Počítačem generované snímky - Computer-generated imagery

„Počítačové snímky“ se přeadresuje tady. Pro další použití viz CGI (disambiguation).
Trojrozměrný (3D)
počítačová grafika
Activemarker2.PNG
Základy
Primární použití
související témata
Morfogenetický Výtvory generováno počítačem digitální umění výstava Andy Lomas na Watermans Arts Center, západ Londýn v roce 2016.

Počítačem generované snímky (CGI) je aplikace počítačová grafika vytvářet nebo přispívat k obrázkům v umění, tištěná média, videohry filmy, televizní programy, šortky, reklamy, videa a simulátory. Obrázky mohou být dynamické nebo statické a mohou být dvourozměrné (2D), ačkoli termín „CGI“ se nejčastěji používá k označení 3D počítačová grafika používá se k vytváření postav, scén a speciálních efektů ve filmech a televizi, což je popsáno jako „CGI animace“. Poprvé byl použit ve filmu z roku 1988 Vrba.[1]

Vývoj CGI vedl ke vzniku virtuální kinematografie v 90. letech, kdy byla vize EU simulované Fotoaparát není omezen zákony fyziky. Dostupnost softwaru CGI a vyšší rychlost počítačů umožnily jednotlivým umělcům a malým společnostem vyrábět profesionální filmy, hry a výtvarné umění ze svých domácích počítačů.[Citace je zapotřebí ]

Termín virtuální svět odkazuje na interaktivní prostředí založená na agentech, která nyní existují[když? ] vytvořeno pomocí CGI.

Statické obrazy a krajiny

Viz také: Fraktální krajina a Generátor scenérie
Fraktální krajina.

Nejen, že animované obrázky tvoří součást počítačově generovaných snímků, přirozeně vypadajících krajin (např fraktální krajiny ) jsou také generovány prostřednictvím počítače algoritmy. Jednoduchým způsobem, jak generovat fraktální povrchy, je použití rozšíření trojúhelníková síť metoda, opírající se o konstrukci nějakého zvláštního případu a de Rhamova křivka, např. posunutí středu.[2] Algoritmus může například začínat velkým trojúhelníkem, poté se rekurzivně přiblížit rozdělením na čtyři menší Sierpinski trojúhelníky, poté interpolujte výšku každého bodu od jeho nejbližších sousedů.[2] Vytvoření a Brownův povrch může být dosaženo nejen přidáním šumu při vytváření nových uzlů, ale přidáním dalšího šumu na více úrovních sítě.[2] Tak a topografické mapu s různými úrovněmi výšky lze vytvořit pomocí relativně přímých fraktálních algoritmů. Některé typické, snadno programovatelné fraktály používané v CGI jsou plazmatický fraktál a dramatičtější zlomený fraktál.[3]

Bylo prozkoumáno a vyvinuto mnoho specifických technik, které produkují vysoce zaměřené počítačem generované efekty - např. Použití konkrétních modelů k reprezentaci chemického zvětrávání kamenů k modelování eroze a vytvoření „starého vzhledu“ pro daný povrch na bázi kamene.[4]

Architektonické scény

Počítačem generovaný snímek představující dům při západu slunce, vyrobený v Mixér.

Moderní architekti používají služby od počítačových grafických firem k vytváření trojrozměrných modelů pro zákazníky i stavitele. Tyto počítačem generované modely mohou být přesnější než tradiční kresby. Architektonická animace (který poskytuje spíše animované filmy z budov než interaktivní obrázky) lze také použít k zobrazení možného vztahu, který bude mít budova ve vztahu k prostředí a okolním budovám. Vykreslování architektonických prostor bez použití papírových a tužkových nástrojů je nyní široce přijímanou praxí u řady počítačově podporovaných architektonických návrhových systémů.[5]

Nástroje pro architektonické modelování umožňují architektovi vizualizovat prostor a provádět „procházky“ interaktivním způsobem, čímž poskytují „interaktivní prostředí“ jak na městské, tak na stavební úrovni.[6] Specifické aplikace v architektuře zahrnují nejen specifikaci stavebních konstrukcí (jako jsou stěny a okna) a průchodů, ale také účinky světla a to, jak sluneční světlo ovlivní konkrétní design v různých dobách dne.[7]

Nástroje pro architektonické modelování jsou nyní stále více založené na internetu. Kvalita internetových systémů však stále zaostává za kvalitou sofistikovaných systémů interního modelování.[8]

V některých aplikacích se počítačově generované obrazy používají k „zpětnému inženýrství“ historických budov. Například počítačově generovaná rekonstrukce kláštera v Georgenthal v Německu byl odvozen ze zříceniny kláštera, přesto poskytuje divákovi „vzhled a dojem“ toho, jak by budova vypadala ve své době.[9]

Anatomické modely

Viz také: Lékařské zobrazování, Viditelný lidský projekt, Tělo Google, a Živý lidský projekt
A CT plicní angiogram obrázek generovaný počítačem ze sbírky rentgenové záření.

