XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Моделирование трёхмерных предметов – процесс достаточно новый, если сравнивать его с устоявшемся за долгое время использования других различных сфер деятельности. Но стоит заметить, что появилось всё это более двух десятков лет. 3D–модели представляют собой трёхмерные пространственные модели реальных объектов или территории. Появлению таких новых видов цифровой продукции способствовали достижения трёхмерной машинной графики.

Несмотря на то, что трехмерная компьютерная графика появилась сравнительно недавно, попытки воссоздать на фотографиях, картинах и кинопленке трехмерный мир предпринимались достаточно давно, задолго до появления компьютеров [1].

Человеческое зрение устроено таким образом, что человек видит два независимых изображения, которые позволяют воспринимать мир в трех измерениях. Именно благодаря этому мы можем видеть объемные предметы и определять, насколько они смещены в пространстве относительно друг друга и насколько удалены от нас.

Когда-то для имитации трехмерных изображений использовалось нехитрое устройство, которое называлось стереоскопом. Оно имело прорези для глаз, через которые зритель рассматривал две картинки, помещенные рядом. Эти изображения были получены одновременно, но точки их съемки немного различались. В результате, когда человек через стереоскоп смотрел на одну картинку одним глазом, а на другую - вторым, ему казалось, что он видит трехмерное изображение. В начале ХХ века появились первые стереоскопические фотоаппараты, которые имели два объектива, расположенных на расстоянии 65 мм друг от друга, что равняется среднему расстоянию между зрачками глаз. Такие фотоаппараты давали возможность без проблем получать стереоизображения.

В начале 1950 годов в Америке были очень популярны фильмы, для просмотра которых использовались поляризованные стереоочки с синими и красными стеклами. Эффект достигался достигался при помощи проецирования двух изображений через особый фильтр, где накладывались друг на друга. В результате зритель, надевший очки с такими же фильтрами, видел каждым глазом только тот спектр, который проходил через соответствующий фильтр. Таким образом достигался эффект стереоскопии [3].

Первой официально признанной попыткой использования дисплея для вывода изображения из ЭВМ явилось создание в Массачусетском технологическом университете машины Whirlwind-I в 1950 г. Таким образом, возникновение компьютерной графики можно отнести к 1950-м годам. Сам же термин "компьютерная графика" придумал в 1960 г.

Первое реальное применение компьютерной графики связывают с именем Джон Уитни. Он занимался кинопроизводством в 50-60-х годах и впервые использовал компьютер для создания титров к кинофильму.

Следующим шагом в своем развитии компьютерная графика обязана Айвэну Сазерленду, который в 1961 г., еще будучи студентом, создал программу рисования, названную им Sketchpad [2] (альбом для рисования). Программа использовала световое перо для рисования простейших фигур на экране. Полученные картинки можно было сохранять и восстанавливать. В этой программе был расширен круг основных графических примитивов, в частности, помимо линий и точек был введен прямоугольник, который задавался своими размерами и расположением.

При возникновении компьютеров появилась возможность создания настоящих трехмерных эффектов. Первооткрывателем в этой области был один из самых известных людей в мировом кинематографе - Джордж Лукас. Именно его фильмы "Звездные войны" прославились невиданными на то время спецэффектами. В 1975 году Джордж Лукас основал собственную компанию Industrial Lightand Magic, которая занималась разработкой этих спецэффектов.

Немного позже в рамках этой компании было основано подразделение LucasFilm Computer Graphics, которое начало активно развивать компьютерную графику. Это подразделение выпустило в 1984 году первый анимационный CG-фильм “Приключения Андре и пчелы Уолли”. Этот фильм отличался от эффектов, которые создавались ранее, тем, что был полностью сделан при помощи компьютера. Для того, чтобы создать полутораминутную анимацию, были задействованы шесть суперкомпьютеров.

После первого успеха отделение LucasFilm CG продолжило работать над совершенствованием средств создания компьютерной графики. Уже в 1985 году в фильме “Молодой Шерлок Холмс” появился первый персонаж, созданный при помощи компьютера.

В 1986 году отделение LucasFilm CG было продано Стиву Джобсу, и из подразделения было преобразовано в независимую компанию, которая сейчас называется Pixar. Студия Pixar стала заниматься не только созданием CG-анимации, но и разработкой различных технологий, которые упрощают работу с компьютерной графикой. Например, в 1986 году студия создала графический компьютер Pixar Image Computer, который мог выводить на экран изображение с набольшим количеством пикселей на то время. Позже Pixar разработала средство для визуализации компьютерной анимации RenderMan [4], который до сих пор считается самым лучшим.

Создаваемые компанией анимационные фильмы имеют неизменный успех. По ним легко можно проследить этапы развития компьютерной графики. Если в 1980 годах Pixar выпускала только короткометражные фильмы и рекламные ролики, то уже в 1995 году был представлен первый полнометражный компьютерный мультфильм "История игрушек". В 2001 году вышел фильм "Корпорация монстров", в котором зрители впервые увидели героев с реалистичной шерстью, а в выпущенном в том же году студией DreamWorks "Шреке" - огромные леса с детальной прорисовкой деревьев и даже листьев на них.

Сегодня созданием полнометражных анимационных фильмов с использованием трёхмерных моделей занимаются известные компании. Уже никого не удивляют и полнометражные CG-фильмы, где трехмерные герои "играют" вместо настоящих актеров.

Компьютерная графика нашла применение во многих других сферах, которые далеки от кинематографа. Благодаря тому, что за последние двадцать лет было изобретено множество технологий, упрощающих работу с компьютерной графикой, и тому, что мощности компьютеров за это время возросли во много раз, создание фильмов и спецэффектов больше не является уделом только профессионалов. Чтобы создавать анимацию при помощи трёхмерных моделей, сегодня не нужно иметь большую команду профессиональных аниматоров и мощнейшие суперкомпьютеры. Подобный проект под силу выполнить даже одному человеку.

Список использованных источников

Демин А.Ю. Основы компьютерной графики: Учебное пособие. / А. Ю. Демин. – М., 2017. – 287 c.

Дональд Х. Компьютерная графика и стандарт OpenGL = Computer Graphics with OpenGL / Х. Дональд, М. П. Бейкер. – М.: «Вильямс», 2019. – 110-112 c.

Рысухин Р.П. Современное и тенденции развития компьютерной графики / Р. П. Рысухин. – М., 2019. – 157 c.

Яхонтов В.Н. Компьютерная графика / В. Н. Яхонтов. – М.: ТИСБИ, 2020. – 260 c.