第１５卷第５期Ｖｏｌ１５Ｎｏ５重庆Ｉ学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００１阜１０月Ｏｃｔ。２００１文章编号：１６７１—０９２４（２００１）０５—Ｏ。４８—０３浅析计算机三维图形处理。周跃生（重庆大学ｃ区艺术设计系，重庆４０００３０÷∞掣‘。一？ｏ。’霄臂‘挑＂’－归ｏ‘＃：‘ｋ＾７ｍ？。ｏ”一…７‘’一＊口一∞；ｐ二。。州ｊ＿ｊ口ｒ＂７：’’、ｊ寸＇７摘要：从用户操作和系统处理两个方面，对计算机三维图形处理的要点进行了较为详细的论述，在理论上提高用户对计算机处理三维图形的认识。关键词：三维图形；失真模型处理；普色处理中围分类号：ＴＰ３９１４１２？奠ｊ电ｔ一：。砖。ｌ水ｏ，。：，芦ｉ：二ｏ。ｏ。。：ｉ，：ｏ＿ｊ，‘。。｛＊：：ｔ扣扣‘，。ｉ，。ｏ：，ｏｏ‘记。正ｏ，÷ｃ—ｐ５‘，。ｐ。。：‘ｎ：ｏ’，：。‘ｍ：ｊｊ文献标识码：Ａ》地在位置和方向上与设计保持～致，以减少对模型的转换０引言随着计算机软、硬件技术的提高，计算机三维图形的应用领域和水平均得到很大提高，学校的多媒体课堂上贯穿着生动的三维图形，街头道路两旁仁立着未来社区诱人的三维效果图．电影中、游戏里更显三维图形的风姿，所有这些都来源于大批计算机三维图形创作群体的辛勤工作，同时也不断地吸引和造就着一批批新的创作群体。就笔者的观察，对于大多数“新手”来说．其作品大多是按部就班地参照教科书所提供的步骤演练而成，尽管人门较快，但却无法面对更多、更复杂的问题，因此有必要对计算机三维图形的处理过程有—个比较系统的了解，使我们刨作过程更加系统化、合理化．使我们的作品质量得到进～步提高。为方便大家理解，我们按三维图形的一般制作过程分模型处理、灯光处理、材质处理和其它处理共四个部分进行概要论述。操作。２）确定模型的类型。在许多设计软件中（如常用Ａｕ—ｔｏＣｄ“Ｄ、３ＤＭａＩ等）为用户提供了线框模型、面模型以及实心模型三种不同的模型类型，其中线框模型以线条来袁现三维模型的轮廓、线条清晰、简练，文件容量小，但无法进行消隐、着色和渲染等更加深人的效果表现，常用于表达一些简单的透视效果；面模型是在线框的基础上增加了面的覆益，因而具有消隐、着色和渲染等功能，在效果表现上比线框更加真实，但由于模型本身具有“空心”的特点，编辑较为困难，所以常用３＝－－些简单形体的表现或复杂形体的放样截面；实心模型除了能够真实表现形体的基本特征外，还具有体积、重心等实体信息，具有很强的可塑性，能够表现出各种复杂的形状。用户可根据上述模型特征选择出最能表达设计思想的模型类型。３）选择合适的模型建立方法。相同的模型通常有许多不周的建立方法，～般来说，简单的模型直接使用作图系统所提供的模板（如矩形体、球体等）比较快；较复杂的１模型的建立与转换在三维图形中，模型是最基本的要素，为正确地反映作者所表达的设计意图．首先要构造出形状、大小、位置和方向与设计要求相符合的三维模型，其中的过程又分为模型建立和模型转换两方面。１．１模型的建立三维模型的建立过程主要包古以下步骤：１）设置正确的三维空同坐标系，使建立的模型尽可能模型可通过布尔运算、放样等方式建立；更为复杂的模型则可通过脚ｓ（Ｎｏｎ－－ＵｎｉｆｏｒｍＲ“ｏｎ且ｉＢ—Ｓｐｌｉｎｅ，可解释为由三维空间一束不统一的样条线连接在一起所形成的面）、样条线拟合等方法建立。在建立模型过程中需要特别注意的是模型精度的控制，盲目地追求高精度，会使你不得不忍受渲染时间长、文件过于庞大等一系列痛苦，而图形效果的提高也许并不明显。１．２模型的转换模型的转换包括位置、方向、太小和形体的变化等几卡收稿Ｂ期：２００１—０５０５作者简介：周跃牛（１９６５．）．男（汉族），蕈次人，讲师，主要从事建筑ＣＡＤ的教学、井拉和应用研充万方数据 周跃生：浅析计算机三雏图形处理个方面，进行模型转换的主要原因有两个方面：一是根据设计需要对一个或几个模型作必要的调整；另外就是由于视点的变化而使所有模型在三维空间的位置关系发生相应的变化。１个三角面所接受的光线进行分析计算。然后着色。由于图形的照明效果受到光源类型、光源各种参数以及多种光线的混合等诸多因素的影响，使计算机的运算量大大增加，因而一张光线复杂的三维图形对计算机ｃＰｔ）、显卡的３Ｄ加速芯片以及显卡的缓存都有很高要求。３模型的形成在模型建立和转换过程中，计算机不断地接受来自用户的各种命令和参数，然后根据这些信息，结合当前三维坐标系的特点，对模型的关键点进行描述，并通过各关键点的连接以及点一边线一＋方向的量化处理，最后构成我们所见到的三维模型。事实上，由于各种模型的差异太大，计算机处理起来十分困难，所以真正的模型表面将被细分为—十个小三角形（即使是一个矩形面，也是由两十三角形拼接而成）。