Počítačem generované modely používané v kosterní animace nejsou vždy anatomicky správné. Organizace, jako je Vědecký výpočetní a zobrazovací institut vyvinuli anatomicky správné počítačové modely. Počítačem generované anatomické modely lze použít jak pro výukové, tak pro provozní účely. K dnešnímu dni produkovala velká skupina umělců lékařské snímky budou i nadále používat studenti medicíny, například obrázky od Frank H. Netter, např. Srdeční obrazy. K dispozici je však řada anatomických modelů online.

Jediný pacient rentgen není počítačem generovaný obraz, i když je digitalizován. V aplikacích, které zahrnují CT trojrozměrný model se automaticky vyrábí z mnoha rentgenových paprsků s jedním řezem a vytváří „počítačově generovaný obraz“. Aplikace zahrnující magnetická rezonance také shromáždit řadu „snímků“ (v tomto případě pomocí magnetických pulzů) a vytvořit tak kompozitní vnitřní obraz.

V moderních lékařských aplikacích jsou modely specifické pro pacienta konstruovány jako „počítačově asistovaná chirurgie“. Například celkem náhrada kolena lze k pečlivému naplánování operace použít konstrukci podrobného modelu specifického pro pacienta.[10] Tyto trojrozměrné modely jsou obvykle extrahovány z více CT příslušných částí vlastní anatomie pacienta. Takové modely lze také použít pro plánování aortální chlopně implantace, jeden z běžných postupů léčby srdeční choroba. Vzhledem k tomu, že tvar, průměr a poloha koronární otvory se mohou velmi lišit od pacienta k pacientovi, extrakce (od CT ) modelu, který se velmi podobá anatomii chlopně pacienta, může být při plánování postupu velmi prospěšný.[11]

Obrazy látky a kůže

Počítačem generovaná mokrá srst.

Modely látky obecně spadají do tří skupin:

  • Geometricko-mechanická struktura v příze přechod
  • Mechanika spojitých pružných plechů
  • Geometrické makroskopické rysy látky.[12]

Dosavadní automatická skládání oblečení digitální postavy přirozeným způsobem zůstává výzvou pro mnoho animátorů.[13]

Kromě jejich použití ve filmu, reklamě a jiných způsobech veřejného zobrazování jsou nyní počítačem generované obrazy oděvů běžně používány špičkovými firmami v oblasti módního designu.[14]

Výzva při vykreslování lidská kůže obrázky zahrnují tři úrovně realismu:

  • Foto realismus připomínající skutečnou kůži na statické úrovni
  • Fyzický realismus připomínající jeho pohyby
  • Realismus funkce připomínající svou reakci na činy.[15]

Nejjemnější viditelné prvky, například jemné vrásky a kůže póry jsou velikosti asi 100 µm nebo 0,1 milimetry. Kůže může být modelována jako 7-dimenzionální funkce obousměrné textury (BTF) nebo sbírka funkce distribuce obousměrného rozptylu (BSDF) přes povrchy cíle.

Interaktivní simulace a vizualizace

Hlavní článek: Interaktivní vizualizace

Interaktivní vizualizace je vykreslování dat, která se mohou dynamicky měnit a umožňují uživateli prohlížet data z různých perspektiv. Oblasti aplikace se mohou výrazně lišit, od vizualizace vzorů toku v dynamika tekutin na konkrétní počítačem podporovaný design aplikace.[16] Vykreslená data mohou odpovídat konkrétním vizuálním scénám, které se mění při interakci uživatele se systémem - např. simulátory, jako např letové simulátory, ve velké míře využívají techniky CGI pro reprezentaci světa.[17]

Na abstraktní úrovni zahrnuje interaktivní proces vizualizace „datový kanál“, ve kterém jsou nezpracovaná data spravována a filtrována do formy, která je vhodná pro vykreslování. Toto se často nazývá „vizualizační data“. Data vizualizace se poté mapují na „vizualizační reprezentaci“, kterou lze přenést do vykreslovacího systému. Obvykle se tomu říká a "vykreslitelná reprezentace". Tato reprezentace se poté vykreslí jako zobrazitelný obrázek.[17] Když uživatel interaguje se systémem (např. Pomocí ovládacích prvků joysticku ke změně své polohy ve virtuálním světě), jsou surová data vedena potrubím a vytváří nový vykreslený obraz, což často u takových aplikací činí klíčovým faktorem výpočetní účinnost v reálném čase. .[17][18]

Počítačová animace

Hlavní článek: Počítačová animace
Viz také: Historie počítačové animace
Machinima filmy jsou ze své podstaty filmy CGI

Zatímco snímky krajiny vytvořené počítačem mohou být statické, počítačová animace platí pouze pro dynamické obrázky, které připomínají film. Obecně se však pojem počítačová animace týká dynamických obrázků, které neumožňují interakci uživatele, a výrazu virtuální svět se používá pro interaktivní animovaná prostředí.

