3D (trimatis) – apibrėžimas, matmenys, 3D grafika ir panaudojimas

3D (trimatis): aiškus apibrėžimas, matmenys, 3D grafikos kūrimas ir panaudojimas žaidimuose, animacijoje bei inžinerijoje.

3D (arba 3-D) reiškia trimatis arba turintis tris matmenis. Tai reiškia, kad objektas užima erdvę ir turi ilgį, plotį bei aukštį, o ne yra tik plokščias paviršius. Pavyzdžiui, dėžė yra trimatė; ji yra vientisa, o ne plona kaip popieriaus lapas. Ji turi tūrį, viršų ir apačią, kairę ir dešinę (šonus), taip pat priekį ir nugarą. Dėžutę galima pasukti ir pažvelgti į ją iš kitos pusės (vadinamos paviršiumi, paviršiumi arba tiesiog šonu). Trimatės savybės leidžia objektams uždengti erdvę, turėti masę ir talpinti vidinį turinį.

Matmenys ir jų matavimas

Matmuo matuojamas coliais, mikronais, myliomis, kilometrais ar kitais ilgio vienetais. Dažniausiai trys matmenys apibūdinami kaip ilgis (arba gylys), pločiu (arba plotis) ir aukščiu. Kartais vietoj šių žodžių vartojami kiti terminai (pvz., gylis vietoje aukščio arba x, y, z ašys matematikos ir inžinerijos kontekste).

Kas yra tūris ir paviršius

Trimatis objektas turi tūrį — erdvės kiekį, kurį užima, ir paviršių — išorinius apvalkalus ar šonus. Tūrio ir paviršiaus skaičiavimai yra svarbūs inžinerijoje, architektūroje, gamyboje ir moksle. Kietieji kūnai (solidai) viduje užpildyti, o paviršiniai modeliai gali būti vien tik apvalkalai (pvz., plėvelė arba apvalkalas be užpildyto vidaus).

3D grafika — kaip kompiuteris sukuria trimatę iliuziją

3D grafika naudojama vaizdo žaidimams arba animaciniams filmams kurti, taip pat vizualizacijoms, simuliacijoms ir mokymams. Kompiuteriuose trimatė scena paprastai modeliuojama kaip tinklas iš geometrijos elementų (taškų, briaunų ir polių), vadinamų mesh. Kiekvienam poligono paviršiui priskiriami tekstūros, medžiaginės savybės (spindėjimas, matinumas), apšvietimo parametrai ir normalės (paviršiaus kryptys).

Kad paveikslėliai ekrane atrodytų trimačiai, vyksta keli pagrindiniai procesai:

• Modeliavimas: kuriami 3D objektai — geometriniai modeliai ar skulptūros.
• Transformacijos: objektai perkeliami, pasukami ir masteliuojami scenoje (naudojant x, y, z koordinates).
• Apšvietimas ir šešinimas: skaičiuojama, kaip šviesa krenta ant paviršių, taikomi šešėliai, atspindžiai ir difuzinis apšvietimas.
• Tekstūravimas: ant paviršių uždedamos 2D tekstūros, kurios suteikia detalumą ir spalvą.
• Renderinimas: perdirbami visi duomenys į 2D vaizdą, kurį matome ekrane — tai gali būti realaus laiko renderinimas (vaizdo žaidimai) arba aukštos kokybės sintezė (animacija, filmų efektai).

Šiuolaikiniai kompiuteriai dažnai turi specializuotus grafikos procesorius (GPU), kurie atlieka šiuos skaičiavimus efektyviau nei bendrieji procesoriai (CPU). GPU optimizuoti masyviems lygiagretiniams skaičiavimams — tai būtina norint gauti sklandžią realaus laiko 3D grafiką.

Technologijos ir formatai

3D modeliai gali būti saugomi įvairiais formatais (pvz., OBJ, STL, FBX, glTF). Animacijai naudojami rinkiniai rėmelių, skeletai ir kaulų sistemos (rigging). Modernios technologijos apima ray tracing (šešėlių ir spindulių sekimo metodus), fizikinio pagrindo atvaizdavimą (PBR), o taip pat mašininį mokymąsi, kuris padeda generuoti arba pagerinti 3D turinį.

Panaudojimas

3D ir trimatis vaizdavimas naudojami labai plačiai:

• Pramogos: vaizdo žaidimai, filmų vizualiniai efektai, animacija.
• Architektūra ir statyba: pastatų modeliavimas, interjero vizualizacijos, BIM.
• Pramonė ir gamyba: CAD modeliai, prototipų spausdinimas (3D spausdinimas), CNC gamyba.
• Medicina: chirurginių planų vizualizacijos, 3D vaizdų spausdinimas, MRT/CT duomenų rekonstrukcija.
• Mokslas ir inžinerija: simuliacijos, duomenų vizualizacija, geodeziniai modeliai.
• Virtuali ir papildyta realybė (VR/AR): immersyvios patirtys ir interaktyvios sąsajos.

Žmogaus suvokimas

Binokulinis regėjimas padeda žmonėms lengvai matyti trečiąjį matmenį, nes smegenys apdoroja dvi šiek tiek skirtingas kairės ir dešinės akies nuotraukas ir sudaro gylio pojūtį. Be to, gylį suteikia perspektyva, šešėliai, judesio paralaksas ir teksto šrifto bei apšvietimo ženklai.

Praktiniai patarimai

• Jei mokotės 3D modeliavimo, pradėkite nuo paprastų formų: kubų, rutulių ir cilindrų, po to pereikite prie sudėtingesnių objektų.
• Susipažinkite su pagrindiniais įrankiais: modeliavimas, UV išvyniojimas (UV unwrapping), tekstūravimas ir apšvietimas.
• Naudokite optimizaciją realaus laiko projektams: mažinkite poligonų skaičių, naudokite normal maps ir LOD (level of detail).

Apibendrinant, 3D reiškia trimatį erdvės pobūdį — objektai turi ilgį, plotį ir aukštį. Tiek realiame pasaulyje, tiek skaitmeninėje grafikoje 3D technologijos leidžia tiksliai modeliuoti, vizualizuoti ir simuliuoti objektus bei procesus įvairiose srityse.

Klausimai ir atsakymai

K: Ką reiškia 3D?

K: Kaip galima apibūdinti dėžę?

K: Kaip vadinami trys matmenys?

K: Kam naudojama 3D grafika?

K: Ką turi šiuolaikiniai kompiuteriai, kad galėtų dirbti su 3D grafika?

K: Kas padeda žmonėms lengvai matyti trečiąjį matmenį?

K: Kaip paveikslėliai ekrane atrodo trimačiai?

Paieška pagal raidę