Компьютерные изображения - Computer-generated imagery

"Компьютерные изображения" перенаправляются сюда. Для использования в других целях см. CGI (значения).
Трехмерный (3D)
компьютерная графика
Activemarker2.PNG
Основы
Основное использование
похожие темы
Морфогенетический Творения компьютерный цифровое искусство выставка Энди Ломас в Центр искусств Watermans, Запад Лондон, в 2016 году.

Компьютерные изображения (CGI) является применением компьютерная графика создавать изображения в Изобразительное искусство, печатные СМИ, видеоигры, фильмы, телевизионные программы, шорты, реклама, видео и тренажеры. Изображения могут быть динамическими или статическими, а также могут быть двухмерными (2D), хотя термин «CGI» чаще всего используется для обозначения 3-D компьютерная графика используется для создания персонажей, сцен и спецэффектов в фильмах и на телевидении, что называется «CGI-анимация». Впервые он был использован в фильме 1988 года. Ива.[1]

Эволюция CGI привела к появлению виртуальная кинематография в 1990-е годы, когда видение смоделированный камера не ограничивается законами физики. Доступность программного обеспечения CGI и увеличенная скорость работы компьютеров позволили отдельным художникам и небольшим компаниям создавать фильмы, игры и произведения искусства профессионального уровня со своих домашних компьютеров.[нужна цитата ]

Период, термин виртуальный мир относится к агентным интерактивным средам, которые сейчас[когда? ] создан с помощью CGI.

Статические изображения и пейзажи

Смотрите также: Фрактальный пейзаж и Генератор декораций
Фрактальный пейзаж.

Мало того, что анимированные изображения являются частью компьютерных изображений, естественных ландшафтов (например, фрактальные пейзажи ) также генерируются через компьютер алгоритмы. Простой способ создания фрактальных поверхностей - использовать расширение треугольная сетка метод, основанный на построении некоторого частного случая кривая де Рама, например смещение средней точки.[2] Например, алгоритм может начинаться с большого треугольника, а затем рекурсивно увеличивать масштаб, разделив его на четыре меньших. Треугольники Серпинского, затем интерполируйте высоту каждой точки от ближайших соседей.[2] Создание Броуновская поверхность может быть достигнуто не только путем добавления шума при создании новых узлов, но и путем добавления дополнительного шума на нескольких уровнях сетки.[2] Таким образом топографический карта с различными уровнями высоты может быть создана с использованием относительно простых фрактальных алгоритмов. Некоторые типичные, простые в программировании фракталы, используемые в CGI, - это плазменный фрактал и более драматично разлом фрактал.[3]

Многие конкретные методы были исследованы и разработаны для создания высокофокусированных компьютерных эффектов - например, использование конкретных моделей для представления химического выветривания камней для моделирования эрозии и создания «состаренного вида» для данной поверхности на основе камня.[4]

Архитектурные сцены

Компьютерное изображение дома на закате, сделанное в Блендер.

Современные архитекторы пользуются услугами фирм компьютерной графики для создания трехмерных моделей как для заказчиков, так и для строителей. Эти компьютерные модели могут быть более точными, чем традиционные чертежи. Архитектурная анимация (который предоставляет анимированные фильмы о зданиях, а не интерактивные изображения) также можно использовать для просмотра возможных отношений, которые здание будет иметь по отношению к окружающей среде и окружающим зданиям. Рендеринг архитектурных пространств без использования бумаги и карандашей в настоящее время является широко распространенной практикой с рядом компьютерных систем архитектурного проектирования.[5]

Инструменты архитектурного моделирования позволяют архитектору визуализировать пространство и выполнять «обходы» в интерактивном режиме, обеспечивая тем самым «интерактивную среду» как на уровне города, так и на уровне зданий.[6] Конкретные приложения в архитектуре включают не только спецификацию строительных конструкций (таких как стены и окна) и проходов, но и влияние света и то, как солнечный свет повлияет на конкретный дизайн в разное время дня.[7]

Инструменты архитектурного моделирования в настоящее время становятся все более доступными в Интернете. Однако качество интернет-систем по-прежнему отстает от сложных внутренних систем моделирования.[8]

В некоторых приложениях компьютерные изображения используются для «обратного проектирования» исторических зданий. Например, компьютерная реконструкция монастыря в Георгенталь в Германии был получен из руин монастыря, но дает зрителю «вид и ощущение» того, как это здание выглядело бы в свое время.[9]

Анатомические модели

Смотрите также: Медицинская визуализация, Видимый человеческий проект, Google Body, и Живой человеческий проект
А КТ легочная ангиограмма изображение, созданное компьютером из коллекции рентгеновские лучи.