Počítačová animace je v podstatě digitálním nástupcem umění zastavení pohybu animace 3D modelů a animace 2D po jednotlivých snímcích. Počítačem generované animace jsou ovladatelnější než jiné fyzicky založené procesy, jako je konstrukce miniatury pro efekty nebo najímání doplňky pro davové scény a protože umožňuje vytváření obrazů, které by pomocí jiné technologie nebyly proveditelné. Může také umožnit jedinému grafikovi vytvořit takový obsah bez použití herců, nákladných scén nebo rekvizit.

Aby se vytvořila iluze pohybu, na obrazovce se zobrazí obrázek obrazovka počítače a opakovaně nahrazen novým obrázkem, který je podobný předchozímu obrázku, ale v časové doméně mírně pokročil (obvykle rychlostí 24 nebo 30 snímků za sekundu). Tato technika je identická s tím, jak se dosahuje iluze pohybu televize a filmy.

Virtuální světy

Hlavní článek: Virtuální svět
Žlutá ponorka v Druhý život.
Kovové kuličky.

Virtuální svět je simulované prostředí, který umožňuje uživateli komunikovat s animovanými postavami nebo komunikovat s ostatními uživateli pomocí animovaných postav známých jako avatary. Virtuální světy jsou pro ni určeny uživatelů obývat a komunikovat a tento pojem se dnes stal do značné míry synonymem pro interaktivní 3D virtuální prostředí, kde mají uživatelé podobu avatary graficky viditelné pro ostatní.[19] Tyto avatary jsou obvykle zobrazovány jako textové, dvourozměrné nebo trojrozměrný grafický reprezentace, i když jsou možné i jiné formy[20] (sluchový[21] a dotykové pocity). Některé, ale ne všechny, virtuální světy umožňují více uživatelů.

V soudních síních

Počítačem generované snímky se v soudních síních používají především od počátku 21. století. Někteří odborníci však tvrdili, že je to škodlivé. Používají se k tomu, aby pomohly soudcům nebo porotě lépe vizualizovat sled událostí, důkazů nebo hypotéz.[22] Studie z roku 1997 však ukázala, že lidé jsou chudí intuitivní fyzici a lze je snadno ovlivnit počítačem generovanými obrazy.[23] Je proto důležité, aby porotci a další zákonní činitelé byli informováni, že takové exponáty jsou pouze reprezentací jednoho potenciálního sledu událostí.

Zachycení pohybu

Hlavní článek: Zachycení pohybu

Počítačem generované snímky se často používají ve spojení s zachycení pohybu abychom lépe pokryli chyby, které přicházejí s CGI a animací. Počítačem generované snímky jsou v praktické aplikaci omezeny tím, jak realisticky mohou vypadat. Nereálné nebo špatně spravované počítačem generované snímky mohou mít za následek Záhadné údolí účinek.[24] Tento efekt odkazuje na lidskou schopnost rozpoznat věci, které vypadají strašidelně jako lidé, ale jsou trochu mimo. Taková schopnost je chybou běžných počítačem generovaných snímků, které kvůli složité anatomii lidského těla často nedokážou dokonale replikovat. Tady vstupuje do hry snímání pohybu. Umělci mohou pomocí zařízení pro snímání pohybu získat záběry člověka, který provádí akci, a poté jej dokonale replikovat pomocí počítačově generovaných snímků tak, aby vypadaly normálně.

Nedostatek anatomicky správných digitálních modelů přispívá k nutnosti snímání pohybu, protože se používá u počítačově generovaných snímků. Protože počítačově generované snímky odrážejí pouze vnějšek nebo povrch vykresleného objektu, nedokáže zachytit nekonečně malé interakce mezi vzájemně propojenými svalovými skupinami používanými při jemném ovládání motoru, jako je řeč. Neustálý pohyb obličeje, který vydává zvuky s tvarovanými pohyby rtů a jazyka, spolu s mimikou, která je doprovázena mluvením, je obtížné ručně replikovat.[25] Pohybové zachycení může zachytit základní pohyb obličejových svalů a lépe replikovat vizuál, který jde spolu se zvukem, jako je Thanos od Josha Brolina.

