Технологии создания 3D изображений открывают новые горизонты в киноиндустрии, медицине и архитектуре. В статье рассмотрим, как создаются объемные изображения, какие методы и инструменты используются для съемки, а также способы просмотра 3D контента. Понимание этих процессов поможет оценить достижения технологий и откроет возможности для их применения в профессиональной деятельности и повседневной жизни.
Принцип создания 3D изображений
Все технологии, направленные на создание объемных изображений, основываются на особенностях восприятия человеком визуальной информации.
Создание 3D контента базируется на принципе записи с использованием двух камер. Это позволяет захватывать два изображения, которые немного отличаются друг от друга, но при этом находятся на небольшом расстоянии. В результате полученные изображения предназначены для левого и правого глаза. Когда зритель смотрит на картинку, его глаза воспринимают эти слегка различающиеся изображения. Мозг, объединяя их, формирует трехмерное восприятие окружающего мира.
Для осуществления «двойной» съемки при создании фильмов и видеороликов кинокомпании используют оборудование, которое позволяет одновременно работать двум камерам. Эти устройства оснащены системой точного контроля, что обеспечивает синхронную работу камер.
Важное условие – оптические характеристики камер должны быть практически одинаковыми.
Некоторые кинокомпании для достижения нужного эффекта применяют видеокамеры с двухлинзовой системой. Однако даже в этом случае итоговый материал будет состоять из двух отдельных рядов кадров: один для правого глаза, другой – для левого. Способ, которым зритель будет просматривать созданное изображение, напрямую зависит от типа используемой системы воспроизведения.
Эксперты в области цифровых технологий отмечают, что создание 3D изображений стало неотъемлемой частью современного дизайна и визуализации. По их мнению, прогресс в области программного обеспечения и аппаратного обеспечения значительно упростил процесс моделирования. Использование таких инструментов, как Blender и Autodesk Maya, позволяет художникам создавать высококачественные трехмерные модели с минимальными затратами времени.
Специалисты также подчеркивают важность применения технологий виртуальной и дополненной реальности, которые открывают новые горизонты для 3D визуализации. Эти технологии не только улучшают восприятие изображений, но и позволяют пользователям взаимодействовать с ними в реальном времени. В результате, 3D изображения находят применение в самых различных сферах — от кино и игр до архитектуры и медицины. Таким образом, эксперты уверены, что будущее этой технологии будет связано с дальнейшим развитием интерактивности и реалистичности.
Виды технологий просмотра
Все лидеры телевизионной техники давно стали осваивать выпуск оборудования, способного воспроизвести пространственные изображения. 3D мониторы активно применяются во многих областях, начиная с моделирования, компьютерного проектирования, медицинской визуализации и завершая азартными играми.
В чем разница между активным 3D и пассивным:
https://youtube.com/watch?v=olaf7ZzI7N0
Основное развитие в формате 3D получили жидкокристаллические LED телевизоры и «плазмы». Все они воспроизводят изображения в качестве Full HD. Если их сравнивать, то в силу технологических особенностей, «плазмы» демонстрируют лучшее качество. Для сохранения плавности картинки видео выводятся поочередно для каждого глаза, выдерживая кадровую частоту в пределах 60 Гц. В результате общая кадровая частота для обоих глаз достигает отметки в 120 Гц. Этого невозможно добиться без строгого требования ко времени отклика матрицы. Параметр не должен превышать отметку в 3 мс.
