Возможности современной компьютерной графики

С появлением мощных графических станций, а также компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, началась новая эра в компьютерной графике. Компьютерное трёхмерное моделирование, анимация и графика позволили освободить творческую мысль от огромных усилий по реализации задач КГ.

Самыми первыми программами 3D-моделирования были программы автоматизированного проектирования. К новейшим средствам в этом направлении следует отнести SolidWorks, разработанную американской компанией SolidWorks Corporation, которая преследовала цель создания массовой, недорогой системы для каждого конструктора. В этой системе реализовано твёрдотельное геометрическое моделирование. Созданные детали могут объединяться в сборку с заданием ограничения взаимного расположения любых деталей друг относительно друга (соосность, фиксация, совпадение точек и т. д.). Связка SolidWorks и КОМПАС — ГРАФИК5 обеспечивает мощное конструирование и эффективный выпуск чертёжной документации. К программным продуктам этого же направления относится пакет Autodesk Mechanical Desktop (AMD), объединяющий в себе средства конструирования деталей, узлов и моделирование поверхностей. Данный продукт ориентирован на моделирование параметрических твёрдотельных сборок деталей, узлов и агрегатов, автоматизированный выпуск конструкторской документации.

К другому направлению КГ, где широкое распространение получило 3D-моделирование, относится разработка современных компьютерных игр. К числу программных продуктов, пригодных для построения трёхмерных компьютерных игр, относятся Direct 3D и OpenGL. Пользуясь этими программами, можно построить сцену практически любой сложности, с поверхностями любой формы, с источниками света, прозрачными объектами, с любыми текстурами и без них. Количество изображений, получаемых с помощью Direct 3D и OpenGL, нельзя, конечно, сравнить с тем, что можно получить от 3D Studio MAX.

При испытании программы 3D Studio MAX пользователи проделали огромную работу, применяя эту программу в различных областях: от создания статической рекламы и динамических заставок для телеканалов до моделирования катастроф и трёхмерной анимации. Данная система используется для создания современных фильмов со спецэффектами. Достаточно посадить одного человека, чтобы создать спецэффекты, создающие полное ощущение реальности. Широкому применению визуальных эффектов никто не удивляется. Эффекты в блокбастерах (боевиках) и романтических сказках, играх и мультимедийных презентациях, в кино и на телевидении, трёхмерные и мультипликационные, объединяет только одно: они созданы с помощью компьютеров.

В последние годы сформировалось новое направление КГ-представление «виртуальных» объектов. С 19 по 23 мая 1997 года в Центре международной торговли проходил ежегодный Российский фестиваль компьютерной графики и анимации. На выставке была представлена новинка — телевизионная виртуальная студия. С помощью такой студии можно делать оригинальные передачи без огромных павильонов и дорогостоящих декораций. С сентября 1997 года компания «Б.С. Графика» оформляет московский канал «ТВ Центр» и выпускает там две телепередачи: «Интернет КАФЕ» и «Виртуальный мир». Применение трёхмерной анимации и виртуальных технологий в кинематографе, оформлении телевизионных передач, шоу-бизнесе стало обязательным, однако существуют и другие примеры применения новейших технологий. 6 — 8 мая 1998 года в Осло проходил Первый международный симпозиум по визуализации. На данной конференции были продемонстрированы различные технические средства для представления виртуальных объектов. Особый интерес вызвали проекты по созданию виртуальных городов. С помощью уникальной системы и методологии компьютерного моделирования построены виртуальные модели реального времени городских районов. Эти модели, с точностью до надписей на стенах и занавесок в окнах, конструируются путём сочетания фотографий, полученных с помощью аэрофотосъёмки, со стереометрическими «представлениями» улиц для реалистического трёхмерного моделирования с использованием пакета MultiGen II Pro.

Следующее направление современной КГ — инженерное проектирование с визуальным отображением. Современные программы этого направления не только выполняют различные строительные расчёты, но и показывают нагрузку на отдельные части конструкций. Пример применения КГ в бытовой сфере: компании по продаже квартир, дизайну и ремонту стали использовать компьютерные программы трёхмерного моделирования для представления клиенту наиболее точной информации о будущем проекте. Тем самым доход этих компаний стал увеличиваться за счёт экономии времени, затрачиваемого на бесполезные чертежи.