Viz také

Reference

Citace

  1. ^ Hearn, Marcus (2005). Kino George Lucase. New York City: Harry N. Abrams, Inc. str. 156. ISBN  0-8109-4968-7.
  2. ^ A b C Peitgen 2004, str. 462–466.
  3. ^ Drahokamy programování her 2 Mark A. DeLoura 2001 ISBN  1-58450-054-9 strana 240 [1]
  4. ^ Digitální modelování vzhledu materiálu podle Julie Dorsey, Holly Rushmeier, François X. Sillion 2007 ISBN  0-12-221181-2 strana 217
  5. ^ Sondermann 2008, s. 8–15.
  6. ^ Interaktivní prostředí se softwarem open-source: 3D návody autor: Wolfgang Höhl, Wolfgang Höhl 2008 ISBN  3-211-79169-8 stránky 24-29
  7. ^ Pokroky v počítačových a informačních vědách a inženýrství autor: Tarek Sobh 2008 ISBN  1-4020-8740-3 stránky 136-139
  8. ^ Encyclopedia of Multimedia Technology and Networking, Volume 1 autor: Margherita Pagani 2005 ISBN  1-59140-561-0 strana 1027
  9. ^ Interac storytelling: První společná mezinárodní konference autor: Ulrike Spierling, Nicolas Szilas 2008 ISBN  3-540-89424-1 stránky 114-118
  10. ^ Celková artroplastika kolena autor: Johan Bellemans, Michael D. Ries, Jan M.K. Victor 2005 ISBN  3-540-20242-0 stránky 241-245
  11. ^ Waechter a kol. Specifické modely pacientů pro minimálně invazivní implantaci aortální chlopně v Lékařské zpracování obrazu a počítačem podporovaná intervence - MICCAI 2010 editoval Tianzi Jiang, 2010 ISBN  3-642-15704-1 stránky 526-560
  12. ^ Modelování a animace látek Donald House, David E. Breen 2000 ISBN  1-56881-090-3 strana 20
  13. ^ Film a fotografie Ian Graham 2003 ISBN  0-237-52626-3 strana 21
  14. ^ Navrhování oděvů: kultura a organizace módního průmyslu Veronica Manlow 2007 ISBN  0-7658-0398-4 strana 213
  15. ^ Příručka virtuálních lidí autorů: Nadia Magnenat-Thalmann a Daniel Thalmann, 2004 ISBN  0-470-02316-3 stránky 353-370
  16. ^ Matematická optimalizace v počítačové grafice a vidění autor: Luiz Velho, Paulo Cezar Pinto Carvalho 2008 ISBN  0-12-715951-7 strana 177
  17. ^ A b C Techniky interaktivní vizualizace založené na GPU autor Daniel Weiskopf 2006 ISBN  3-540-33262-6 stránky 1-8
  18. ^ Trendy v interaktivní vizualizaci autorů: Elena van Zudilova-Seinstra, Tony Adriaansen, Robert Liere 2008 ISBN  1-84800-268-8 stránky 1-7
  19. ^ Cook, A.D. (2009). Případová studie projevů a významu sociální přítomnosti ve virtuálním prostředí pro více uživatelů. MEd práce. Dostupný online
  20. ^ Biocca & Levy 1995, s. 40–44.
  21. ^ Begault 1994, str. 212.
  22. ^ Počítačem generované obrázky ovlivňují výsledky zkoušky Rozhovor, 31. října 2013
  23. ^ Kassin, S. M. (1997). „Počítačem animovaný displej a porota: Facilitativní a předsudkové efekty“. Zákon a lidské chování. 40 (3): 269–281. doi:10.1023 / a: 1024838715221. [2]
  24. ^ Palomäki, Jussi; Kunnari, Anton; Drosinou, Marianna; Koverola, Mika; Lehtonen, Noora; Halonen, Juho; Repo, Marko; Laakasuo, Michael (01.11.2018). „Hodnocení replikovatelnosti efektu tajemného údolí“. Heliyon. 4 (11): e00939. doi:10.1016 / j.heliyon.2018.e00939. ISSN  2405-8440. PMID  30519654.
  25. ^ Pelachaud, Catherine; Steedman, Mark; Badler, Norman (01.06.1991). „Jazykové problémy v animaci obličeje“. Centrum pro modelování a simulaci člověka.

Zdroje

  • Begault, Durand R. (1994). 3D zvuk pro virtuální realitu a multimédia. AP Professional. ISBN  978-0-1208-4735-8.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Biocca, Frank; Levy, Mark R. (1995). Komunikace ve věku virtuální reality. Lawrence Erlbaum Associates. ISBN  978-0-8058-1549-8.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Peitgen, Heinz-Otto; Jürgens, Hartmut; Saupe, Dietmar (2004). Chaos a fraktály: Nové hranice vědy. Springer Science & Business Media. ISBN  978-0-387-20229-7.
  • Sondermann, Horst (2008). Light Shadow Space: Architectural Rendering with Cinema 4D. Vídeň: Springer. ISBN  978-3-211-48761-7.CS1 maint: ref = harv (odkaz)

externí odkazy

Prostředky knihovny o
Počítačem generované snímky