换句话说每一个模型实际上都是由一组三角形数字代码所组成，模型的精度越高，三角形的数量也就越多，文件的容量也会相应增加。当三维模型发生变化后，计算机将自动对模型的每一个几何坐标重新进行设定，并以此构造出新的形态。３表面材质处理材质处理是正确表现物体质地的重要手段，它包古了材质设定和材质粘贴两十基本操作过程。３．１材质设定过程一般情况下可直接使用软件包中所提供的材质编辑器，进行颜色、发光强度、反光强度、不透明度等基本特征参数的设置，对于复杂的纹理，可结合其它软件所提供的图片进行设定。３．２材质的粘贴过程要将设定的材质粘贴到指定的物体上，首先要选择一２场景照明处理照明是三维图形表现的—个重要过程．没有光线的场景将会显得漆黑一团，有了光线，才能显现出物体的形态，表达出作者的殴计思想。计算机三维图形中的照明处理主要有３种光源形式：１）环境光（一种无穷远的点光源形式），用于表现场景的亮度和色调变化，不会产生光影，常用于作为场景光线的宏观调控；２）泛光源。除了具有点光源的特性外，还会对被照射物体产生明暗过渡变化和阴影，显得更加自然；３）聚光光蔼（，这是一种具有方向性的泛光源。对于不同的光源形式，许多设计软件都有丰富的照明参数可供溺整，其中比较重要的有亮度、范围、衰减、阴影设置等。在进行场景照明处理时，除了应掌握各种光源的特性外，灯光的建立和修改过程也十分重要，一般应掌握以下几点原则：１）按照灯光的重要性或亮度由高到低的顺序来创建和修改灯光；２）场景中的灯光不应太多、太亮，使其缺乏层次而显得生硬，要谨慎地留有黑色；３）明确每一盏灯的作用，尽量减少其负担，通过适当的灯光数量．求得逼真的渲染效果；４）对于一些能够用材质表现的光源，尽量用材质表现，以减少灯光数量；５）特殊的灯光效果并非一定要用真实的灯光表现，可考虑在后期制作中用其它方法进行处理。在照明参数设置过程中，计算机将相关信息自动保留在文件里，渲染时再根据这些信息逐一对模型表面的每一种合适的粘贴方式（应尽量与被粘贴物体的几何形态相同或相近），使材料变形减少到最小程度。如果材质中包古纹理，粘贴时还必须同时考虑纹理图片的坐标位置、大小和方向。材质的设定和粘贴，是三维模型向三维物体转换的一个基本操作过程。渲染过程中系统根据用户的设定材质对物体表面进行。纹理映射”，为了将平面纹理图案在复杂的三维模型上真实地反映出立体效果，除了软件所提供的各种功能外，还要求用户的显示适配器具有更多、更新的、更快的３Ｄ效果处理功能（这也是为什么许多专业设计人员的显卡价格高于ｃｐｔｒ和主板的原因），其中包含：１）材质贴图技术，能够一张平面图形粘贴到多边形上；２）动态材质贴图技术，能够将连续的影象以材质的方式贴到物体表面；３）环境映射凹凸贴图技术，可根据光源确定物体表面凹凸部位的阴影等等。４其它过程的处理除了对三维模型、照明和材质的处理外，为获得理想的图形效果，计算机在渲染过程中还将进行其它过程处理，其效果的好坏主要取决于显示适配器的性能，所以用户在选购显示适配器时应给予足够重视。４．１可见性处理根据场景中所有物体的相对位置，计算出每个物体在纵深方向的坐标值，当发生物体重叠时确定哪些部分不该显示。这一功能通常是由Ｚ一缓冲（Ｚ—Ｂｕｆｆｅｒ）技术实现的，Ｚ—Ｂｕｆｆｅｒ的位数越高，所提供的景深值就越精确，消隐的效果就越好。随着硬件技术的发展，隐古面取消万方数据 重庆工学院学报（ＨＳＲ，ｔｔｉｄｄｅａＳｕｒｆａｃｅＲｅｍｏｖｅｌ）技术正逐步取代Ｚ—Ｂｕｆｆｅｒ以上论述使我们对其产生了一定认识，为达到理想的设计效果，要求用户应提前作好以下两方面工作：成为显卡技术中的新时尚。它能更准确地判断不可见的物体表面，并立即停止对这些表面的其它操作，减少显存的损耗，提高运行速度。４．２渲染着色处理一是合理地配置所使用的计算机。１）选择速度快、稳定性较好的中央处理器，以快速高教地完成各种复杂的三维运算，尽量减少运算过程中的“死机”现象；２）选择速度快、性能较高的显示适配器，如同以上第４部分论述的那样，一块高性能的显示适配卡对于图形质量有举足轻重的作用，并同时对图形的显示速度产生重要影响；３）选择速度快、性能好、容量较大的内外存储器，以利于计算过程中频繁的数据交换，并为图形的后期制作提供大量素材。二是合理地选择所使用的软件。一般来说不同的软件都有它各自突出的特点（比如在常用的软件中ＡｕｔｅＣＡＤ比较适合精确的简单模型制作；３ＤＭａｘ适合于不是十分精确的复杂模型制作以及灯光、材质设定；Ｌｉｇｈｔｓｃａｐｏ擅长光线追踪渲染；Ｐｈｏｔｃｅｈｏｐ在图形后期制作方面有很强的功能。若能在自己的设计过程充分地体现这些软件的特色．无论是在操作速度还是作品质量上都会得到租大提高。