Читайте также:
При таком требовании к выводимым на экран видео получить желаемый 3D эффект можно несколькими способами. Мы упомянем лишь самые востребованные технологии создания и воспроизведения 3d изображений.
| Технология | Описание | Применение |
|---|---|---|
| Моделирование (Modeling) | Создание трехмерных объектов с помощью специализированного ПО. Включает полигональное, NURBS, скульптурное моделирование. | Архитектурная визуализация, дизайн продуктов, создание персонажей для игр и кино, медицинское моделирование. |
| Текстурирование (Texturing) | Наложение изображений (текстур) на поверхность 3D-модели для придания ей реалистичного внешнего вида (цвет, рельеф, блеск). | Придание реалистичности объектам в играх, фильмах, рекламных роликах, создание материалов для визуализации. |
| Рендеринг (Rendering) | Процесс преобразования 3D-сцены в 2D-изображение или анимацию с учетом освещения, материалов, камер и других параметров. | Финальное создание изображений для игр, фильмов, рекламы, архитектурных проектов, научных визуализаций. |
| Анимация (Animation) | Создание движения 3D-объектов, персонажей или камер во времени. Включает ключевые кадры, скелетную анимацию, симуляции. | Создание мультфильмов, спецэффектов в кино, игровых персонажей, обучающих видео, симуляций. |
| Скульптинг (Sculpting) | Цифровое “лепка” 3D-моделей, подобно работе с глиной, для создания высокодетализированных органических форм. | Создание персонажей, монстров, детализированных объектов для игр, кино, 3D-печати. |
| Фотограмметрия (Photogrammetry) | Создание 3D-моделей из серии фотографий реальных объектов или сцен. | Создание реалистичных моделей для игр, виртуальной реальности, сохранения культурного наследия, картографии. |
| 3D-сканирование (3D Scanning) | Использование лазерных или структурированных световых сканеров для захвата геометрии реальных объектов и преобразования их в 3D-модели. | Реверс-инжиниринг, создание индивидуальных протезов, контроль качества, создание цифровых копий объектов. |
| Виртуальная реальность (VR) | Создание интерактивных 3D-сред, в которые пользователь погружается с помощью специальных устройств (VR-шлемов). | Игры, обучение, симуляторы, архитектурные обходы, медицинские тренировки. |
| Дополненная реальность (AR) | Наложение 3D-объектов на реальный мир, видимый через камеру смартфона или AR-очков. | Игры, навигация, интерактивная реклама, обучение, примерка товаров. |
| 3D-печать (3D Printing) | Создание физических 3D-объектов путем послойного наращивания материала на основе цифровой 3D-модели. | Прототипирование, производство индивидуальных изделий, медицина (протезы), искусство, образование. |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о технологии создания 3D изображений:
-
Стереоскопическое зрение: 3D изображения создаются с использованием принципа стереоскопического зрения, который имитирует то, как наши глаза воспринимают глубину. Каждому глазу показывается немного различное изображение, что позволяет мозгу воспринимать трехмерное пространство. Эта технология используется не только в кино, но и в виртуальной реальности и видеоиграх.
-
Технология фотограмметрии: Один из современных методов создания 3D моделей основан на фотограмметрии, которая использует фотографии реальных объектов для создания их цифровых 3D копий. С помощью специальных алгоритмов анализируются изображения с разных ракурсов, что позволяет точно восстановить форму и текстуру объекта.
-
3D печать и моделирование: Развитие 3D технологий также привело к популяризации 3D печати. Модели, созданные в 3D графических редакторах, могут быть напечатаны на 3D принтерах, что открывает новые возможности в производстве, архитектуре и даже медицине, например, для создания протезов и имплантатов, идеально подходящих для конкретного пациента.
Анаглиф – рельефный
Метод создания стереоэффекта, разработанный еще в 80-х годах XX века, основывается на цветовом кодировании изображений, которые воспринимаются каждым глазом отдельно.
Для достижения этого эффекта используются анаглифические очки, в которых линзы выполняют роль светофильтров, окрашенных в следующие цвета:
- красный – для левого глаза;
- бирюзовый (или синий) – для правого глаза.
Благодаря бинокулярному смешению цветов формируется объемное, но одноцветное изображение. Процесс адаптации зрения и мозга к таким условиям восприятия происходит довольно быстро. Однако стоит отметить, что даже после короткого сеанса, который длится не более 15 минут, многие люди сообщают о дискомфорте, выражающемся в снижении цветовой чувствительности при восприятии окружающего мира.
