3D γραφικά υπολογιστή

Μοντέλα

Είναι η διαδικασία κατά την οποία αναπτύσσεται μια μαθηματική εκπροσώπηση κάθε τρισδιάστατης επιφάνειας άψυχων ή έμψυχων αντικειμένων μέσω εξειδικευμένου λογισμικού, παράγοντας ένα 3D μοντέλο.Τα 3D μοντέλα αντιπροσωπεύουν ένα επίσης 3D αντικείμενο χρησιμοποιώντας μια συλλογή σημείων & άλλων πληροφοριών, στο τρισδιάστατο χώρο, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με διάφορες γεωμετρικές οντότητες όπως τρίγωνα, ευθύγραμμα τμήματα, καμπύλες, κλπ. Τα μοντέλα μπορούν να δημιουργηθούν είτε χειροκίνητα είτε με αλγοριθμικές διαδικασίες procedural modeling) ή μέσω σάρωσης (model scanning).

Απόδοση σχεδιοκίνησης (animation)

Οι βασικές μέθοδοι σχεδιοκίνησης είναι οι εξής:

Η μέθοδος σημαντικών καρέ key frames (key frames)

Χρησιμοποιείται στα περισσότερα προγράμματα κατασκευής 3D. Τα μοντέλα τοποθετούνται σε σημαντικά χρονικά σημεία σε συγκεκριμένες θέσεις του κόσμου και το πρόγραμμα αναλαμβάνει να συμπληρώσει τα ενδιάμεσα καρέ βάσει της τροχιάς της κίνησης που έχει οριστεί.

Η μέθοδος παραμετρικών σημαντικών καρέ

Έχει την ίδια λογική με την προηγούμενη μέθοδο μόνο που εδώ η κάθε οντότητα (αντικείμενο, κάμερα, φως) χαρακτηρίζεται από παραμέτρους.

Η μέθοδος του διαδικαστικού (procedural) animation

Είναι μια αλγοριθμική μέθοδος στην οποία χρησιμοποιούνται χωρικές και χρονικές μετατροπές (περιστροφή, μετακίνηση κλπ), οι οποίες καθορίζονται από παραμέτρους (π.χ. γωνία περιστροφής) οι οποίες μπορούν να αλλάξουν κατά τη διάρκεια του Animation.
Γενικότερα έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές τρισδιάστατης σχεδιοκίνησης όπως:

Κινηματική (kinimatics)

Αφορά τις ιδιότητες των αντικειμένων όπως τη θέση, την ταχύτητα και την επιτάχυνση. Σε περιπτώσεις όπου το αντικείμενο είναι τεμαχισμένο σε περισσότερα κομμάτια τότε τα κομμάτια αυτά συνδέονται μεταξύ τους δημιουργώντας μια δενδρική ιεραρχία.

Δυναμική (dynamic)

Είναι αυτή που θα δώσει στο αντικείμενο τις φυσικές του ιδιότητες λαμβάνοντας της υπόψη τους νόμους της φυσικής και προσθέτοντας στην κίνηση του αντικειμένου χαρακτηριστικά ρεαλιστικότητας. Εδώ λαμβάνονται υπόψη στοιχεία όπως το υλικό, το βάρος, το μέγεθος, η πυκνότητα κλπ.

Εργαλεία

Γλώσσες όπως η Virtual Reality Modeling Language (VRML) που εμφανίστηκε το 1997 ενώ υπόσχονταν πολλά όταν πρωτοεμφανίστηκε, δεν μπορεί να καλύψει τις υπέρογκες ανάγκες των κινούμενων σχεδίων και των γραφικών. Με τη βοήθεια των δεδομένων για multimedia coding, MPEG και JPEG, θα δοθούν κίνητρα για περαιτέρω πρόοδο στον κόσμο της επικοινωνίας των multimedia. Τις επόμενες δεκαετίες η ψηφιακή τηλεόραση θα αντικαταστήσει την αναλογική και MPEG-4 θα χειρίζεται όχι μόνο video frames αλλά συνθετικά και φυσικά υλικά, κίνηση σώματος και προσώπου (FBA). Ο χώρος που απαιτείται για την αποθήκευση και τη μεταφορά τρισδιάστατων ταινιών και παιχνιδιών είναι εξαιρετικά μεγάλος, γι’ αυτό τεχνικές γεωμετρικής συμπίεσης αναπτύσσονται ενώ η ποιότητα παραμένει υψηλή. Η μνήμη και η μπάντα μετάδοσης αποτελούνται από μεγάλο αριθμό frames τα οποία ξεχωριστά είναι ένα μεγάλο στατικό 3D model. Έτσι η ταινία Shrek δεν χρειάζεται να αποθηκευτεί σε video frames αλλά η παράδοση της ταινίας γίνεται σε 3D model το οποίο χρησιμοποιεί τη μικρότερη σε εύρος μπάντα σε πραγματικό χρόνο. Ο θεατής μπορεί να απολαύσει την ταινία ακόμα και σε ένα περιβάλλον Εικονικής Πραγματικότητας, με υψηλή ανάλυση, από και προς κινητά ή και σε home cinema.

Κινηματογράφος

Παρατηρείται πολύ μεγάλη άνθηση στον αριθμό των κινηματογραφικών ταινιών που χρησιμοποιούν τρισδιάστατα γραφικά ή είναι και εξ‘ ολοκλήρου κατασκευασμένες με τη χρήση τρισδιάστατων γραφικών. Σήμερα, η τεχνολογία παραγωγής 3D animation έχει ως αποτέλεσμα την γραφική αναπαράσταση ανθρώπινων χαρακτήρων με άκρως ρεαλιστικό αποτέλεσμα.

Εκπαίδευση

Η τεχνική των 3D animation χρησιμοποιείται πολύ και για εκπαιδευτικούς σκοπούς μιας και έτσι οι μαθητές βοηθούνται στο να φανταστούν τα αντικείμενα και τις έννοιες κατανοώντας έτσι πολύπλοκες και δυσνόητες θεωρητικές έννοιες. Επιπλέον μέσω του animation οι εκπαιδευτικοί μπορούν να δημιουργήσουν προσομοιώσεις καταστάσεων και διαδικασιών και να δείξουν στους μαθητές τα φαινόμενα που μελετούν όπως ακριβώς αυτά συμβαίνουν σε πραγματικό χρόνο.
Εφαρμογές 3D animation διαδραματίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο και σε τομείς όπως η Αρχαιολογία, η Αρχιτεκτονική και η Μηχανική, η Ιατρική καθώς και σε όλες τις φυσικές επιστήμες όπως γεωλογία, γεωγραφία, χημεία, πυρηνική φυσική, αστρονομία κλπ.