Сучасні комп’ютери дозволяють моделювати просторові об’єкти. Пригадаємо рекламні відеоматеріали, спецефекти, комп’ютерні ігри.

Тривимірна графіка

З такими видами комп’ютерної графіки, як растрова та векторна, ви вже ознайомилися. Векторні та растрові зображення є двовимірними, тобто пласкими. Ще одним видом є тривимірна графіка.

Тривимірна графіка (ЗР-графіка) — розділ комп’ютерної графіки, який присвячено методам створення зображень або відео шляхом моделювання об’ємних об’єктів у тривимірному просторі.

Існує багато програм для роботи з тривимірною графікою, що відрізняються одна від одної призначенням та можливостями. Умовно їх можна поділити на три групи. Розглянемо таблицю:

Призначення	Приклад	Опис
Художнє моделювання		Розробка реалістичних та фантастичних зображень і відеоматеріалів; дозволяють довільно змінювати форму об'єктів, добирати матеріали та змінювати їхні властивості (колір, текстуру, прозорість тощо), керувати рухами об'єктів та їх частин при розробці анімації
Технічне моделювання		Розробка деталей з точним дотриманням розмірів, що є принциповим при підготовці конструкторської документації
Спеціалізовані програми		Sweet Home 3D — моделювання розміщення меблів, дверей, вікон у кімнаті та будинку; RenderGold — підготовка декоративних елементів: малюнки для кнопок на сайті, рамки для фотографій, візерунки для тла вітальної листівки

Щоб закодувати інформацію про форму просторового об’єкта (рис. 8.1), його поверхню потрібно уявно розбити на плоскі грані-многокутники (1) та зберегти дані про ці многокутники: координати ребер (2) і вершин (3), колір тощо. Це дає можливість обертати зображення на екрані, розглядати його з різних боків, моделювати освітлення тощо.

Процес створення тривимірного зображення включає такі етапів: етап 1 — моделювання, під час якого створюються всі елементи, уточнюється їхня форма та взаємне розміщення; етап 2 — надання об’єктам кольору та текстур, налаштування освітлення;

етап 3 — налаштування анімації у випадку розробки відеоматеріалу; етап 4 — вимальовування (рендеринг) зображення чи відеоматеріалу — так на основі моделі з урахуванням властивостей матеріалів і джерел світла формується кінцеве зображення (рис. 8.2).

Застосування тривимірних моделей

Тривимірне моделювання — процес створення Зй-моделі об’єкта, що є його візуальним об’ємним образом. Тривимірна модель — візуальний об’ємний прообраз певного об’єкта.

Змоделювати та змусити рухатися на екрані можна різні об’єкти, особливо ця технологія сподобалась художникам, дизайнерам і розробникам мультфільмів та ін. Давайте поміркуємо і наведемо приклади застосування тривимірних моделей.

Перший український Зй-анімаційний фільм «Микита Кожум’яка» вийшов у 2016 році. Фільм режисера Манука Депояна було знято за мотивами однойменної казки письменника Антона Сіяніки. Над його виробництвом протягом двох років працювали декілька сотень людей. Пізніше з’явилися фільми «Викрадена принцеса: Руслан і Людмила» (2018), «Клара та чарівний дракон» (2019) та ін.

Технологія доповнена реальність додає штучні об’єкти до зображення на екрані, яке дає камера. Завдяки їй можна, навівши камеру на сторінку сучасного підручника біології, дослідити на екрані інтерактивну тривимірну модель, наприклад, кровоносної системи людини.

Тривимірне моделювання та анімація стали потужним помічником творців сучасного кіно. Відеоспецефекти застосовують не тільки для створення вражаючих або неможливих епізодів, а й для моделювання цілком буденних речей, наприклад, умеблювання кімнати.

Над спецефектами для фільму канадського режисера Джеймса Кемерона «Титанік» (1997 рік) працювало 17 студій. У побудованій моделі корабля не було носової частини, тому в епізодах використано її тривимірну модель. У багатьох кадрах ми бачимо змодельовану воду і меблі; під час зіткнення у воду «падають» тривимірні моделі шматків льоду. У 2012 році вийшла у світовий прокат 3Р-версія фільму.

Технологію, що називається хрома-кей (від англ. chroma key — колірний ключ), часто застосовують під час фото-чи відеозйомки, на телебаченні тощо. При цьому акторів знімають на однотонному тлі, здебільшого зеленому чи синьому (рис. 8.3), а потім замінюють тло на відео змодельованою сценою.

Тривимірний друк

Застосування тривимірних моделей не обмежується «віртуальним світом». Протягом останніх десятиліть розвиваються адитивні технології (від англ. add — додавати), які полягають у створенні об’єктів поступовим додаванням матеріалу під керуванням комп’ютера.

Пристрій, який за тривимірною комп’ютерною моделлю виготовляє з певного матеріалу реальний об’єкт, називають тривимірним принтером (рис. 8.4, а), а сам процес виготовлення — тривимірним друком (рис. 8.4, б).

З поширенням комп’ютерів адитивні технології надзвичайно розвинулись. Нині можливий тривимірний друк із найрізноманітніших матеріалів: різних сортів пластику, металів (зокрема й дорогоцінних), шоколаду тощо. Будівельні принтери дозволяють зі спеціальної суміші «друкувати» цілі будинки.

Влітку 2021 року в Амстердамі встановлено перший у світі сталевий міст, виготовлений методом тривимірного друку (рис. 8.5; світлина з вікісховища — w.wiki/4Lwr). Мосту дали назву Стофбруг (нідерл. Stoofbrug — тушкований міст).

