Üç boyutlu bilgisayar grafiği
Üç boyutlu bilgisayar grafiği, kimi zaman 3B bilgisayar üretimi görüntü diye de anılır. Geometrik verinin üç boyutlu temsilini kullanan grafik demektir. Koordinatlar çoğu zaman Kartezyen'dir. Bilgisayar onları hesap yapabilsin diye ve dijital bir görüntü işleyebilsin diye saklar. Görüntü genellikle düzdür. Kimi zaman stereoskopik bir çifttir ya da gerçekten derinliği olan bir ekrana yönelmiş bir resimdir. Sonuç, bir canlandırma olarak saklanıp sonra izlenebilir ya da hesaplandığı anda gösterilebilir.
Ad, katı bir resim çağrıştırır. Ele geçen genellikle düz bir resimdir. Sunumun kendisinin görsel derinlik üretmesinin amaçlandığı bir 3B filmin aksine, sıradan bir monitördeki işlenmiş karenin cetvelle ölçülecek derinliği yoktur. Derinlik ipuçları vardır. Giderek aynı veri, derinliği olan bir ekrana da gönderilir. Sanal gerçeklik sistemlerinin ekranları buna dahildir. Verinin kategorisi değişmedi. Cam değişti.
3B grafik, resmi hem kurmakta hem işlemekte genellikle başka yöntemler ve başka biçimler kullanan 2B bilgisayar grafiğinden ayrı durur. Yine de aynı algoritmaların büyük bölümüne dayanır. Tel kafes modelde vektör yöntemleri, son görüntüde raster yöntemleri. Gerçek yazılımda çizgi bulanıklaşır. 2B bir program, bir aydınlatma etkisi için 3B teknik kullanabilir. 3B bir program, kamerayla ilgisi olmayan bir geçiş için 2B teknik kullanabilir. Kutunun üstündeki etiketler, kodun kendisinden kabadır.
Model henüz resim değildir
Nesnelere 3B model denir. İşlenmiş görüntünün aksine modelin verisi bir grafik dosyasında yaşar. 3B model, üç boyutlu bir nesnenin matematiksel temsilidir. Görüntülenene kadar teknik olarak grafik sayılmaz. Kılı kırk yarmak gibi gelir. Bir yığın karışıklığı önler. Bir model üzerinde benzetim çalıştırılıp hiç çizilmeyebilir. Kötü çizilse de model yine modeldir. 3B baskıda model fiziksel bir nesneye işlenir. Fiziksel şeyin sanal olana ne kadar yaklaşabileceğinin sınırları vardır. Yazıcının bir memesi, bir katman yüksekliği ve sarkan malzemeleri vardır. Dosya, ikinci bir program söyleyene kadar bunların hiçbirini bilmez.
Bir resmin üretimi üç evreye ayrılır.
- Modelleme: nesnenin biçiminin bilgisayar modelini kurmak.
- Yerleştirme ve canlandırma: nesneleri, modelleri, ışıkları ve geri kalanı bir sahnenin içinde koymak ve hareket ettirmek.
- İşleme: ışıklardan, yüzey türlerinden ve öteki niteliklerden bir görüntü üreten hesaplar.
Model kurmak ilk ikisini alır. Işık ve malzemeler üçüncüsünü alır. Aralarında duran şey bir sahne dosyasıdır: geometri, bir bakış noktası, dokular, ışıklar. İşleme bu dosyayı okur ve piksel yazar.
