رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "رسومات حاسوبية ثلاثية الأبعاد" - أخبار  · صحف  · كتب  · باحث  · JSTOR ( أبريل 2017 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد (3D)
الأساسيات
النمذجة مسح تقديم الطباعة
الاستخدامات الأساسية
نماذج ثلاثية الأبعاد التصميم بمساعدة الحاسوب التصميم الجرافيكي ألعاب الفيديو المؤثرات البصرية التصور الهندسة الافتراضية الواقع الافتراضي التصوير السينمائي الافتراضي
مواضيع ذات صلة
الصور المولدة بواسطة الكمبيوتر (CGI) الرسوم المتحركة حاسوب هيكلي شاشة ثلاثية الأبعاد نموذج الإطار السلكي تعيين الملمس التقاط الحركة محاكاة الحشود الإضاءة العالمية تقديم الحجم
ف ت هـ

الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد ، والتي تسمى أحيانًا CGI أو 3-D-CGI أو رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد ، هي رسومات تستخدم تمثيلًا ثلاثي الأبعاد للبيانات الهندسية (غالبًا ديكارتية ) المخزنة في الكمبيوتر لأغراض إجراء الحسابات وتقديم الصور الرقمية ، وعادةً ما تكون صورًا ثنائية الأبعاد ولكن في بعض الأحيان تكون صورًا ثلاثية الأبعاد . يمكن تخزين الصور الناتجة لعرضها لاحقًا (ربما كرسوم متحركة ) أو عرضها في الوقت الفعلي .

تُعرض الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد، على عكس ما يوحي به اسمها، غالبًا على شاشات ثنائية الأبعاد. وعلى عكس الأفلام ثلاثية الأبعاد والتقنيات المماثلة، تكون النتيجة ثنائية الأبعاد، بدون عمق بصري . وفي أغلب الأحيان، تُعرض الرسومات ثلاثية الأبعاد على شاشات ثلاثية الأبعاد ، كما هو الحال في أنظمة الواقع الافتراضي .

تتناقض الرسومات ثلاثية الأبعاد مع رسومات الكمبيوتر ثنائية الأبعاد والتي تستخدم عادةً طرقًا وتنسيقات مختلفة تمامًا للإنشاء والعرض.

تعتمد الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد على العديد من نفس الخوارزميات المستخدمة في الرسومات المتجهة ثنائية الأبعاد في نموذج الإطار السلكي والرسومات النقطية ثنائية الأبعاد في العرض النهائي. في برامج الرسومات الحاسوبية، قد تستخدم التطبيقات ثنائية الأبعاد تقنيات ثلاثية الأبعاد لتحقيق تأثيرات مثل الإضاءة ، وعلى نحو مماثل، قد تستخدم التطبيقات ثلاثية الأبعاد بعض تقنيات العرض ثنائية الأبعاد.

غالبًا ما يشار إلى الكائنات في الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد باسم النماذج ثلاثية الأبعاد . على عكس الصورة المرسومة، توجد بيانات النموذج داخل ملف بيانات رسومي. النموذج ثلاثي الأبعاد هو تمثيل رياضي لأي كائن ثلاثي الأبعاد ؛ لا يُعد النموذج رسوميًا من الناحية الفنية حتى يتم عرضه. يمكن عرض النموذج بصريًا كصورة ثنائية الأبعاد من خلال عملية تسمى العرض ثلاثي الأبعاد ، أو يمكن استخدامه في عمليات المحاكاة والحسابات الحاسوبية غير الرسومية . باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم تقديم النماذج إلى تمثيل مادي ثلاثي الأبعاد فعلي لأنفسها، مع بعض القيود فيما يتعلق بمدى دقة النموذج المادي في مطابقة النموذج الافتراضي. ^[1]

