Bước tới nội dung

Đồ họa máy tính 3D

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Một khung cảnh 3D ảo được máy tính tạo ra.
Hình ảnh 3D của con người

Đồ họa máy tính 3D, đôi khi còn được gọi là Hình ảnh 3D do máy tính tạo ra (tiếng Anh: 3D computer-generated imagery, viết tắt là 3D-CGI), thuật ngữ này đề cập đến đồ họa máy tính sử dụng không gian ba chiều (3D) của dữ liệu hình học (thường là Descartes) được lưu trữ trong máy tính nhằm mục đích thực hiện các phép tính và hiển thị hình ảnh kỹ thuật số, thường là hình ảnh 2D nhưng đôi khi là hình ảnh 3D. Các hình ảnh thu được có thể được lưu trữ để xem sau (có thể dưới dạng hoạt hình) hoặc hiển thị trong thời gian thực.[1]

Đồ họa máy tính 3D, trái ngược với tên gọi của nó, thường được hiển thị trên màn hình hai chiều. Không giống như phim 3D và các kỹ thuật tương tự, kết quả là hình ảnh hai chiều, không có chiều sâu thị giác. Thông thường hơn, đồ họa 3D được hiển thị trên màn hình 3D, như trong các hệ thống thực tế ảo. Đồ họa 3D trái ngược với đồ họa máy tính 2D, vốn thường sử dụng các phương pháp và định dạng hoàn toàn khác nhau để tạo và hiển thị. Đồ họa máy tính 3D dựa trên nhiều thuật toán tương tự như đồ họa máy tính 2D dạng vector trong mô hình khung lưới và đồ họa máy tính 2D dạng raster trong màn hình hiển thị cuối cùng. Trong phần mềm đồ họa máy tính, các ứng dụng 2D có thể sử dụng các kỹ thuật 3D để đạt được các hiệu ứng như chiếu sáng đồ họa máy tính, và tương tự, 3D có thể sử dụng một số kỹ thuật hiển thị 2D.[1]

Các đối tượng trong đồ họa máy tính 3D thường được gọi là mô hình hóa 3D. Không giống như hình ảnh được kết xuất, dữ liệu của một mô hình được chứa trong một tệp dữ liệu đồ họa. Một mô hình 3D là một biểu diễn toán học của bất kỳ đối tượng không gian ba chiều nào; về mặt kỹ thuật, một mô hình không phải là một "đồ họa" cho đến khi nó được hiển thị. Một mô hình có thể được hiển thị trực quan dưới dạng hình ảnh hai chiều thông qua một quy trình gọi là kết xuất 3D, hoặc nó có thể được sử dụng trong mô phỏng máy tính và các phép tính không phải đồ họa. Với in 3D, các mô hình được kết xuất thành một hình ảnh vật lý 3D thực tế của chính chúng, với một số hạn chế về độ chính xác mà mô hình vật lý có thể khớp với mô hình ảo.[2]

Lịch sử

[sửa | sửa mã nguồn]

William Fetter được ghi nhận là người đã đặt ra thuật ngữ "đồ họa máy tính" vào năm 1961 để mô tả công việc của ông tại Boeing.[3][4] Một ví dụ trong quá khứ về đồ họa máy tính 3D có thể tương tác đã được nghiên cứu vào năm 1963 thông qua chương trình Sketchpad tại Phòng Thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT).[5] Một trong những lần đầu tiên hoạt hình máy tính được sử dụng là ở phim Futureworld (năm 1976), trong đó có cảnh hoạt hình của khuôn mặt con người và một bàn tay xuất hiện trong bộ phim ngắn thử nghiệm 'A Computer Animated Hand năm 1971, được sinh viên Edwin Catmull và Fred Parke của Đại học Utah tạo ra.[6]

Phần mềm máy tính đồ họa 3D bắt đầu xuất hiện tại máy tính cá nhân ở cuối những năm 1970. Ví dụ đầu tiên được biết đến là Nghệ thuật đồ họa 3D, một bộ đồ họa máy tính hiệu ứng 3D, được Mitazawa Kazumasa viết và phát hành vào tháng 6 năm 1978 cho máy tính Apple II.[7][8]

