frame）的技術，它使得場景內(nèi)復雜的運動的創(chuàng)建變得簡單。 derman。 derMan
正文
簡單三維繪制。
三維計算機圖形（3D computer graphics）是計算機和特殊三維軟件幫助下創(chuàng)造的藝術作品。一般來講，該術語可指代創(chuàng)造這些圖形的過程，或者三維計算機圖形技術的研究領域，及其相關技術。
三維計算機圖形和二維計算機圖形的不同之處在于計算機內(nèi)存儲了幾何數(shù)據(jù)的三維表示，用于計算和繪制最終的二維圖像。
一般來講，為三維計算機圖形準備幾何數(shù)據(jù)的三維建模的藝術和雕塑及照相類似，而二維計算機圖形的藝術和繪畫相似。但是，三維計算機圖形依賴于很多二維計算機圖形的相同算法。
計算機圖形軟件中，該區(qū)別有時很模糊；有些二維應用程序使用三維技術來達到特定效果，譬如燈光，而有些主要用于三維的應用程序采用二維的視覺技術。二維圖形可以看作三維圖形的子集。
技術
OpenGL和Direct3D是兩個用于產(chǎn)生實時圖象的流行的API。（實時表示圖象的產(chǎn)生在‘真實的時間’中，或者說‘隨時’）。很多現(xiàn)代顯卡提供了基于這些API的一定程度的硬件加速，經(jīng)常使得復雜的三維圖象實時產(chǎn)生。但是，真正產(chǎn)生三維景象并不一定要使用其中的任何一個。
三維計算機圖形的創(chuàng)建
創(chuàng)建三維計算機圖形的過程可以順序分為三個基本階段:
建模
場景布局
繪制
建模
建模階段可以描述為確定后面場景所要使用的對象的形狀的過程。有很多建模技術，他們包括（但不僅僅是）:
構造實體幾何
NURBS建模
多邊形建模
子分曲面
隱函數(shù)曲面
建模過程可能也包括編輯物體表面或材料性質(zhì)（例如，顏色，熒光度，漫射和鏡面反射分量—經(jīng)常被叫做粗糙度和光潔度，反射特性，透明度或不透明度，或者折射指數(shù)），增加紋理，凹凸映射和其它特征。
建模可能也包括各種和準備動畫的三維模型相關的各種活動（雖然在復雜的任務建模中，這將自己成為一個階段，稱為索具（rigging））。對象可能用一個骨架撐起來，一個物體的中央框架，它可以影響一個對象的形狀或運動。這個對動畫構造過程很有幫助，骨架的運動自動決定模型相關部分。參看正運動動畫和逆運動動畫。在索具階段，模型也可以給定特定的控制，使得運動的控制更為簡便和直觀，例如用于聲音嘴唇同步的面部表情控制和嘴形（音素）。
建模可以用以此為目的設計的程序（例如，Lightwave建模軟件，Rhinoceros 3D， Moray），應用的模塊（Shaper，3D Studio Max的LOFTER）或者某些場景描述語言（例如POV-Ray）。在有些情況，這些階段之間沒有嚴格的區(qū)別；在這些情況下，建模只是場景創(chuàng)建過程的一部分（例如Caligari trueSpace就屬于這種情況）。
場景布局設置
場景設置涉及安排一個場景內(nèi)的虛擬物體，燈光，攝像機和其他實體，它將被用于制作一幅靜態(tài)畫面或一段動畫。如果用于動畫，該階段通常采用叫做“關鍵幀”（key frame）的技術，它使得場景內(nèi)復雜的運動的創(chuàng)建變得簡單。使用關鍵幀的幫助，而不是必須對于動畫中的每一幀設定對象的位置，方向或比例，只需設立一些關鍵的幀，它們之間的狀態(tài)可以用插值得到。
照明是場景布置中一個重要的方面。就象在實際場景布置的時候一樣，光照是最終作品的審美和視覺質(zhì)量的關鍵因素之一。因而，它是一項很難掌握的藝術。光照因素可以對一個場景的氛圍和情緒反映作出重大貢獻，這是為攝影師和舞臺照明師所熟悉的事實。
三角剖分和網(wǎng)格
把物體的表示（例如球面的中點坐標和它的表面上的一個點所表示的球面），轉換到一個（球面的）多邊形表示的過程，稱為剖分（tesselation）。該步驟用于基于多邊形的繪制，其中對象從象球面，圓錐面等等這樣的抽象的表示（"體素"），分解成為所謂"網(wǎng)格"，它是互相連接的三角形的網(wǎng)絡。
三角網(wǎng)格（而不是正方形等形狀）比較流行，因為它們易于采用掃描線繪制進行繪制。
多邊形表示不是所有繪制技術都必須的，而在這些情況下，從抽象表示到繪制出的場景的轉換不包括剖分步驟。
繪制
渲染是從準備的場景創(chuàng)建實際的二維景象或動畫的最后階段。這可以和現(xiàn)實世界中在布景完成后的照相或攝制場景的過程相比。