يعود الفضل إلى ويليام فيتر في صياغة مصطلح رسومات الكمبيوتر في عام 1961 ^{[2] [3]} لوصف عمله في شركة بوينج . تم استكشاف مثال مبكر للرسومات التفاعلية ثلاثية الأبعاد للكمبيوتر في عام 1963 بواسطة برنامج Sketchpad في مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . ^[4] كان أحد العروض الأولى للرسوم المتحركة بالكمبيوتر هو Futureworld (1976)، والذي تضمن رسومًا متحركة لوجه بشري ويد ظهرت في الأصل في الفيلم القصير التجريبي لعام 1971 A Computer Animated Hand ، الذي أنشأه طلاب جامعة يوتا إدوين كاتمول وفريد ​​بارك . ^[5]

بدأت برامج الرسوميات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد في الظهور لأجهزة الكمبيوتر المنزلية في أواخر سبعينيات القرن العشرين. أقدم مثال معروف هو 3D Art Graphics ، وهي مجموعة من تأثيرات الرسوميات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد، كتبها كازوماسا ميتازاوا وتم إصدارها في يونيو 1978 لجهاز Apple II . ^{[6] [7]}

ينقسم سير عمل إنتاج الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد إلى ثلاث مراحل أساسية:

1. النمذجة ثلاثية الأبعاد – عملية تكوين نموذج حاسوبي لشكل الكائن
2. تخطيط ورسوم متحركة CGI – وضع وتحريك الكائنات (النماذج والأضواء وما إلى ذلك) داخل المشهد
3. العرض ثلاثي الأبعاد – الحسابات الحاسوبية التي تقوم، بناءً على وضع الضوء وأنواع الأسطح والصفات الأخرى، بإنشاء (تحويل المشهد إلى صورة)

يصف النموذج عملية تشكيل شكل الكائن. المصدران الأكثر شيوعًا للنماذج ثلاثية الأبعاد هما تلك التي ينشئها فنان أو مهندس على الكمبيوتر باستخدام نوع ما من أدوات النمذجة ثلاثية الأبعاد ، والنماذج الممسوحة ضوئيًا في الكمبيوتر من كائنات في العالم الحقيقي (النمذجة متعددة الأضلاع والنمذجة الرقعية ونمذجة NURBS هي بعض الأدوات الشائعة المستخدمة في النمذجة ثلاثية الأبعاد). يمكن أيضًا إنتاج النماذج إجرائيًا أو عبر المحاكاة الفيزيائية . بشكل أساسي، يتم تشكيل نموذج ثلاثي الأبعاد من نقاط تسمى الرؤوس التي تحدد الشكل وتشكل مضلعات . المضلع هو منطقة مكونة من ثلاث رؤوس على الأقل (مثلث). المضلع المكون من n نقطة هو مضلع مكون من n. ^[8] تعتمد سلامة النموذج بشكل عام وملاءمته للاستخدام في الرسوم المتحركة على بنية المضلعات.

قبل تحويل الصورة إلى صورة، يجب وضع الكائنات في مشهد ثلاثي الأبعاد . وهذا يحدد العلاقات المكانية بين الكائنات، بما في ذلك الموقع والحجم . يشير مصطلح الرسوم المتحركة إلى الوصف الزمني للكائن (أي كيفية تحركه وتشوهه بمرور الوقت. تشمل الأساليب الشائعة الإطارات الرئيسية والحركية العكسية والتقاط الحركة ). غالبًا ما تُستخدم هذه التقنيات معًا. وكما هو الحال مع الرسوم المتحركة، تحدد المحاكاة الفيزيائية أيضًا الحركة.

المواد والقوام هي خصائص يستخدمها محرك العرض لتقديم النموذج. يمكن للمرء أن يعطي مواد النموذج لإخبار محرك العرض بكيفية التعامل مع الضوء عندما يضرب السطح. تُستخدم القوام لإعطاء اللون للمادة باستخدام خريطة اللون أو البياض، أو إعطاء ميزات السطح باستخدام خريطة النتوء أو الخريطة الطبيعية . يمكن أيضًا استخدامها لتشويه النموذج نفسه باستخدام خريطة الإزاحة .