В настоящее время этот метод практически не используется, так как его вытеснили более современные технологии.
Поляризация – iMax 3D
Самый простой способ создать «объем» с хорошей детальностью и цветопередачей — поляризовать световые потоки. Для получения желаемого эффекта свет пропускают через кристаллы, которые преломляют его потоки. Это и создает иллюзию трехмерного изображения. Поляризационные стереопары бывают четырех вариантов исполнения: с горизонтальным и вертикальным вектором направления, а также четырехстрочные и подкадровые.
На принципе поляризации построена получившая широкое распространение в развлекательной сфере технология iMax 3D и RealD.
При просматривании созданных таким способом изображений применяют очки, в которые вставлены линзы с разной степенью поляризации. Чтобы при наклоне головы и смене положения тела не возникали перекрестные искажения, а изображения не утрачивали яркость и контрастность, разработчики оснащают очки линзами с круговой поляризацией: для одного глаза с левой, для другого – с правой.
-
Читайте также:
Как работает поляризационная система подробно описано в видео-ролике:
Разделение строк – XpanD 3D
В последние годы активно развивается концепция создания изображений с помощью построчного отображения на экране. Для достижения этого эффекта используется оборудование, которое улавливает и формирует объемные изображения.
Современная технология XpanD для генерации 3D-изображений находит широкое применение как в кинотеатрах, так и в системах домашних 3D-телевизоров и мониторов.
Для просмотра контента, созданного с использованием этой технологии, необходимы специальные очки, которые синхронизируются с устройствами воспроизведения. Линзы этих очков состоят из тех же жидких кристаллов, что и матрица телевизора.
В очках установлен инфракрасный датчик, который проецирует на стекла разделенные изображения. Таким образом, каждый глаз воспринимает только ту часть картинки, которая предназначена именно для него. Остальная часть изображения скрывается благодаря повороту стекла. Когда инфракрасный датчик отключается, стекла перестают изменять свое положение, и эффект объемного изображения исчезает.
Управление аксессуаром осуществляется от телевизора через Bluetooth или инфракрасный канал связи.
Эффект параллакса
Сегодня на пике популярности автостереоскопические 3D дисплеи, которые выстраивают объемные зрительные образы путем создания эффекта параллакс-барьера.
Принцип создания объемных изображений посредством параллакса построен на том, что видимое положение объекта в зависимости от угла обзора наблюдателя немного изменяется относительно удаленного фона. Интегрированные в экран жидкокристаллические барьеры под действием сигнала проворачиваются под определенным углом, направляя световой поток в заданном направлении.
-
Читайте также:
Наличие параллаксного барьера дает возможность зрителю видеть картинки как бы удаленными в глубину по отношению друг от друга. Воспринимая и обрабатывая «разорванную» картинку, мозг просто формирует из нее цельное изображение.
Эта усовершенствованная технология удобна тем, что не требует дополнительной гарнитуры. Единственный ее минус в том, что при малейшей корректировке угла просмотра относительно заданной оптимальной точки глаза перестают воспринимать изображение как единое целое. Они просто определяют его как две отдельных расположенных в удалении друг от друга картинки.
Экраны с параллаксными барьерами нашли широкое применение в портативных устройствах – ноутбуках, фотоаппаратах и телефонах. При необходимости кристаллический барьер всегда можно отключить и просматривать видео в формате 2D.
Существуют и более новые решения в области автостереоскопии, которые дают возможность отображать объемные картинки одновременно для большого числа зрителей. Для этого изображения разделяются между зрителями не посредством линз, а делятся во времени. Такой эффект достигается за счет работы встроенной системы микролинз, которые динамически перестраивают копии изображений, задавая им определенную позицию перед дисплеем.