Tel kafes, sonra gölgelendirme
1963'te gösterilen Sketchpad, iki boyutta çizim programıydı. Aynı yıl Timothy Johnson'ın Sketchpad III'ü bunu üç boyutta etkileşimli tel kafes modellere genişletti. Üst, ön ve yanın yanında bir perspektif görünüm vardı. Gizli kenarlar görünür kaldı. Nesnenin katı olduğu, ancak çizgiler dikkatle okunursa anlaşılıyordu. 1970'lerin ortalarına kadar süren gölgelendirme araştırması, çokgen modellerin fasetli değil sürekli görünmesini sağladı. Arthur Appel 1968'de katı nesnelerin nokta nokta gölgelendirmesini, hangi bölgelerin gölgede kaldığını belirleme sorunuyla birlikte ortaya koydu. Henri Gouraud'nun 1971 yöntemi, aydınlatmayı bir çokgenin köşe noktalarında hesaplıyor ve yüz boyunca aradeğerlendiriyordu. Görünür dikişler azalıyordu. Bui Tuong Phong'un 1975 modeli yüzey normallerini aradeğerlendiriyor ve her örneklemde bir aynasal terim hesaplıyordu. Bu, bir eğrinin çokgen yaklaşıklığına daha sıkı bir parlama koyuyordu.
Sinema izleyicisinin bu tür canlandırmayı ilk gördüğü zamanlardan biri, 1976'daki Futureworld oldu. Filmde bir yüz ve bir el vardı. İkisi de önce 1972 kısa filmi A Computer Animated Hand için yapılmıştı. O sırada Utah'ta öğrenci olan Edwin Catmull ile Fred Parke'nin işiydi. Ev bilgisayarları, aynı on yılın sonlarında bir tür 3B yazılım edindi. Kazumasa Mitazawa'nın yazdığı 3D Art Graphics, Haziran 1978'de Apple II için çıktı.
Turner Whitted'in 1980 aydınlatma modeli, ışınları ilk yüzeyin ötesine taşıdı. Yansıma, kırılma ve noktasal ışıklardan gelen gölgeler birlikte hesaplanıyordu. Lambalardan dışarı doğru izlenen ışınları değil, izleyiciden gönderilen ışınları uzatıyordu. Yöntemi Appel'e borçlu sayıyordu. Robert L. Cook, Thomas Porter ve Loren Carpenter 1984'te dağıtık ışın izlemeyi (ray tracing) yayımladı. Kesin ikincil ışınların yerini stokastik örnekler alıyordu. Bu örneklerin üretebildiği etkiler arasında hareket bulanıklığı, alan derinliği, yarı gölgeler, yarı saydamlık ve parlak yansıma vardır. James Kajiya'nın işleme denklemi, 1986'daki SIGGRAPH'ta ışık taşınımını tek bir integral denklem olarak yazar. Whitted'in modeli ile dağıtık ışın izleme, bunun yaklaşıklıklarıdır. Yol izleme (path tracing), onun anlattığı Monte Carlo çözümü, sabit bir yansıma ve kırılma ışını ağacından daha geniş bir optik etki yelpazesini kapsar.
Uzun metraj canlandırma için Cook, Carpenter ve Catmull, Reyes mimarisini 1987'de tarif etti. Her yüzey mikroçokgenlere bölünür, o yüzeyin kendi koordinatlarında gölgelenir ve görünürlüğü z tamponuna stokastik örneklemeyle sınanır. Pixar'daki sanatçılar, Silicon Graphics ve Sun iş istasyonlarında Toy Story (1995) modellerini kurdu. Kareleri RenderMan üretti. Filmi John Lasseter yönetti. Görüntüsü tümüyle bilgisayar üretimi olan ilk sinema filmiydi.
Nvidia, 31 Ağustos 1999'da GeForce 256'yı tanıttı. Dönüşüm, aydınlatma ve işlemeyi tek yongada birleştiren bu karta şirket dünyanın ilk GPU'su dedi. Grafik yongalarının daha önceki tarihi başka bir “ilk”tir ve iş istasyonlarıyla birlikte anlatılır. Sanal gerçeklik için başa takılan bir ekranın patenti 1960'ta alındı. Oculus Rift projesi 2012'de bir Kickstarter kampanyasıyla başladı. Bu tarihler arasındaki aralık, bir patent ile bir kişinin sipariş edebildiği bir ürün arasındaki aralıktır.
Bunların hiçbiri resmin fotoğrafa benzemesini gerektirmez. Bir model bilerek bir sanat üslubunda işlenebilir. Bir resim, hiç model olmadan da katı görünebilir. Bu ayrı bir konudur: yalnızca derin görünen resimler.