גרפיקת תלת-ממד

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש


Gnome-colors-edit-find-replace.svg יש לשכתב ערך זה. הסיבה לכך היא: כתוב כמדריך למשתמש בתוכנות עיצוב, תוך התעלמות מנושאים מרכזיים בתחום זה, כגון: הדמיה רפואית והנדסית ועוד.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
תמונה שנוצרה בגרפיקה תלת-ממדית

גרפיקת תלת-ממד הוא תחום של גרפיקה ממוחשבת, שבו משתמשים במחשבים ותוכנות מיוחדות כדי ליצור תמונות ואנימציה ממוחשבת בעלות פרספקטיבה המחקה מראה תלת-ממדי. במונח משתמשים גם לתיאור התהליך שבעזרתו יוצרים תמונות כאלה וגם לתחום שבו מפתחים כלי תוכנה וחומרה המיועדים לכך. בגרפיקת התלת-ממד משתמשים בין היתר לעיצוב משחקי מחשב וסרטי קולנוע ולהדמיה ממוחשבת כגון הדמיה רפואית, הדמיה הנדסית ועוד.

תהליך יצירת תמונה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תמונה בגרפיקת תלת-ממד נוצרת בתהליך ארוך ומורכב שעשוי לדרוש זמן רב הן מהאמן והן זמן מחשב: ראשית, על האמן להגדיר אובייקטים תלת-ממדים ולמקם אותם במערכת צירים; שנית, יש להגדיר את החומרים מהם עשויים האובייקטים; שלישית, יש להגדיר את מקורות האור; לסיום, על האמן להגדיר את מקום המצלמה. לאחר שכל ההגדרות הללו נקבעו המחשב מבצע חישוב המכונה Render. חישוב זה עשוי לקחת בין שבריר שנייה לבין שעות רבות, כתלות במורכבות הסצנה, ובסופו מתקבלת התמונה.

הגדרת האובייקטים[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליך הגדרת האובייקטים מכונה מידול. האובייקטים מוגדרים במערכת צירים קרטזית תלת-ממדית. נקודה בודדה מוגדרת על ידי וקטור בן שלושה מספרים המציין את מיקום הנקודה יחסית לשלושת הצירים. פאון (כגון קובייה או פירמידה) מיוצג על ידי רשימת הקודקודים שלו כנקודות במרחב, ולכל פאה שלו רשימת הקודקודים שמשתתפים בפאה.

גופים חלקים כגון כדור או פנים של אדם אפשר לייצג בצורה מקורבת על ידי פאון עם אלפי פאות. קיימות גם שיטות מתקדמות יותר. פאה היא למעשה חלק ממישור שאותו מייצגים בגאומטריה אנליטית בעזרת משוואות ממעלה ראשונה. אפשר לייצג משטחים עקומים על ידי משוואות ממעלה גבוהה יותר וקיימות טכניקות מידול המתבססות על כך.

הגדרת החומרים[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשלב הגדרת האובייקטים הגדרנו למעשה רק את צורתם ואת מיקומם במרחב אך טרם קבענו את צבעם. בגרפיקת תלת-ממד אין די בהגדרת צבע אחד כדי להגדיר את מראהו של אובייקט. חישבו למשל על מראה, האם למראה יש צבע? האם זהב הוא צבע? התשובה לשאלות אלה היא לא. למעשה המראה של מראות, תכשיטי זהב או כל אובייקט אחר נקבע לפי תכונות של החומר ממנו הוא עשוי. תכונות החומר משפיעות על האופן בו מתנהגות קרני האור הפוגעות בו.

בגרפיקת תלת-ממד "חומר" הוא מונח המתאר אוסף גדול של הגדרות הקובעות כיצד אובייקט מגיב לאור. הגדרות אלה קובעות, נוסף כמובן לצבע היסודי של האובייקט, האם החומר מבריק, האם משתקפת בו בבואה של האובייקטים מסביבו, האם הוא שקוף, האם האור שעובר בו נשבר ועוד. הגדרה מושכלת של כל הפרמטרים הללו מאפשרת לחקות בצורה אמינה ביותר כמעט כל חומר מהמציאות וגם ליצור אפקטים דמיוניים.

מקורות האור[עריכת קוד מקור | עריכה]

גם עין אנושית וגם מצלמה קולטות קרני אור. קרני האור הללו חייבות להגיע ממקור כלשהו. בהיעדר מקור אור מתקבלת תמונה שחורה לחלוטין.

בגרפיקת תלת-ממד האמן יכול להגדיר מקורות אור ממספר סוגים ולמקם אותם במרחב. מקור אור נקודתי הוא נקודה במרחב ממנה יוצאות קרני אור לכל הכיוונים או לכיוונים מוגדרים. מקור אור כזה מחקה בקירוב נורות קטנות. סוג אחר הוא מקור אור מקבילי, המדמה אור שמש. במקור אור זה המרחב כולו מכוסה בקרני אור מקבילות המגיעות ממרחק אינסופי.

בנוסף לקביעת מיקום מקור האור והסוג שלו אפשר לקבוע כמובן את עוצמתו ואת צבעו. מקור אור לבן יוצר מראה רגיל, מכיוון שהצבע הלבן מכיל בתוכו את כל שאר הצבעים. כל צבע אור אחר יגרום להטיית צבעי האובייקטים המוצגים בתמונה.

מיקום המצלמה[עריכת קוד מקור | עריכה]

המונח מצלמה בגרפיקת תלת-ממד מציין עבור המחשב את הנקודה במרחב ממנה אנו רוצים לצפות בסצנה. בנוסף למיקום יש להגדיר גם את כיוון ההסתכלות ותכונות נוספות המחקות מצלמה אמיתית: אורך מוקד העדשה, עומק השדה, מפתח העדשה ועוד.

