رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد

يصف النمذجة عملية تشكيل شكل جسم ما. المصدران الأكثر شيوعًا للنماذج ثلاثية الأبعاد هما تلك التي ينشئها الفنان أو المهندس على الحاسوب باستخدام أداة نمذجة ثلاثية الأبعاد ، أو النماذج الممسوحة ضوئيًا من أجسام حقيقية (النمذجة المضلعة، ونمذجة الرقع، ونمذجة NURBS هي بعض الأدوات الشائعة المستخدمة في النمذجة ثلاثية الأبعاد). يمكن أيضًا إنتاج النماذج إجرائيًا أو عبر المحاكاة الفيزيائية . ^{[ 11 ]}

يتكون النموذج ثلاثي الأبعاد أساسًا من نقاط تُسمى الرؤوس، تُحدد شكله وتُشكل المضلعات . المضلع هو مساحة تتكون من ثلاثة رؤوس على الأقل (مثل المثلث). يُسمى المضلع المكون من n نقطة مضلعًا ذا n ضلعًا. ^{[ 12 ]} تعتمد سلامة النموذج بشكل عام ومدى ملاءمته للاستخدام في الرسوم المتحركة على بنية المضلعات. ^{[ 11 ]}

قبل تحويل العناصر إلى صورة، يجب ترتيبها في مشهد ثلاثي الأبعاد . يحدد هذا الترتيب العلاقات المكانية بين العناصر، بما في ذلك الموقع والحجم . يشير مصطلح الرسوم المتحركة إلى الوصف الزمني للعنصر (أي كيفية تحركه وتغير شكله مع مرور الوقت). تشمل الطرق الشائعة استخدام الإطارات الرئيسية ، والحركة العكسية ، والتقاط الحركة . غالبًا ما تُستخدم هذه التقنيات مجتمعة. وكما هو الحال في الرسوم المتحركة، تحدد المحاكاة الفيزيائية الحركة أيضًا.

تتضمن تقنية تحريك الصور الثابتة فئات متعددة مثل تحريك الصلصال ، والقص واللصق ، والظلال ، والليغو ، والدمى ، والتحريك بالبكسل . ^{[ 9 ]}

التحريك الطيني هو استخدام نماذج مصنوعة من الطين في الرسوم المتحركة. ومن الأمثلة على ذلك Clay Fighter و Clay Jam . ^{[ 9 ]}

يُعدّ تحريك الليغو أحد أكثر أنواع تحريك الصور الثابتة شيوعًا. يعتمد تحريك الصور الثابتة في الليغو على استخدام المجسمات نفسها لتحريكها. ومن الأمثلة على ذلك ليغو آيلاند وليغو هاري بوتر . ^{[ 9 ]}

تُحوّل عملية العرض ثلاثي الأبعاد النموذج إلى صورة، إما عن طريق محاكاة انتقال الضوء للحصول على صور واقعية، أو عن طريق تطبيق أسلوب فني كما في العرض غير الواقعي . وتتمثل العمليتان الأساسيتان في العرض الواقعي في انتقال الضوء (كمية الضوء التي تنتقل من مكان إلى آخر) وتشتته (كيفية تفاعل الأسطح مع الضوء). وتُنفّذ هذه الخطوة عادةً باستخدام برامج رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد أو واجهة برمجة تطبيقات الرسومات ثلاثية الأبعاد .

يتضمن تحويل المشهد إلى شكل مناسب للعرض أيضًا تقنية الإسقاط ثلاثي الأبعاد ، التي تعرض صورة ثلاثية الأبعاد في بعدين. على الرغم من أن برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد وبرامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) قد تُجري عملية العرض ثلاثي الأبعاد أيضًا (مثل Autodesk 3ds Max أو Blender )، إلا أن هناك برامج متخصصة في العرض ثلاثي الأبعاد (مثل Octane Rendering Engine من OTOY وRedshift من Maxon).

• أمثلة على العرض ثلاثي الأبعاد
• 
  عرض ثلاثي الأبعاد بتقنية تتبع الأشعة والتظليل المحيطي باستخدام برنامج Blender وYafaRay
• 
  نموذج ثلاثي الأبعاد لسفينة حربية من فئة دونكيرك، تم عرضه بتقنية التظليل المسطح.
• 
  خلال مرحلة العرض ثلاثي الأبعاد، يمكن تعديل عدد انعكاسات "أشعة الضوء"، بالإضافة إلى خصائص أخرى متنوعة، لتحقيق التأثير البصري المطلوب. تم العرض باستخدام برنامج كوبالت .
• 
  تصميم ثلاثي الأبعاد لشقة بنتهاوس

المواد والنسيج هي خصائص يستخدمها محرك العرض لعرض النموذج. يمكن تزويد النموذج بمواد لتحديد كيفية تعامل محرك العرض مع الضوء عند سقوطه على السطح. تُستخدم النسيجات لإضفاء اللون على المادة باستخدام خريطة اللون أو خريطة البياض، أو لإضافة ملامح السطح باستخدام خريطة النتوءات أو خريطة التضاريس . كما يمكن استخدامها لتشويه النموذج نفسه باستخدام خريطة الإزاحة .

توجد أنواع عديدة من الملفات التي تدعم الرسومات ثلاثية الأبعاد، على سبيل المثال، ملفات Blender (.blend)، وWavefront (.obj)، و.fbx، وملفات DirectX (.x). ويميل كل نوع من هذه الملفات عمومًا إلى امتلاك بنية بيانات فريدة خاصة به.