Одним из наиболее перспективных направлений применения КГ является автоматизация конструкторской и дизайнерской деятельности. Так, компания IBM разработала систему Catia, с помощью которой на разработку автомобиля Neon, выпущенного в конце 1994 года, американская корпорация Chrysler Motors затратила всего 31 месяц, опередив японские компании, долгое время державшие планку на отметке 36 месяцев. Той же системой были созданы прототипы автомобилей Volvo-960, Jeep Cherokee, SAAB-900, ВАЗ-2110 и самолёта Boeing 777. В последнем случае экономия составила 15 процентов от всей суммы средств — примерно 8 млн. долларов.

Можно выделить программы КГ, используемые в шоу-бизнесе для создания рекламных роликов. Ведущую роль в этом направлении играет компания GlassworKS. Одной из последних разработок этой компании является Softmage — программа на базе 3D-Studio, но более приспособленная для создания видеоклипов.

В последнее время появились программы КГ-генераторы ландшафтов. Наиболее простыми являются Bryce 2, затем Bryce 3D. С помощью этих программ можно создавать вполне реалистичные пейзажи, управлять временами суток, погодными условиями и т. д. Основным преимуществом данного продукта является простое управление, понятное из общения с интерфейсом. Предусмотрены возможности анимации, взгляда с разных точек на проекцию. Более широкими возможностями обладают пакеты Animatek’s Word Builder 2.0 и Word Construction Set 3.0. Animatek’s Word Builder создаёт реалистические пейзажи, а отличная интеграция с 3D Studio MAX позволяет полностью реализовать плод воображения. Второй пакет опять же интегрирует ландшафты, но в такой степени, что кроме него уже не требуются другие пакеты 3D-моделирования, хотя используется поддержка 3D Studio MAX.

Технологической революцией можно назвать появление систем мультимедиа, в которых кроме звука используется воспроизведение изображений. В мультимедиа используются четыре основных типа изображений: неподвижный образ, текст, подвижное изображение, или видео, анимация. Эти типы изображений, совместно или в отдельности, используются в мультимедийных приложениях. Неподвижный текст может появиться на фоне подвижного изображения, а буквы — «затанцевать» на неподвижном морском берегу и т. п. Особенно широко в мультимедиа используется анимация.

Современная компьютерная технология создания мультфильмов использует метод, похожий на наложение прозрачной плёнки с «героем» на неподвижный фон. Компьютер легко воссоздает последовательность кадров между базовыми фрагментами изображения. Так же легко выполнить на компьютере процесс метаморфозы (превращения). При работе с трёхмерными изображениями используют два основных способа анимации: указание пути, по которому перемещается объект, и задание нескольких базовых фрагментов. При использовании первого способа достаточно нарисовать объект и путь, по которому должен перемещаться объект, а сам компьютер произведёт передвижение модели по этому пути. Второй способ представляет собой серию неподвижных изображений, которые, быстро сменяя друг друга, создают эффект анимации. Анимация нашла широкое применение в различных бизнес — приложениях: эмблемы компаний, объявления, рекламные ролики и т. п.

Большинство программ 3D-моделирования (3D Studio MAX и другие) не предназначены для инженерных работ. Для этих задач компания Autodesk создала AutoCAD. Данный продукт занимает лидирующую позицию в мировом списке программ такого класса. Неудивительно, ведь он способен выполнять практически все операции, связанные с инженерными системами. Работа этой системы обслуживается тысячами узлов всемирной сети Internet. Система предназначена для профессионалов в области САПР (систем автоматизированного проектирования). Известная компания по производству CAD-программ Bentley Systems представила программу Micro Station (система интерактивного графического проектирования IGDS), которая занимает второе место после системы AutoCAD. Основные назначения Micro Station: выполнение высокопрофессиональных работ в машиностроении, транспорте, электронике, геодезии и картографии, архитектуре и управлении.

Следует отметить, что за последние 7−8 лет с появлением новейших операционных систем Windows 95, Windows NT 4.0, Windows 98 стали реальностью многие задачи компьютерной графики, решение которых в среде DOS в принципе не представлялось возможным. Компьютерная графика постепенно становится обычным и привычным инструментом конструктора, дизайнера, специалиста по рекламе, бизнесмена и преподавателя.