В результате зритель имеет возможность видеть полную копию изображения, а в случае смены положения просто «переноситься в зону трансляции» параллельно воспроизводимой копии. Но для применения такой системы требуется оборудование, способное поддерживать частоту трансляции порядка 2000 Гц, что в домашних условиях пока не представляется возможным.
Применение 3D изображений в различных отраслях
3D изображения находят широкое применение в самых разных отраслях, благодаря своей способности передавать информацию более наглядно и реалистично. Одной из ключевых сфер, где активно используются трехмерные модели, является архитектура. Архитекторы и дизайнеры применяют 3D визуализацию для создания детализированных моделей зданий и интерьеров, что позволяет клиентам лучше понять конечный результат еще до начала строительства. Это значительно упрощает процесс согласования проектов и позволяет вносить изменения на ранних этапах.
В медицине 3D изображения играют важную роль в диагностике и планировании операций. С помощью компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии врачи могут создавать трехмерные модели органов и тканей пациента, что позволяет более точно оценить состояние здоровья и выбрать оптимальный метод лечения. 3D печать также находит применение в медицине, позволяя создавать индивидуальные имплантаты и протезы, идеально подходящие конкретному пациенту.
В игровой индустрии 3D графика является основой для создания современных видеоигр. Разработчики используют сложные трехмерные модели для создания персонажей, окружения и объектов, что делает игры более реалистичными и увлекательными. Кроме того, 3D технологии активно применяются в анимации и кино, позволяя создавать визуальные эффекты и анимацию, которые невозможно было бы реализовать с помощью традиционных методов.
-
Читайте также:
В образовании 3D изображения также находят свое применение. Учебные заведения используют трехмерные модели для визуализации сложных концепций и процессов, таких как молекулярная структура, анатомия человека или исторические артефакты. Это помогает студентам лучше усваивать материал и развивать пространственное мышление.
Наконец, в промышленности и производстве 3D изображения используются для проектирования и моделирования изделий. Инженеры создают трехмерные модели деталей и механизмов, что позволяет проводить симуляции и тестирования еще до начала физического производства. Это значительно сокращает время и затраты на разработку новых продуктов.
Таким образом, применение 3D изображений охватывает широкий спектр отраслей, от архитектуры и медицины до образования и промышленности, что подчеркивает их важность и актуальность в современном мире.
Вопрос-ответ
Как создаются 3D-изображения?
3D-изображения формируются путем сбора информации о глубине из двумерных источников с использованием таких методов, как стереоскопия или картирование глубины, реконструкции пространственных измерений и деталей, а также создания захватывающих трехмерных представлений для различных приложений в технологиях, развлечениях и дизайне.
Какие есть виды 3D моделирования?
Виды 3D моделирования: полигональное, скульптурное, архитектурное и другие.
Как создать свое 3D-изображение?
Фотограмметрия. Фотограмметрия — это процесс съёмки нескольких фотографий с разных ракурсов и их сшивание в 3D-модель с помощью программного обеспечения. Представьте себе создание цифровой скульптуры, соединяя точки между собой с разных ракурсов. Вам понадобится смартфон с хорошей камерой.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите основы 3D-моделирования, прежде чем переходить к сложным проектам. Начните с простых форм и постепенно усложняйте задачи, чтобы лучше понять принципы работы с трехмерными объектами.
СОВЕТ №2
Используйте качественные программы для создания 3D-изображений, такие как Blender, Autodesk Maya или 3ds Max. Каждая из них имеет свои особенности и инструменты, поэтому выберите ту, которая лучше всего соответствует вашим потребностям и уровню навыков.
СОВЕТ №3
Обратите внимание на текстуры и освещение. Правильное использование текстур и освещения может значительно улучшить качество ваших 3D-изображений, придавая им реалистичность и глубину.
СОВЕТ №4
Не забывайте о сообществе. Участвуйте в форумах и группах, посвященных 3D-моделированию. Обмен опытом с другими художниками поможет вам получить новые идеи и советы, а также улучшить свои навыки.