Thực tế ảo 3D là một phiên bản của đồ họa máy tính 3D.[9] Mặc dù chiếc kính thực tế ảo đầu tiên ra đời vào cuối những năm 1950, nhưng phải đến những năm 2000, VR mới bắt đầu trở nên phổ biến. Năm 2012, kính Oculus Rift ra mắt và kể từ đó, thế giới kính thực tế ảo 3D đã không ngừng phát triển.[10]

Tổng quan

[sửa | sửa mã nguồn]

Đồ họa máy tính 3D có ba giai đoạn cơ bản:

  1. Mô hình hóa 3D – Quá trình tạo ra mô hình máy tính về hình dạng của một vật thể.
  2. Dàn cảnh và Hoạt hình máy tính – Sắp đặt vị trí và chuyển động của đối tượng trong vòng một cảnh.
  3. Kết xuất hình ảnh 3D – máy tính tính toán, dựa trên vị trí ánh sáng, loại bề mặt, và những tính chất khác, để tạo ra các hình ảnh.[11]

Mô hình hóa

[sửa | sửa mã nguồn]

Mô hình hóa mô tả quá trình tạo hình dạng của một đối tượng. Hai nguồn phổ biến nhất của mô hình 3D là những mô hình do nghệ sĩ hoặc kỹ sư tạo ra trên máy tính bằng công cụ mô hình hóa 3D, hoặc mô hình được quét 3D vào máy tính từ các đối tượng trong thế giới thực (mô hình hóa đa giác, mô hình hóa mảng và mô hình hóa NURBS là một số công cụ phổ biến được sử dụng trong mô hình hóa 3D). Mô hình cũng có thể được tạo ra theo quy trình hoặc thông qua mô phỏng vật lý.[11]

Về cơ bản, một mô hình 3D được hình thành từ các điểm gọi là đỉnh, xác định hình dạng và cấu trúc của đa giác. Đa giác là một vùng được tạo thành từ ít nhất ba đỉnh (một tam giác). Một đa giác có n điểm được gọi là n-cạnh.[12] Tính toàn vẹn tổng thể của mô hình và khả năng sử dụng trong hoạt hình phụ thuộc vào cấu trúc của các đa giác.[11]

Bố cục và hoạt ảnh

[sửa | sửa mã nguồn]

Trước khi hiển thị thành hình ảnh, các đối tượng phải được bố trí trong một cảnh 3D. Điều này xác định các mối quan hệ không gian giữa các đối tượng, bao gồm vị trí và kích thước. Hoạt hình đề cập đến mô tả theo thời gian của một đối tượng (tức là cách nó di chuyển và biến dạng theo thời gian). Các phương pháp phổ biến bao gồm tạo khung hình chính, động học nghịch đảo và ghi hình chuyển động). Các kỹ thuật này thường được sử dụng kết hợp. Cũng như hoạt hình, mô phỏng vật lý cũng xác định chuyển động.

Hoạt hình tĩnh vật có nhiều thể loại nhỏ hơn như Hoạt hình đất sét, Hoạt hình cắt giấy, Hoạt hình hình bóng, Lego, Hoạt hình rối và Hoạt hình pixel.[9]

Hoạt hình đất sét là việc sử dụng các mô hình làm bằng đất sét để tạo hoạt hình. Một số ví dụ là Clay Fighter và Clay Jam.[9]

Lego là một trong những loại Hoạt hình tĩnh vật phổ biến hơn. Hoạt hình tĩnh vật Lego sử dụng chính các nhân vật chuyển động. Một số ví dụ về điều này là Lego Island và Lego Harry Potter.[9]

Kết xuất

[sửa | sửa mã nguồn]

Kết xuất chuyển đổi một mô hình thành hình ảnh bằng cách mô phỏng truyền ánh sáng để có được hình ảnh chân thực như ảnh chụp, hoặc bằng cách áp dụng một phong cách nghệ thuật như trong kết xuất phi chân thực như ảnh chụp. Hai thao tác cơ bản trong kết xuất chân thực là truyền (lượng ánh sáng đi từ nơi này đến nơi khác) và tán xạ (cách các bề mặt tương tác với ánh sáng). Bước này thường được thực hiện bằng phần mềm đồ họa máy tính 3D hoặc API đồ họa 3D.

