Компьютерная имитация изображений объектов природы и окружающей среды

Существует определенный набор правил создания реалистичного трехмерного изображения. Первое - это композиция.Большое значение для конечного результата имеет расположение объектов в трехмерной сцене. При создании трехмерной сцены нужно обращать внимание на положение объектов относительно виртуальной камеры. Нужно помнить, что объекты, расположенные ближе к объективу камеры, визуально кажутся большими по размеру. Поэтому нужно следить за тем, чтобы одинаковые по размеру объекты находились на одной линии.

Для полноты картины необходимо задать текстуры материалов. Текстуры делятся на двухмерные и трехмерные. Двухмерной текстурой могут быть любые изображения: сканированное, компьютерное или видео. Их можно наложить на объект различными способами: обернуть, как будто это изображение развертка шара или цилиндра; спроектировать; отразить, как в зеркальной поверхности; размножить, чтобы получить регулярный рисунок и т. д. Текстура может определять различные параметры объекта, например: шероховатость, прозрачность, отражение или просто накладывается, как изображение.

Трехмерные (их еще называют параметрические) текстуры представляют собой набор параметров, изменяя которые художник создает различные объемные текстуры. Если эту текстуру присвоить шару, а потом разрезать его, то мы увидим, что внутри него также используется текстура, живущая по тем же законом, что и снаружи. Еще одним преимуществом трехмерных текстур является то, что они не образуют швов при присваивании объектам любой формы.

Конечно, компьютерную сцену необходимо осветить также, как и реальную. Обычно существует небольшой набор источников света:

• Общее освещение, которое присутствует везде и всегда;
• Точечный источник, который светит во все стороны, как обычная лампочка;
• Солнечный свет. Для правильного задания этого источника художник должен ввести значения географической широты и долготы местности, указать дату и время. Программа автоматически поместит компьютерное солнце в нужную точку сцены, так что освещение не будет отличаться от реального;
• Прожектор. Как настоящий прожектор или фонарик светит только в одном направлении, размер светового пятна и область перехода от света к тени может регулироваться.

Следующим шагом в создании компьютерной сцены, неотличимой от реальной является просчет сцены. Просчет также осуществляется несколькими методами:

• Самый простой метод обсчета это сканирование линей (scan line). Компьютер перебирает последовательно все точки на экране и высчитывает их цветовые параметры, в зависимости от объектов, которые находятся на линии, соединяющей камеру с этой точкой. Этот метод самый быстрый, но и качество его самое низкое. В нем не учитываются оптические законы отражения и преломления.

• Более сложен, но более реалистичен метод трассировки лучей (raytraсing). В этом методе для получении информации о цвете точки, изображения, рассматривается виртуальный луч, исходящий из камеры и проходящий через соответствующую точку экрана. При попадании на поверхность объекта, луч отражается и преломляется в зависимости от параметров материала и продолжает свой путь до следующего препятствия. Обычно для получения реалистичного изображения достаточно двух, трех отражений луча.

• Самый реалистичный и самый медленный метод обсчета - метод radiosity. В нем уже рассматриваются лучи исходящие от каждой точки поверхности объектов сцены и в том случае, если этот луч достигает камеры, он участвует в определении соответствующей точки изображения. Для получения информации о какой-либо точке изображения, необходимо накопить информацию от множества лучей и так для каждой точки изображения. Все это требует огромных вычислительных ресурсов компьютера, поэтому этот метод не получил широкого распространения. Он применяется в основном для полиграфии, где результатом обсчета является всего один кадр изображения и затраты времени оказываются не столь велики.