يقوم العرض بتحويل النموذج إلى صورة إما عن طريق محاكاة نقل الضوء للحصول على صور واقعية، أو عن طريق تطبيق أسلوب فني كما هو الحال في العرض غير الواقعي . العمليتان الأساسيتان في العرض الواقعي هما النقل (كمية الضوء التي تنتقل من مكان إلى آخر) والتشتت (كيف تتفاعل الأسطح مع الضوء). يتم تنفيذ هذه الخطوة عادةً باستخدام برنامج رسومات كمبيوتر ثلاثي الأبعاد أو واجهة برمجة تطبيقات رسومات ثلاثية الأبعاد . يتضمن تعديل المشهد إلى شكل مناسب للعرض أيضًا إسقاطًا ثلاثي الأبعاد ، والذي يعرض صورة ثلاثية الأبعاد في بعدين. على الرغم من أن النمذجة ثلاثية الأبعاد وبرامج CAD قد تؤدي عرضًا ثلاثي الأبعاد أيضًا (على سبيل المثال، Autodesk 3ds Max أو Blender )، إلا أن هناك أيضًا برامج عرض ثلاثي الأبعاد حصرية (على سبيل المثال، محرك عرض Octane من OTOY ، وRedshift من Maxon)

• أمثلة على العرض ثلاثي الأبعاد
• 
  عرض ثلاثي الأبعاد باستخدام تتبع الأشعة والإخفاء المحيط باستخدام Blender وYafaRay
• 
  نموذج ثلاثي الأبعاد لسفينة حربية من فئة دنكرك تم عرضه باستخدام تظليل مسطح
• 
  أثناء خطوة العرض ثلاثي الأبعاد، يمكن تخصيص عدد الانعكاسات "أشعة الضوء" التي يمكن أن تتخذها، بالإضافة إلى العديد من السمات الأخرى، لتحقيق التأثير البصري المطلوب. تم العرض باستخدام الكوبالت .
• 
  رسم ثلاثي الأبعاد لشقة بنتهاوس

تنتج برامج الرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد صورًا تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر (CGI) من خلال النمذجة ثلاثية الأبعاد والعرض ثلاثي الأبعاد أو تنتج نماذج ثلاثية الأبعاد لأغراض تحليلية وعلمية وصناعية.

هناك العديد من أنواع الملفات التي تدعم الرسومات ثلاثية الأبعاد، على سبيل المثال، ملفات Wavefront .obj وملفات .x DirectX. يميل كل نوع من أنواع الملفات عمومًا إلى أن يكون له بنية بيانات فريدة خاصة به.

يمكن الوصول إلى كل تنسيق ملف من خلال التطبيقات الخاصة به، مثل ملفات DirectX و Quake . أو يمكن الوصول إلى الملفات من خلال برامج مستقلة تابعة لجهات خارجية، أو عبر فك التجميع اليدوي.

برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد هي فئة من برامج الرسوميات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد المستخدمة لإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد. تسمى البرامج الفردية لهذه الفئة تطبيقات النمذجة أو النماذج.

يبدأ النمذجة ثلاثية الأبعاد بوصف ثلاثة نماذج عرض: رسم النقاط، ورسم الخطوط، ورسم المثلثات والبقع المتعددة الأضلاع الأخرى. ^[9]

تسمح النماذج ثلاثية الأبعاد للمستخدمين بإنشاء وتعديل النماذج عبر الشبكة ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم . يمكن للمستخدمين إضافة وطرح وتمديد الشبكة وتغييرها حسب رغبتهم. يمكن عرض النماذج من مجموعة متنوعة من الزوايا، عادةً في وقت واحد. يمكن تدوير النماذج ويمكن تكبير العرض وتصغيره.

يمكن لمصممي النماذج ثلاثية الأبعاد تصدير نماذجهم إلى ملفات ، والتي يمكن استيرادها بعد ذلك إلى تطبيقات أخرى طالما كانت البيانات الوصفية متوافقة. تسمح العديد من مصممي النماذج باستيراد وتصدير النماذج ، حتى يتمكنوا من قراءة البيانات وكتابتها بالتنسيقات الأصلية للتطبيقات الأخرى.