Việc chuyển đổi khung cảnh thành dạng phù hợp để kết xuất cũng liên quan đến phép chiếu 3D, hiển thị hình ảnh ba chiều trên mặt phẳng hai chiều. Mặc dù phần mềm mô hình hóa 3D và phần mềm CAD cũng có thể thực hiện kết xuất 3D (ví dụ: Autodesk 3ds Max hoặc Blender), nhưng cũng có phần mềm kết xuất 3D chuyên dụng (ví dụ: Octane Rendering Engine của OTOY, Redshift của Maxon).

Vật liệu và kết cấu

[sửa | sửa mã nguồn]

Vật liệu và kết cấu là các thuộc tính mà công cụ kết xuất sử dụng để hiển thị mô hình. Bạn có thể gán vật liệu cho mô hình để cho công cụ kết xuất biết cách xử lý ánh sáng khi nó chiếu vào bề mặt. Kết cấu được sử dụng để tạo màu cho vật liệu bằng cách sử dụng bản đồ màu hoặc bản đồ albedo, hoặc tạo các đặc điểm bề mặt bằng cách sử dụng bản đồ độ nổi hoặc bản đồ pháp tuyến. Nó cũng có thể được sử dụng để làm biến dạng chính mô hình bằng cách sử dụng bản đồ dịch chuyển.

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]
  1. 1 2 Foley, James D.; van Dam, Andries; Feiner, Steven K.; Hughes, John F. (2013). Computer Graphics: Principles and Practice (ấn bản thứ 3). Addison-Wesley. ISBN 978-0321399526.
  2. ↑ "3D computer graphics". ScienceDaily (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 19 tháng 1 năm 2019.
  3. ↑ "An Historical Timeline of Computer Graphics and Animation". Bản gốc lưu trữ ngày 10 tháng 3 năm 2008. Truy cập ngày 22 tháng 7 năm 2009.
  4. ↑ "Computer Graphics". Learning Computer History. ngày 5 tháng 12 năm 2004.
  5. ↑ Ivan Sutherland Sketchpad Demo 1963 (bằng tiếng Anh), ngày 30 tháng 5 năm 2012, truy cập ngày 25 tháng 4 năm 2023
  6. ↑ "Pixar founder's Utah-made Hand added to National Film Registry". The Salt Lake Tribune. ngày 28 tháng 12 năm 2011. Truy cập ngày 8 tháng 1 năm 2012.
  7. ↑ "Brutal Deluxe Software". www.brutaldeluxe.fr.
  8. ↑ "Retrieving Japanese Apple II programs". Projects and Articles. neoncluster.com. Bản gốc lưu trữ ngày 5 tháng 10 năm 2016.
  9. 1 2 3 4 Garg, Nitin (ngày 15 tháng 11 năm 2024). "A Comprehensive Guide on Different Types of 3D Animation". BR Softech (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 21 tháng 11 năm 2024.
  10. ↑ Flynt, Joseph (ngày 12 tháng 8 năm 2019). "The History of VR: When was it created and who invented it?". 3D Insider (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 21 tháng 11 năm 2024.
  11. 1 2 3 "A Beginner's Guide to the Concept of 3D in Computer Graphics". ThePro3DStudio. Truy cập ngày 25 tháng 8 năm 2025.
  12. ↑ Simmons, Bruce. "n-gon". MathWords. Bản gốc lưu trữ ngày 15 tháng 12 năm 2018. Truy cập ngày 30 tháng 11 năm 2018.

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn]

Bản mẫu:Đồ họa máy tính

Bản mẫu:Phần mềm 3D

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Đồ_họa_máy_tính_3D&oldid=75116903”