Попри спільну назву, для тривимірного друку з різних матеріалів застосовуються різні фізичні та хімічні процеси.

Набули поширення тривимірні принтери, в яких поступово розплавляється тонкий пластиковий шнур і шар за шаром формується предмет. В інших випадках застосовується порошкоподібний або рідкий матеріал, який швидко полімеризується внаслідок опромінення лазером тощо.

Від 2005 року триває розробка тривимірного принтера з відкритим кодом RepRap (англ. Replicating Rapid Prototyper). Однією з цілей проєкту є можливість «самокопіювання» пристрою, тобто придатність для виготовлення всіх деталей, необхідних для виготовлення такого ж пристрою.

Технологію тривимірного друку одним із перших описав у своєму оповіданні 1945 року «Речі минають» (англ. Things Pass By) американський письменник-фантаст Маррі Лайнстер.

Програма Sweet Home 3D

Програма Sweet Home 3D (рис. 8.3), поширювана за ліцензією GNU GPL, призначена для моделювання інтер’єру. Її, а також файл українського перекладу, можна завантажити з офіційного сайту

www.sweethome3d.com

. Тут описано версію 6.6. Після запуску програми на екрані з’являється головне вікно, робоче поле якого поділено на чотири ділянки (рис. 8.6).

Щоб змінити розміри ділянок вікна, слід перетягти їхні внутрішні межі. У каталозі предметів (1) зібрано елементи, які можна використати для побудови плану. Потрібний елемент треба перетягти на план (3). Одночасно з цим у переліку вибраних предметів (2) з’явиться опис доданого елемента, а на просторовому вигляді (4) — зображення.

Для навігації в межах плану застосовують смуги прокручування,

режим перетягування плану, який вмикається кнопкою

на панелі інструментів. Щоб побачити частину плану, його треба перетяги

мишею, а щоб активувати режим вибору об’єктів, клацнути кнопку

Збільшити та зменшити масштаб плану можна кнопками із зображеннями лінз.

Для здійснення навігації у вікні тривимірного вигляду потрібно:

1) обернути сцену відносно двох осей, пересуваючи мишу, утримуючи натиснутою ліву або праву кнопку;

2) змінити масштаб зображення, обертаючи коліщатко миш Точніше керувати обертанням відносно осей дозволяють навігаційні стрілки, розташовані в лівому верхньому куті просторового вигляду (рис. 8.7).

Властивості елементів, доданих до плану, можна змінити шляхом перетягування кутів прямокутника, що зображає елемент (рис. 8.8).

Щоб зберегти розроблений план, вибирають команду меню Файл ^ Зберегти як.... Вікно збереження файлу — стандартне. Результатом буде файл із розширенням .sh3d.

Створимо модель житлової кімнати розмірами 3 х 4,5 м.

1) Вибираємо інструмент Створення стін і будуємо за його допомогою на плані прямокутник, контролюючи розміри за підказками, що з’являються біля вказівника миші. Побудову останньої сторони прямокутника завершуємо подвійним клацанням миші.

2) У каталозі предметів розгортаємо розділ Двері і вікна. Відшукавши у списку Двері вхідні, перетягуємо цей елемент списку на зображення на плані тієї стіни, де мають бути двері. Після відпускання кнопки миші на ділянках плану (рис. 8.9) і просторового вигляду з’являться зображення дверей.

3) У каталозі предметів розгортаємо розділ Житлова кімната. Послі

довно додаємо, перетягуючи на план, стіл, диван, інші меблі.

Після цього можна переглянути результат на ділянці просторового вигляду (рис. 8.10), обертаючи зображення.

Питання для самоперевірки

1. Порівняйте тривимірну, растрову та векторну графіку.

2. Як кодують інформацію про форму просторового об’єкта?

3. Які бувають програми для тривимірної графіки за призначенням?

4. Що таке «адитивні технології»?

5. Як працює тривимірний принтер?

Вправа 8

1. Програма Sweet Home 3D дозволяє використовувати нові предмети, імпортувавши їх з файлів у форматах OBJ, DAE/Collada, KMZ або 3DS. У текстовому процесорі створіть новий документ і, скориставшись інтернетом, складіть і оформте таблицю з переліком програм, якими можна створювати такі файли. Збережіть документ у файлі Вправа 8_1.

2. Користуючись довідковою системою програми Sweet Home 3D (клавіша F1), з’ясуйте, як змінити колір предмета; як додати на стіну малюнок; що відбудеться, якщо перетягнути новий предмет на місце, зайняте іншим предметом; як моделюють двоповерховий будинок.

3. Змоделюйте кабінет інформатики. Меблі та інше обладнання доберіть із доступних у програмі.

За потреби змініть розміри та колір окремих предметів. Модель збережіть у файлі Вправа 8_2.

4. У документі Вправа 8_3 складіть словесний опис кімнати (наприклад, власної): зазначте її розміри, розташування та розміри дверей і вікон, перелік та розташування меблів.

5. Запропонуйте однокласнику чи однокласниці змоделювати кімнату за цим описом.

6. Перегляньте результат моделювання і з’ясуйте, чи відрізняється розташування елементів інтер’єру у змодельованій кімнаті від розташування елементів у кімнаті-прототипі. Якщо так, то як саме?

7. Додайте в документ скриншот моделі.

Комп’ютерне тестування

Виконайте тестове завдання 8 з автоматичною

перевіркою результату.

 

 

Це матеріал з підручника Інформатика 9 клас Бондаренко 2022