Главная/

Программирование, базы данных. /

Возможности графических карт, 3D - графика

Возможности графических карт, 3D – графика.

“Глубина-гпубина, я не твой”, — говорил герой книги Сергея Лукьяненко “Лабиринт Отражений”. Кто том чей, вопрос, конечно, интересный, но малость спорный, и является темой особого разговора. Сегодня же мы попытаемся прояснить понятие “глубина” и то, как она создается. Если спуститься из фантастических виртуальных миров но плоский экран монитора, то глубина — это ничто иное, как правдоподобное изображение на нем трехмерных объектов — ЗD-графика.

... С древнейших времен народ тре­бовал хлеба и зрелищ. В XX веке хлеб также насущен. Зрелища же прониклись духом техногенного ве­ка. В случае компьютерных техноло­гий “хлебом” можно назвать общую производительность, а “зрелищами” — производительность подсистем, критичных для компьютерных игр с использованием ЗD-графики. Прак­тика показывает, что зрелища час­тенько становятся важнее хлеба: во всяком случае, о Voodoo знает на­много больше людей, чем об Ultra SPARC (высокопроизводительные процессоры фирмы Sun). Однако вернемся к нашим баронам — трех­мерной компьютерной графике, ко­торую сегодня иначе как “зрели­щем” и не назовешь. Сегодня трехмерная графика — увлекательная, впечатляющая, но и достаточно сложная область практического применения компьютера.

Так вот ты какой,   “третий D”

Условно компьютерную графику можно разделить на две категории. Первая - это имитация естественных способов рисования, например “холст, масло”, самая известная программа — Fractal Design Painter. Вторая категория - это программы моделирования, в которых художник уже не контролирует каждый элемент изображения, лишь определяет композицию и общие за­коны построения рисунка. О последних и пойдет разговор. Как известно, сущест­вуют программы, которые по одному лишь числу могут выдать завораживающую абстрактную картину, однако здесь от художника ничего не зависит. Совсем другое дело — генераторы ландшафтов (landscape generators). На осно­вании сложных математических процедур они позволяют моделировать реальный мир. В отли­чие от большинства пакетов трехмерной графи­ки, генераторы ландшафтов оперируют поняти­ями близкими к геодезии и метеорологии. Обла­ка, положение солнца, поверхность суши или гладь моря — вот составляющие, благодаря ко­торым строятся картины с помощью пакетов та­кого рода. Пользователь контролирует только время суток, рельеф местности или направление ветра, а программа сама воспроизводит обста­новку, которая бы сложилась в реальном мире при данных погодных условиях. Базисом для та­ких пакетов являются фракталы, описанные уче­ным из исследовательского центра IBM Бенуа Маидельбротом.

Фракталы - это фигура или часть фигуры, ко­торая может быть разбита на элементы, каждая из которых — уменьшенная копия целого. “Обла­ка - это не сферы, а береговая линия - не пря­мая”. Это цитата из книги “Фрактальная геомет­рия природы” Мандельброта, Осталось только применить фрактальную геометрию к построе­нию реалистических пейзажей.

Один из простейших алгоритмов был разрабо­тан довольно давно подразделением Lucas Films — Industrial Light & Magic, фирма делала спецэффекты во многих современных фильмах “Терминатор 2”, “Газонокосильщик”, “Бездна”, “Годзилла”. Но это современные разработки, фрактальные же технологии стали использоваться на заре компью­терной графики. Почему именно фракталы “при­шлись ко двору” при генерации ландшафтов, де­монстрирует удивительно простой пример постро­ения горы при помощи разбиения базового треу­гольника на элементы и их случайного смещения. Просто и со вкусом, — не правда ли?

Любому человеку, хоть раз пытав­шемуся изобразить на листе бумаги нечто в трех измерениях, известно, что искомый эффект получается пу­тем соответствующих проекций ха­рактерных линий объекта на плос­кость и использованием плавных цветопереходов (тени). В данном от­ношении черный экран монитора ничем не отличается от белого листа бумаги. Единственная сложность со­стоит в том, что анреально квака­ющий монстрик должен иметь не­сколько более сложные очертания, чем куб, и быстро перемещаться по экрану, желательно интенсивно раз­махивая несколькими конечностями. Причем большинству монстров присущ инстинкт коллективизма, — стадами любят ходить. С этой, кок ока­залось, достаточно нетривиальной задачей любимый “писюк” справля­ется следующим образом. Собственно “третий D” (D от Dimension — “измерение”) объекта непростой формы получают путем создания его полигональной модели. В ней поверхность подопытного раз­бивается   на   многоугольники (Poligons), путем сопряжения которых и вырисовывается каркас объекта, от тиранозавра до хлопка взрыва. Вообще говоря, “многоугольник” — это слишком громко сказано. В по­давляющем большинстве случаев за основу берут всего лишь треугольни­ки (достигается максимально воз­можная стандартизация обработки разнообразных каркасов).

За создание каркаса отвечает центральный процессор: он вычисля­ет вершины треугольников, а затем соединяет их прямыми отрезками. Расчет производится от точки зрения наблюдателя, которая не всегда сов­падает с центром экрана. От разме­ра стороны треугольника зависит и точность, реалистичность прорисов­ки элемента сцены. Перемещение любого объекта осуществляется пу­тем переопределения координат вершин. Эта операция требует ог­ромных вычислительных ресурсов процессора: чем более реальное пытаемся получить изображение, тем больше точек приходится рас­считывать. Все такие расчеты выпол­няются над действительными число-ми (числами с плавающей точкой) в специальном блоке процессора — FPU (Floating Point Unit). Именно от производительности этого блока в основном зависит скорость прори­совки объекта.

Поскольку за зрелища народ пла­тит довольно охотно, фирмы-разра­ботчики процессоров именно в этой