شناور نقطه شناور (ریاضیات شامل کسری، به نام “نقطه شناور” به دلیل که نقطه اعشار می تواند به عنوان مورد نیاز برای ارائه دقت بالا)، این وظایف بار پردازش جدی از CPU. و به این دلیل که پردازنده گرافیکی نیاز به مقابله با بسیاری از وظایف مورد انتظار CPU ندارد، می توان آن را برای انجام وظایف ریاضی بسیار سریع طراحی کرد.
Voodoo 5 جدید از ۳dfx مجموعه ای از وظایف را از CPU می گیرد. ۳dfx تکنولوژی T-buffer را فراخوانی می کند. این تکنولوژی بر بهبود پردازش رندر تمرکز می کند و نه اضافه کردن وظایف اضافی به پردازنده. بافر T به منظور بهبود زنگ زدگی با طراحی تا چهار نسخه از همان تصویر طراحی شده است، هر کدام کمی از دیگران افست شده، سپس ترکیب آنها را به کمی تار شدن لبه اشیاء و شکست “jaggies” که می تواند مضرات کامپیوتر – تصاویر تولید شده. همان تکنیک برای تولید حرکت تاری، سایه های تار و تار شدن تمرکز عمق میدان استفاده می شود. همه این تصاویر تصاویر صاف و واضح را که طراحان گرافیک آن را می خواهند، تولید می کنند. هدف از طراحی Voodoo 5 این است که ضد عرق کامل روی صفحه نمایش در حالی که هنوز هم نرخ فریم سریع است.
گرافیک کامپیوتری هنوز هم راهی برای پیشروی دارد، قبل از دیدن روال، تولید و ارائه تصاویر واقعی واقع بینانه. اما از روزهای ۸۰ ستون و ۲۵ خط متن تک رنگ، گرافیک فوق العاده ای پیشرفت کرده است. نتیجه این است که میلیون ها نفر از بازی و شبیه سازی با تکنولوژی امروز لذت می برند. و پردازنده های جدید ۳-D بسیار نزدیکتر خواهند شد تا ما احساس کنیم واقعا در حال جستجو در دنیای دیگر هستیم و چیزهایی را که ما هرگز نمی توانیم در زندگی واقعی سعی کنیم. پیشرفت های عمده در سخت افزار گرافیکی رایانه های شخصی هر شش ماه اتفاق می افتد. نرم افزار به آرامی بهبود می یابد. هنوز هم روشن است که، مانند اینترنت، گرافیک کامپیوتری تبدیل به یک جایگزین به طور فزاینده ای برای تلویزیون می شود.
بازگشت به تصاویر توپ. چطور انجامش دادی؟ تصویر A یک توپ کامپیوتری تولید کرده است. تصویر B یک عکس از یک توپ واقعی را در پیاده رو نشان می دهد. این آسان نیست که بگوئید کدام است، این است؟