Компьютерные модели, используемые в скелетная анимация не всегда анатомически правильны. Однако такие организации, как Научно-вычислительный и визуальный институт разработали анатомически правильные компьютерные модели. Компьютерные анатомические модели могут использоваться как в учебных, так и в операционных целях. На сегодняшний день произведено большое количество художников. медицинские изображения продолжают использоваться студентами-медиками, например изображения Фрэнк Х. Неттер, например Сердечные изображения. Тем не менее, ряд анатомических моделей онлайн становится доступным.

Один пациент рентгеновский снимок не является компьютерным изображением, даже если оно оцифровано. Однако в приложениях, которые включают Компьютерная томография Трехмерная модель автоматически создается из множества односрезовых рентгеновских лучей, создавая "компьютерное изображение". Приложения с участием магнитно-резонансная томография также объединить несколько «снимков» (в данном случае с помощью магнитных импульсов), чтобы получить составное внутреннее изображение.

В современных медицинских приложениях модели, ориентированные на пациента, создаются в «компьютерной хирургии». Например, всего замена колена построение подробной модели для конкретного пациента может быть использовано для тщательного планирования операции.[10] Эти трехмерные модели обычно извлекаются из нескольких Компьютерная томография соответствующих частей собственной анатомии пациента. Такие модели также можно использовать для планирования аортальный клапан имплантации, одна из распространенных процедур лечения сердечное заболевание. Учитывая, что форма, диаметр и положение коронарный отверстия могут сильно отличаться от пациента к пациенту, удаление (от Компьютерная томография ) модели, которая очень похожа на анатомию клапана пациента, может оказаться очень полезным при планировании процедуры.[11]

Ткань и кожа изображения

Компьютерный мокрый мех.

Модели из ткани обычно делятся на три группы:

  • Геометрическо-механическая структура на пряжа пересечение
  • Механика сплошных эластичных листов
  • Геометрические макроскопические особенности ткани.[12]

На сегодняшний день заставить одежду цифрового персонажа автоматически складываться естественным образом остается сложной задачей для многих аниматоров.[13]

Помимо использования в кино, рекламе и других формах публичного показа, изображения одежды, сгенерированные компьютером, в настоящее время обычно используются ведущими дизайнерскими фирмами.[14]

Проблема в рендеринге человеческая кожа изображения подразумевают три уровня реализма:

  • Фотореализм в подобии реальной кожи на статическом уровне
  • Физический реализм в сходстве с его движениями
  • Функциональный реализм в напоминании своей реакции на действия.[15]

Лучшие видимые функции, такие как мелкие морщины и кожа поры размером около 100 мкм или 0,1 миллиметры. Кожу можно смоделировать как 7-размерный функция двунаправленной текстуры (BTF) или набор функция распределения двунаправленного рассеяния (BSDF) над поверхностями цели.

Интерактивное моделирование и визуализация

Основная статья: Интерактивная визуализация

Интерактивная визуализация - это визуализация данных, которые могут динамически изменяться и позволяют пользователю просматривать данные с разных точек зрения. Области применения могут значительно различаться, начиная от визуализации схем потока в динамика жидкостей к конкретным системы автоматизированного проектирования Приложения.[16] Отображаемые данные могут соответствовать определенным визуальным сценам, которые меняются по мере взаимодействия пользователя с системой - например, тренажеры, такие как авиасимуляторы, широко использовать методы компьютерной графики для представления мира.[17]

На абстрактном уровне процесс интерактивной визуализации включает в себя «конвейер данных», в котором необработанные данные обрабатываются и фильтруются в форму, которая делает их пригодными для визуализации. Это часто называют "данные визуализации". Затем данные визуализации преобразуются в «представление визуализации», которое может быть передано в систему визуализации. Обычно это называется "визуализируемое представление". Это представление затем отображается как отображаемое изображение.[17] Когда пользователь взаимодействует с системой (например, используя элементы управления джойстиком для изменения своего положения в виртуальном мире), необработанные данные передаются по конвейеру для создания нового визуализированного изображения, что часто делает эффективность вычислений в реальном времени ключевым моментом в таких приложениях. .[17][18]

Компьютерная анимация

Основная статья: Компьютерная анимация
Смотрите также: История компьютерной анимации
Машинима фильмы по своей природе являются CGI-фильмами

Хотя компьютерные изображения пейзажей могут быть статичными, компьютерная анимация применяется только к динамическим изображениям, напоминающим фильм. Однако в целом термин компьютерная анимация относится к динамическим изображениям, которые не допускают взаимодействия с пользователем, а термин виртуальный мир используется для интерактивных анимационных сред.