רינדור[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – רינדור גרפיקת תלת-ממד

רינדור (באנגלית: Render) זהו השלב שבו המחשב מחשב את התמונה על סמך כל ההגדרות שתוארו לעיל. התהליך עשוי לקחת שבריר שנייה או שעות רבות, כתלות במורכבות ההגדרות הללו, בשיטת הרינדור שנבחרה וכן ביכולות המחשב בו מתבצע התהליך.

גרפיקת תלת-ממד בקולנוע ובטלוויזיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

שימוש בגרפיקה תלת-ממדית באנימציה מכונה אנימציה ממוחשבת. החל משנות התשעים של המאה ה-20, האנימציה הממוחשבת הפכה לנפוצה ביותר בתעשיית הקולנוע והטלוויזיה. עד אז, בסרטי פנטזיה ומדע בדיוני מצולמים היה נהוג להשתמש בבובות כדי להציג דמויות או מבנים דמיוניים. כך למשל בטרילוגית סרטי מלחמת הכוכבים שסרטה הראשון יצא בשנת 1977, אחת מדמויות המשנה הנה יודה שהוצגה על ידי בובה ולכן בכל הסצנות היא מקובעת למשטח מאחוריו הסתתר המפעיל. בטרילוגיית ההמשך שהחלה בשנת 1999 אותה דמות נעשתה כולה באנימציה ממוחשבת, שאפשרה להציג אותה בצורה חיה וחופשית יותר.

סרט האנימציה הממוחשבת המלא הראשון היה צעצוע של סיפור שיצא בשנת 1995.

גרפיקת תלת-ממד במשחקי מחשב[עריכת קוד מקור | עריכה]

משחק שחמט בעיבוד של תוכנת Bryce

הגרפיקה התלת-ממדית הייתה אחת ההתפתחויות החשובות ביותר בתעשיית משחקי המחשב ומשחקי הקונסולה. במשחקים הדו-ממדיים יכולת השחקן הייתה מוגבלת ולכן התנועה במשחק התאפשרה בשמונה כיוונים עיקריים: למעלה, למטה, ימינה, שמאלה והאלכסונים שביניהם. מאחר שהתנועה הייתה במישור, קשה מאוד היה ליצור במשחק תחושה מציאותית של עומק. כאשר פותחו מנועי התלת-ממד הפכו המשחקים למציאותיים יותר ולכן התנועה הפכה אפשרית בכל 26 הכיוונים האפשריים (כגון משחק המחשב דיסנט).

נקודות ציון חשובות בתחום משחקי הווידאו התלת ממדיים נרשמו כאשר יצא לשוק מכונות המשחק (Arcade Machines) משחק המירוצים Viruta Racing ומשחק המכות Virtua Fighter, שניהם של חברת Sega ושניהם הושקו ב-1993. שני כותרים אלו יצרו למעשה ז'אנרים חדשים (משחקי מרוץ בתלת מימד ומשחקי קרבות בתלת מימד, בהתאמה) ופרצו את הדרך לז'אנרים נוספים, שלקחו ז'אנרים מוכרים (למשל, משחקי כדורגל) וחידשו אותם באמצעות גרפיקה תלת-ממדית והאפשריות החדשות שגרפיקה שכזו מאפשרת. התרומה של טכנולוגיית הגרפיקה התלת-ממדית השתרעה מעבר לתרומה אסתטית; מפתחי המשחקים השתמשו ביכולות החדשות שטכנולוגיה זו מציעה כדי להעמיק את חווית הריאליזם ואת המשחקיות עצמה. למשל, המשחק Virtua Figher איפשר לשחקן ששרוע על הרצפה להתגלגל לצדדים כדי להתחמק מתקיפות היריב שלו. אפשרות שכזו לא הייתה קיימת קודם לכן במשחקי קרבות דו-ממדיים. שני משחקים מהפכניים אלו יצרו או לפחות השפיעו במידה רבה מאוד על הטרנד של מעבר מרבית משחקי הווידאו לשימוש בגרפיקה תלת ממדית. בהתאם, דור הקונסולות שהושק זמן קצר לאחר מכן (עם ה-Sega Saturn וה- Sony Playstation בשנת 1994) התאפיין בשינוי דרמטי זה.

כדי להמחיש את גודל השינוי ניתן להשוות בין השינויים שחלו בכותרים של הסדרה Super Mario Bros בקונסולות השונות של Nintendo. ניתן להבחין בהבדלים גרפיים ומשחקיים מינוריים בלבד בין Super Mario Bros. 3 של הקונסולה Nintendo Entertainment System, לבין Super Mario World מהקונסולה של הדור שבא אחריו, Super Nintendo Entertainment System. לעומת זאת, בין Super Mario World לבין הכותר Mario 64 שיצא עבור הקונסולה Nintendo 64 (של הדור הבא), ניכרים הבדלים מהותיים.

גרפיקה תלת-ממדית דורשת משאבי מעבד וזיכרון רבים, ולכן משחקי התלת-ממד הראשונים היוו חיקוי של הסביבה התלת-ממדית. לדוגמה, משחק בו לשחקן הייתה יכולת תנועה מישורית בחיקוי של סביבה תלת-ממדית, ואת היכולת לעלות למישורים גבוהים או נמוכים יותר באמצעות מעליות או מדרגות.


באמצע שנות ה-90 של המאה ה-20 הפכו יישומי התלת-ממד לנפוצים ותובעניים יותר ככל שסימולציית המציאות שלהם השתפרה, דבר שהביא חברות חומרה (כגון nVidia) לפתח כרטיסי מסך למחשבים ביתיים במטרה להוריד את עומס החישוב והזיכרון מהמעבד הראשי אל כרטיס המסך.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]