用于諸如游戲或模擬程序這樣的交互式媒體的繪制需要實時計算和顯示，速度約為20到120幀每秒。非交互式媒體（譬如錄象或電影），繪制的慢得多。非實時繪制使得有限的計算能力得以放大以獲得高質(zhì)量的畫面。復雜場景的單幀的繪制速度可能從幾秒到一個小時或者更多。繪制完成的幀存貯在硬盤，然后可能轉錄到其它媒介，例如電影膠卷或者光盤。然后這些幀以高幀率播放，通常為24，25，或30幀每秒，以達成運動的假象。
最后的作品經(jīng)常會需要達到真實感圖形質(zhì)量，要達到這個目的，很多不同和專門的繪制技術被發(fā)展出來。這些技術的范圍包括相當非真實感的線框模型繪制技術，到基于多邊形的繪制，到更高級的技術，例如:掃描線渲染、光線跟蹤或者輻射著色。
繪制軟件可以模擬例如鏡頭光暈、景深或者運動模糊這樣的視覺效果。這些技術試圖模擬鏡頭和人眼的光學特性所造成的視覺現(xiàn)象。這些技術可以增加場景的真實程度，雖然該效果可能只是鏡頭的人造模擬現(xiàn)象。
為模擬其他自然發(fā)生的效應的各種技術被發(fā)展出來，例如光和不同形式的物質(zhì)的相互作用。這些技術的例子包括粒子系統(tǒng)（它可以模擬雨，煙，或者火），體采樣（用于模擬霧，塵或者其它空間大氣效果），焦散效果（用于模擬光被不均勻折射性質(zhì)的表面所聚焦的現(xiàn)象，例如游泳池底部的光的漣漪），還有次表面散射（SubSurface Scattering）（用于模擬光在人的皮膚這樣的實體對象內(nèi)部反射的現(xiàn)象）。
繪制過程計算上很昂貴，特別是所模擬的物理過程復雜且多樣時。計算機的處理能力逐年上升，使得真實感繪制的質(zhì)量漸進的提高。生產(chǎn)計算機動畫的電影工作室可能用渲染農(nóng)場（render farm）來進行及時的繪制。但是，硬件費用的下降使得在家庭計算機系統(tǒng)上產(chǎn)生少量的三維動畫完全成為可能。
繪制器經(jīng)常包含在三維軟件包中，但是有一些繪制系統(tǒng)作為流行三維應用程序的插件使用。這些繪制系統(tǒng)包括Final-Render， Brazil r/s， V-Ray， Mental Ray， POV-Ray，和Pixar Renderman。
這些繪制程序的輸出經(jīng)常用于最終電影場景的一小部分。很多材料的層次可以分別繪制，然后采用合成軟件集成到最終的畫面中。
反射和明暗模型
現(xiàn)代三維計算機圖形嚴重的依賴于一個簡化的反射模型稱為Phong反射模型，它和Phong明暗圖是完全不同的主題，不能混淆二者。
在光的折射中，有一個重要的概念稱為折射率。在多數(shù)三維編程實現(xiàn)中，該值“index of refraction”（折射率）通常簡寫為“IOR”。
三維計算機圖形中流行的反射繪制技術包括：
平直著色（Flat shading）:使用多邊形的法向量和位置以及光源的位置和強度對于物體的每一個多邊形給出一個明暗值的技術。
Gouraud著色: H。 Gouraud于1971年發(fā)明，一個快速的基于頂點和光源的關系的著色技術，用于模擬光滑著色的曲面。
紋理映射:通過把圖像（紋理）映射到多邊形上來模擬曲面的大量細節(jié)的技術。
Phong著色：由Bui Tuong Phong發(fā)明，用于模擬光滑著色曲面的鏡面反射高光效果
凸凹紋理映射: 由Jim Blinn發(fā)明，用法向擾動技術模擬帶褶皺的曲面。
Cel著色: 用于模擬手繪動畫的觀感的一種技術。
三維圖形應用程序接口（API）
三維圖形已經(jīng)非常流行，特別是在電子游戲中，這使得專門化的應用程序接口（API）被創(chuàng)建出來用于簡化計算機圖形產(chǎn)生的各個階段的處理。這些Vulkan對于計算機圖形硬件廠商也是極為重要的，因為他們提供給程序員一種使用硬件的抽象方式，而依然能夠利用這個那個顯卡的特定硬件的長處。
這些三維計算機圖形的API頗為流行：
OpenGL和OpenGL著色語言
OpenGL ES嵌入式設備的三維API
RenderMan
RenderWare
也有一些高層的三維場景圖API，他們提供在底層繪制API之上的附加功能。處于活躍的發(fā)展中的這類程序庫包括：
QSDK
Quesa
Java 3D
JSR 184 （m3g）
英偉達 Scene Graph
OpenSceneGraph
OpenSG
Irrlicht
參看
三維投影
環(huán)境遮擋（ambient occlusion）
Irrlicht三維引擎
VRML
參考資料 >