Компьютерная анимация, по сути, является цифровым преемником искусства остановить движение анимация 3D-моделей и покадровая анимация 2D-иллюстраций. Компьютерная анимация более управляема, чем другие более физически основанные процессы, такие как построение миниатюры для съемок спецэффектов или найма дополнительные услуги для массовых сцен и потому, что он позволяет создавать изображения, которые невозможно было бы реализовать с помощью других технологий. Это также позволяет одному художнику-графику создавать такой контент без использования актеров, дорогих декораций или реквизита.

Чтобы создать иллюзию движения, на экране отображается изображение. экран компьютера и многократно заменяется новым изображением, которое похоже на предыдущее, но немного улучшается во временной области (обычно со скоростью 24 или 30 кадров в секунду). Эта техника идентична тому, как достигается иллюзия движения с помощью телевидение и кинофильмы.

Виртуальные миры

Основная статья: Виртуальный мир
Желтый подводная лодка в Вторая жизнь.
Металлические шары.

Виртуальный мир - это смоделированная среда, который позволяет пользователю взаимодействовать с анимированными персонажами или взаимодействовать с другими пользователями с помощью анимированных персонажей, известных как аватары. Виртуальные миры предназначены для пользователи жить и взаимодействовать, и сегодня этот термин стал в значительной степени синонимом интерактивных трехмерных виртуальных сред, в которых пользователи принимают форму аватары видны другим графически.[19] Эти аватары обычно изображаются как текстовые, двухмерные или трехмерный графический представления, хотя возможны и другие формы[20] (слуховой[21] и сенсорные ощущения например). Некоторые, но не все, виртуальные миры позволяют использовать несколько пользователей.

В залах суда

Компьютерные изображения использовались в залах судебных заседаний, в основном с начала 2000-х годов. Однако некоторые эксперты утверждают, что это наносит ущерб. Они используются, чтобы помочь судьям или присяжным лучше визуализировать последовательность событий, доказательств или гипотез.[22] Однако исследование 1997 года показало, что люди плохо разбираются в интуиции физиков и легко поддаются влиянию компьютерных изображений.[23] Таким образом, важно, чтобы присяжные и другие лица, принимающие юридические решения, знали, что такие экспонаты представляют собой просто представление одной потенциальной последовательности событий.

Захвата движения

Основная статья: Захвата движения

Компьютерные изображения часто используются вместе с захвата движения чтобы лучше скрыть ошибки, связанные с CGI и анимацией. Практическое применение компьютерных изображений ограничено тем, насколько реалистично они могут выглядеть. Нереалистичные или плохо обработанные компьютерные изображения могут привести к Жуткая долина эффект.[24] Этот эффект относится к способности человека распознавать вещи, которые пугающе похожи на людей, но немного отличаются от них. Такая способность является недостатком обычных компьютерных изображений, которые из-за сложной анатомии человеческого тела часто не могут полностью воспроизвести их. Вот где в игру вступает захват движения. Художники могут использовать установку для захвата движения, чтобы снять кадры, на которых человек выполняет действие, а затем идеально воспроизвести это с помощью компьютерных изображений, чтобы они выглядели нормально.

Отсутствие анатомически правильных цифровых моделей способствует необходимости захвата движения, поскольку он используется с изображениями, созданными на компьютере. Поскольку компьютерные изображения отражают только внешнюю часть или кожу визуализируемого объекта, они не могут уловить бесконечно малые взаимодействия между взаимосвязанными группами мышц, которые используются для управления мелкой моторикой, например, при разговоре. Постоянное движение лица, когда оно издает звуки с помощью сформированных губ и движений языка, а также выражения лица, сопровождающие речь, трудно воспроизвести вручную.[25] Захват движения может уловить основное движение лицевых мышц и лучше воспроизвести визуальное сопровождение звука, как у Таноса Джоша Бролина.