将照明处理过程中所获得的有关物体表面的光影数据转换为色点，主要有以下３种着色方式：１）平面着色（ＥａｔＳｈａｄｉｎｇ），一种简单快速的着色方式，用于质量要求不高的场景；２）高浓着色（ＧｏｕｒａｕｄＳｈａｄｉｎｇ），这种方式在每个点上都尉以一组色调，并同时着以渐变色，着色效果较好；３）贴图着色（Ｔｅｘｔｕｒｅｓｈａｄｉｌｌｇ），直接将纹理图贴到物体表面。效果很好。４．３失真处理通过插值运算和边缘圆滑等处理方法，解决由于显示器的分辨不够而使图形边缘和贴图表面形成的失真问题，主要采用的技术有以下几种：１）抗锯齿（Ａｎｔｉ—Ａｌｌａｙｉｎｇ）技术，应用调色原理使图形边缘”锯齿“缓和，在视觉上得到一种平滑的效果；２）硬件全屏幕反锯齿（ＦＳＡＡ），将图形以更高的分辨率渲染后按比例缩小显示，以减少边沿锯齿；３）Ｔ一缓冲（Ｔ—Ｂｕｆｆｅｒ）技术，通过多重境深方式达到模糊效果；４）Ｍ口映射（ⅧＰＭａｐｐｉｎｇ）技术，根据物体距离的远近自动调整材质的清晰度。参考文献：［１］雪威．３Ｄ社．１９９９．［２］颜国忠，韦文斌．ＡｕｔｏＣＡＤ三维设计与实倒［Ｍ］北京：电子工业出版社，２０００ＳＴＵＤＩＯＭＡＸ３．０教程［Ｍ］北京：希望电子出版５结束语计算机三维图形的处理是一个非常复杂的过程，通过［３］高志清．３ＤＭＡＸ灯光与材质高级处理技巧（Ｍ］北京：人民邮电出版杜，２００１．ＯｎｔｈｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆ３一ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰｉｃｔｕｒｅｓｉｎＣｏｍｐｕｔｅｒＺＨＯＵＹｕｅ—ｓｈｅｎｇ（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ０ｆＡｒｄｓｔｉｃＤ∞ｉｇｎ，Ａｐｐｌｉｅｄ（Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ）ＴｅｃｈａｌｃａｌＳｃｈｏｏｌ，Ｃｈｏｎｇｑ＿ｉｎｇＵａｌｖｅｘｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍｔｈｅｏｌｌｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｔｗｏａ８ｐｅｃｔｓｏｆｃｕｓｔｏｍｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｓｙｓｔｅｍｐｒｏｃｅａｓｉｎｇ，ｔｈｉｓｐｉｃｔｕｒｅｐａｐｅｒｃａｌｌｉｃＢｄｅｔｅｉｌｅｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ０ｆ３一ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰ。∞ｅ∞ｉｎｇｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｈｏｐｉｎｇｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｕｓｔｅｍｅｍ。ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｐｒｏ－ｃｅｓａ［ｎｇ３一ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｉｃｔｕｒｅｓｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ—ｃｌｌｍｃｍｉｍａｌｐｉｏｔｕｒｅ；ｄｉｓｔｏｒｔｕａｍｏｄｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙｐｒｃｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｖｅｒｓａｌｃｏｌｏｒ（责任编辑欧理平）万方数据 浅析计算机三维图形处理
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
周跃生
重庆大学C区艺术设计系
重庆工学院学报
JOURNAL OF CHONGING INSTITUTE OF TECHNOLOGY2001，15(5)0次
1.雪威 3D STUDIO MAX3 0教程 1999
2.颜国忠.韦文斌 AutoCAD三维设计与实例 20003.高志清 3D MAX灯光与材质高级处理技巧 2001
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_cqgxyxb200105013.aspx
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