تحتوي معظم برامج تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد على عدد من الميزات ذات الصلة، مثل متتبعات الأشعة وبدائل العرض الأخرى ومرافق رسم الملمس . كما تحتوي بعضها على ميزات تدعم أو تسمح بتحريك النماذج. وقد يكون بعضها قادرًا على إنشاء فيديو كامل الحركة لسلسلة من المشاهد المعروضة (أي الرسوم المتحركة ).

قد تستخدم برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر نفس تقنيات النمذجة ثلاثية الأبعاد الأساسية التي تستخدمها برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد ولكن هدفها يختلف. تُستخدم في الهندسة بمساعدة الكمبيوتر ، والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر ، وتحليل العناصر المحدودة ، وإدارة دورة حياة المنتج ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتصميم المعماري بمساعدة الكمبيوتر .

بعد إنتاج مقطع فيديو، تقوم الاستوديوهات بعد ذلك بتحرير الفيديو أو تركيبه باستخدام برامج مثل Adobe Premiere Pro أو Final Cut Pro في المستوى المتوسط، أو Autodesk Combustion و Digital Fusion و Shake في المستوى المتقدم. تُستخدم برامج Match moving عادةً لمطابقة الفيديو المباشر مع الفيديو الذي تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر، مما يحافظ على المزامنة بين الاثنين أثناء تحرك الكاميرا.

يُطلق على استخدام محركات الرسوميات الحاسوبية في الوقت الفعلي لإنشاء إنتاج سينمائي اسم machinima . ^[10]

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (September 2023) (Learn how and when to remove this message)

لا تعتمد كل رسومات الكمبيوتر التي تظهر ثلاثية الأبعاد على نموذج إطار سلكي . غالبًا ما يتم تحقيق رسومات الكمبيوتر ثنائية الأبعاد ذات التأثيرات الواقعية ثلاثية الأبعاد دون نمذجة إطار سلكي وأحيانًا لا يمكن تمييزها في الشكل النهائي. تتضمن بعض برامج الفنون الرسومية مرشحات يمكن تطبيقها على رسومات متجهية ثنائية الأبعاد أو رسومات نقطية ثنائية الأبعاد على طبقات شفافة. قد يقوم الفنانون المرئيون أيضًا بنسخ أو تصور التأثيرات ثلاثية الأبعاد وتقديم تأثيرات واقعية يدويًا دون استخدام المرشحات.

تستخدم بعض ألعاب الفيديو رسومات ثنائية الأبعاد ونصف ، تتضمن إسقاطات مقيدة لبيئات ثلاثية الأبعاد، مثل الرسومات المتساوية القياس أو الكاميرات الافتراضية ذات الزوايا الثابتة ، إما كطريقة لتحسين أداء محرك اللعبة أو لأسباب تتعلق بالأسلوب وطريقة اللعب. وعلى النقيض من ذلك، يُقال عن الألعاب التي تستخدم رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد دون مثل هذه القيود ^{[ بواسطة من؟ ]} أنها تستخدم رسومات ثلاثية الأبعاد حقيقية.

• وحدة معالجة الرسوميات (GPU)
• قائمة برامج الرسوميات ثلاثية الأبعاد
• اكتساب البيانات ثلاثية الأبعاد وإعادة بناء الكائنات
• عرض ثلاثي الأبعاد على مستويات ثنائية الأبعاد
• معالجة الهندسة
• الرسومات المتساوية القياس في ألعاب الفيديو وفن البكسل
• قائمة ألعاب الفيديو المجسمة
• الرسوم المتحركة الطبية
• مزرعة العرض

^[1]

• تاريخ نقدي للرسوم المتحركة والجرافيكس بالكمبيوتر ( نسخة من موقع Wayback Machine )
• كيف تعمل الأشياء - الرسومات ثلاثية الأبعاد
• سلسلة مقالات تاريخ الرسوميات الحاسوبية (نسخة من موقع Wayback Machine)
• كيف تعمل تقنية 3D - يشرح النمذجة ثلاثية الأبعاد للمخطوطة المضيئة