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Хирн, Маркус (2005). Кино Джорджа Лукаса. Нью-Йорк: Harry N. Abrams, Inc., стр. 156. ISBN  0-8109-4968-7.
  2. ^ а б c Peitgen 2004 С. 462–466.
  3. ^ Жемчужины игрового программирования 2 Марк А. ДеЛора 2001 ISBN  1-58450-054-9 стр. 240 [1]
  4. ^ Цифровое моделирование внешнего вида материала к Джули Дорси, Холли Рашмайер, Франсуа X. Силлион 2007 ISBN  0-12-221181-2 стр. 217
  5. ^ Зондерманн 2008 С. 8–15.
  6. ^ Интерактивные среды с открытым исходным кодом: пошаговые руководства в 3D Вольфганг Хёль, Вольфганг Хёль 2008 ISBN  3-211-79169-8 страницы 24-29
  7. ^ Достижения в области компьютерных и информационных наук и инженерии Автор Тарек Собх 2008 ISBN  1-4020-8740-3 страницы 136-139
  8. ^ Энциклопедия мультимедийных технологий и сетей, том 1 Маргарита Пагани, 2005 г. ISBN  1-59140-561-0 стр. 1027
  9. ^ Interac Storytelling: первая совместная международная конференция Ульрике Спирлинг, Николас Силас 2008 ISBN  3-540-89424-1 страницы 114-118
  10. ^ Тотальное артропластика коленного сустава Авторы: Йохан Беллеманс, Майкл Д. Рис, Ян М.К. Виктор 2005 ISBN  3-540-20242-0 страницы 241-245
  11. ^ I. Waechter et al. Модели для пациентов для минимально инвазивной имплантации аортального клапана в Вычисление медицинских изображений и компьютерное вмешательство - MICCAI 2010 отредактировал Тяньцзи Цзян, 2010 г. ISBN  3-642-15704-1 страницы 526-560
  12. ^ Моделирование ткани и анимация Дональд Хаус, Дэвид Э. Брин 2000 ISBN  1-56881-090-3 стр.20
  13. ^ Кино и фотография Ян Грэм, 2003 г. ISBN  0-237-52626-3 стр.21
  14. ^ Дизайн одежды: культура и организация модной индустрии Вероника Манлоу, 2007 г. ISBN  0-7658-0398-4 стр. 213
  15. ^ Справочник виртуальных людей Надя Магненат-Тальманн и Даниэль Тельманн, 2004 г. ISBN  0-470-02316-3 страницы 353-370
  16. ^ Математическая оптимизация в компьютерной графике и зрении Луис Велью, Пауло Сезар Пинто Карвалью 2008 ISBN  0-12-715951-7 стр. 177
  17. ^ а б c Методы интерактивной визуализации на базе графического процессора Автор: Даниэль Вайскопф, 2006 г. ISBN  3-540-33262-6 страницы 1-8
  18. ^ Тенденции в интерактивной визуализации Елена ван Зудилова-Сейнстра, Тони Адриансен, Роберт Лир 2008 ISBN  1-84800-268-8 страницы 1-7
  19. ^ Кук, A.D. (2009). Пример проявления и значения социального присутствия в многопользовательской виртуальной среде. Докторская диссертация. Имеется в наличии онлайн
  20. ^ Биокка и Леви 1995 С. 40–44.
  21. ^ Бего 1994, п. 212.
  22. ^ Компьютерные изображения влияют на результаты испытаний Разговор, 31 октября 2013 г.
  23. ^ Кассин, С. М. (1997). «Компьютерная анимация и жюри: благоприятствующие и вредные эффекты». Закон и человеческое поведение. 40 (3): 269–281. Дои:10.1023 / а: 1024838715221. [2]
  24. ^ Паломяки, Юсси; Куннари, Антон; Дрозину, Марианна; Коверола, Мика; Лехтонен, Нура; Халонен, Юхо; Репо, Марко; Лаакасуо, Майкл (01.11.2018). «Оценка воспроизводимости эффекта сверхъестественной долины». Гелион. 4 (11): e00939. Дои:10.1016 / j.heliyon.2018.e00939. ISSN  2405-8440. PMID  30519654.
  25. ^ Пелаше, Екатерина; Стидман, Марк; Бадлер, Норман (1991-06-01). «Лингвистические проблемы в лицевой анимации». Центр моделирования и симуляции человека.

Источники

  • Бего, Дюран Р. (1994). 3-D звук для виртуальной реальности и мультимедиа. AP Professional. ISBN  978-0-1208-4735-8.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Биокка, Франк; Леви, Марк Р. (1995). Коммуникация в эпоху виртуальной реальности. Лоуренс Эрлбаум Ассошиэйтс. ISBN  978-0-8058-1549-8.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Пайтген, Хайнц-Отто; Юргенс, Хартмут; Saupe, Дитмар (2004). Хаос и фракталы: новые рубежи науки. Springer Science & Business Media. ISBN  978-0-387-20229-7.
  • Зондерманн, Хорст (2008). Light Shadow Space: архитектурный рендеринг в Cinema 4D. Вена: Springer. ISBN  978-3-211-48761-7.CS1 maint: ref = harv (связь)

внешняя ссылка

Библиотечные ресурсы о
Компьютерные изображения