يمكن الوصول إلى كل صيغة ملف من خلال تطبيقاتها الخاصة، مثل ملفات DirectX ولعبة Quake . كما يمكن الوصول إلى الملفات من خلال برامج مستقلة تابعة لجهات خارجية، أو عبر فك التشفير اليدوي.

برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد هي فئة من برامج رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد تُستخدم لإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد. تُسمى البرامج الفردية من هذه الفئة تطبيقات النمذجة أو برامج النمذجة.

يبدأ النمذجة ثلاثية الأبعاد بوصف 3 نماذج عرض: رسم النقاط، ورسم الخطوط، ورسم المثلثات والأشكال المضلعة الأخرى. ^{[ 13 ]}

تتيح برامج تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد للمستخدمين إنشاء النماذج وتعديلها عبر شبكة ثلاثية الأبعاد . يمكن للمستخدمين إضافة عناصر أو حذفها أو تمديدها أو تغييرها حسب رغبتهم. يمكن عرض النماذج من زوايا متعددة، عادةً في وقت واحد. كما يمكن تدوير النماذج وتكبيرها وتصغيرها.

يستطيع مصممو النماذج ثلاثية الأبعاد تصدير نماذجهم إلى ملفات ، والتي يمكن استيرادها لاحقًا إلى تطبيقات أخرى طالما كانت البيانات الوصفية متوافقة. وتتيح العديد من هذه البرامج إمكانية إضافة برامج استيراد وتصدير ، مما يسمح لها بقراءة وكتابة البيانات بالتنسيقات الأصلية للتطبيقات الأخرى.

تحتوي معظم برامج تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد على عدد من الميزات ذات الصلة، مثل أدوات تتبع الأشعة وخيارات العرض الأخرى، بالإضافة إلى إمكانيات رسم الخرائط النسيجية . كما تحتوي بعضها على ميزات تدعم أو تسمح بتحريك النماذج. وقد يكون بعضها قادراً على إنشاء فيديو كامل الحركة لسلسلة من المشاهد المعروضة (أي الرسوم المتحركة ).

قد تستخدم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب نفس تقنيات النمذجة ثلاثية الأبعاد الأساسية التي تستخدمها برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد، لكن أهدافها تختلف. وتُستخدم هذه البرامج في الهندسة بمساعدة الحاسوب ، والتصنيع بمساعدة الحاسوب ، وتحليل العناصر المحدودة ، وإدارة دورة حياة المنتج ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتصميم المعماري بمساعدة الحاسوب .

بعد إنتاج الفيديو، تقوم الاستوديوهات بتحريره أو دمجه باستخدام برامج مثل Adobe Premiere Pro أو Final Cut Pro في المستوى المتوسط، أو Autodesk Combustion أو Digital Fusion أو Shake في المستوى المتقدم. ويُستخدم برنامج مزامنة الحركة عادةً لمطابقة الفيديو المباشر مع الفيديو المُولّد حاسوبياً، مما يحافظ على تزامن الفيديو والفيديو المُولّد حاسوبياً أثناء حركة الكاميرا.

يُطلق على استخدام محركات رسومات الحاسوب في الوقت الحقيقي لإنشاء إنتاج سينمائي اسم "ماشينيما" . ^{[ 14 ]}

لا تعتمد جميع رسومات الحاسوب التي تبدو ثلاثية الأبعاد على نموذج هيكلي سلكي . فغالبًا ما تُنجز رسومات الحاسوب ثنائية الأبعاد ذات التأثيرات ثلاثية الأبعاد الواقعية دون استخدام نموذج هيكلي سلكي، وقد يصعب تمييزها في شكلها النهائي. تتضمن بعض برامج تصميم الرسومات مرشحات يمكن تطبيقها على الرسومات المتجهة ثنائية الأبعاد أو الرسومات النقطية ثنائية الأبعاد على طبقات شفافة. كما يمكن للفنانين البصريين نسخ أو تصور التأثيرات ثلاثية الأبعاد، ثم إنشاء تأثيرات واقعية ضوئيًا يدويًا دون استخدام مرشحات. ^{[ 15 ]}

تستخدم بعض ألعاب الفيديو رسومات ثنائية الأبعاد ونصف، والتي تتضمن إسقاطات محدودة للبيئات ثلاثية الأبعاد، مثل الرسومات متساوية القياس أو الكاميرات الافتراضية ذات الزوايا الثابتة ، إما لتحسين أداء محرك اللعبة أو لأسباب تتعلق بأسلوب اللعب. في المقابل، يُقال إن الألعاب التي تستخدم رسومات حاسوبية ثلاثية الأبعاد دون هذه القيود تستخدم تقنية ثلاثية الأبعاد حقيقية.

القص واللصق هو استخدام مواد مسطحة كالورق. كل شيء يُقص من الورق، بما في ذلك البيئة والشخصيات وحتى بعض الدعائم. مثال على ذلك لعبة Paper Mario . ^{[ 9 ]} أما الصور الظلية فهي مشابهة للقص واللصق، إلا أنها بلون واحد موحد، وهو الأسود. لعبة Limbo مثال على ذلك. ^{[ 9 ]} الدمى هي دمى وأنواع مختلفة من الدمى المستخدمة في اللعبة. مثال على ذلك لعبة Yoshi's Wooly World . ^{[ 9 ]} أما البكسلة فهي عندما تظهر اللعبة بأكملها منقطة، وهذا يشمل الشخصيات والبيئة المحيطة بها. أحد الأمثلة على ذلك يظهر في لعبة Shovel Knight . ^{[ 9 ]}