الرسومات الحاسوبية (علوم الحاسوب)

يدرس فرع الهندسة تمثيل الأجسام ثلاثية الأبعاد في بيئة رقمية منفصلة. ولأن مظهر الجسم يعتمد بشكل كبير على سطحه الخارجي، فإن تمثيلات الحدود هي الأكثر شيوعًا. تُعد الأسطح ثنائية الأبعاد تمثيلًا جيدًا لمعظم الأجسام، على الرغم من أنها قد تكون غير متعددة الشعب . ولأن الأسطح غير محدودة، تُستخدم تقريبات رقمية منفصلة. تُعد الشبكات المضلعة (وإلى حد أقل أسطح التقسيم الفرعي ) التمثيل الأكثر شيوعًا، على الرغم من أن التمثيلات القائمة على النقاط أصبحت أكثر شيوعًا مؤخرًا (انظر على سبيل المثال ندوة الرسومات القائمة على النقاط). ^{[ 10 ]} هذه التمثيلات لاغرانجية، مما يعني أن المواقع المكانية للعينات مستقلة. في الآونة الأخيرة، تم تطوير أوصاف أسطح أويلر (أي حيث تكون العينات المكانية ثابتة) مثل مجموعات المستوى إلى تمثيل مفيد للأسطح المتغيرة التي تخضع للعديد من التغيرات الطوبولوجية (وتُعد السوائل أبرز مثال على ذلك). ^{[ 11 ]}

تشمل المجالات الفرعية للهندسة ما يلي:

• نمذجة الأسطح الضمنية - مجال فرعي أقدم يدرس استخدام الأسطح الجبرية، والهندسة الصلبة البنائية ، وما إلى ذلك، لتمثيل الأسطح.
• تندرج معالجة الهندسة الرقمية - بما في ذلك إعادة بناء السطح ، والتبسيط، والتسوية، وإصلاح الشبكة، وتحديد المعلمات ، وإعادة تشكيل الشبكة، وتوليد الشبكة ، وضغط السطح، وتحرير السطح - تحت هذا العنوان. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}
• الهندسة التفاضلية المنفصلة – مجال ناشئ يحدد الكميات الهندسية للأسطح المنفصلة المستخدمة في رسومات الحاسوب. ^{[ 15 ]}
• الرسومات القائمة على النقاط - مجال حديث يركز على النقاط باعتبارها التمثيل الأساسي للأسطح.
• أسطح التقسيم الفرعي
• معالجة الشبكات خارج الذاكرة الرئيسية - مجال حديث آخر يركز على مجموعات بيانات الشبكات التي لا تتناسب مع الذاكرة الرئيسية.

يدرس فرع الرسوم المتحركة وصف الأسطح (وغيرها من الظواهر) التي تتحرك أو تتشوه بمرور الوقت. تاريخياً، ركزت معظم الأعمال في هذا المجال على النماذج البارامترية والقائمة على البيانات، ولكن في الآونة الأخيرة، أصبحت المحاكاة الفيزيائية أكثر شيوعاً مع ازدياد قوة الحوسبة لدى الحواسيب.

تشمل المجالات الفرعية للرسوم المتحركة ما يلي:

• التقاط الأداء
• تحريك الشخصيات
• المحاكاة الفيزيائية (مثل نمذجة الأقمشة ، وتحريك ديناميكيات السوائل ، وما إلى ذلك).

تُنتج عملية العرض صورًا من نموذج ثلاثي الأبعاد. وقد تُحاكي هذه العملية انتقال الضوء لإنشاء صور واقعية، أو قد تُنتج صورًا ذات طابع فني مميز في العرض غير الواقعي . وتتمثل العمليتان الأساسيتان في العرض الواقعي في انتقال الضوء (كمية الضوء التي تنتقل من مكان إلى آخر) وتشتته (كيفية تفاعل الأسطح مع الضوء).

تشمل الحقول الفرعية للعرض ما يلي:

• يُشير مصطلح النقل إلى كيفية انتقال الإضاءة في المشهد من مكان إلى آخر. وتُعدّ الرؤية عنصراً أساسياً في نقل الضوء.
• التشتت: تُستخدم نماذج التشتت (كيفية تفاعل الضوء مع السطح عند نقطة معينة ) والتظليل (كيفية اختلاف خصائص المادة عبر السطح) لوصف مظهر السطح. في مجال الرسومات، تُدرس هذه المشكلات غالبًا في سياق العرض، نظرًا لتأثيرها الكبير على تصميم خوارزميات العرض . عادةً ما تُوصف التشتت باستخدام دالة توزيع التشتت ثنائية الاتجاه (BSDF). تتناول هذه الدالة كيفية توزيع أنواع التشتت المختلفة على السطح (أي، أي دالة تشتت تنطبق على أي منطقة). تُعبّر هذه الأوصاف عادةً باستخدام برنامج يُسمى " المظلل" . (يحدث بعض الالتباس لأن كلمة "المظلل" تُستخدم أحيانًا للإشارة إلى البرامج التي تصف التغيرات الهندسية المحلية ).
• عرض غير واقعي
• العرض القائم على الفيزياء – يهتم بإنشاء الصور وفقًا لقوانين البصريات الهندسية
• العرض في الوقت الحقيقي - يركز على العرض للتطبيقات التفاعلية، ويستخدم عادةً أجهزة متخصصة مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs).
• إعادة الإضاءة – مجال حديث يهتم بإعادة عرض المشاهد بسرعة

تشمل المختبرات الصناعية التي تجري أبحاثًا في مجال الرسومات "النظرية" ما يلي:

• مختبرات أدوبي للتكنولوجيا المتقدمة
• ميرل
• مايكروسوفت للأبحاث – الرسومات
• أبحاث إنفيديا

تشمل استوديوهات الأفلام الكبرى المعروفة بأبحاثها في مجال الرسومات ما يلي:

• ILM
• بي دي آي/دريم ووركس أنيميشن
• بيكسار