3D-Bilder (3-dimensional) sind eine Darstellung eines Objekts in drei Dimensionen (Länge, Tiefe und Höhe). Die Erstellung von 3D-Grafiken kann in drei Phasen unterteilt werden. Im ersten Schritt wird die Form des Objekts in einem Prozess definiert, der als 3D-Modellierung bezeichnet wird. Der zweite Schritt umfasst die Platzierung und Bewegung der Objekte in einem Schritt namens Layout und Animation. Im letzten Schritt wird das endgültige Bild des Objekts gerendert.

3-D-Grafik

3D Modellierung

Bei der 3D-Modellierung wird die dreidimensionale Grundform oder das Drahtmodell der Objekte erstellt. Dies kann durch verschiedene Methoden wie das Scannen der Form eines realen Objekts in einen Computer mithilfe von 3D-Modellierungswerkzeugen, die prozedurale Modellierung mithilfe einer Reihe von Algorithmen oder die physikalisch-dynamische Simulation erfolgen.

3D-Modellierung wird heutzutage von den meisten Branchen verwendet, wie der medizinischen Industrie für eine detaillierte Darstellung von Organen, der Unterhaltungsindustrie für ihre Video- und Computerspiele, der Filmindustrie für visuelle Effekte und der Maschinenbauindustrie für das 3D-Rendering neuer Geräte und Gebäudepläne oder Fahrzeugkonstruktionen.
Der Modellierungsprozess kann entweder durch polygonale Modellierung erfolgen, bei der Punkte verbunden werden und die Flächen der resultierenden Polygone das Bild des Objekts erzeugen. Es kann auch eine NURBS-Modellierung sein, bei der Punkte erneut verwendet werden, aber gekrümmte Linien verwendet werden, um sie zu verbinden und das Bild zu erstellen.

Layout und Animation

Dieser Schritt beinhaltet das Platzieren des Objekts innerhalb einer Szene. Hier werden die räumlichen Verhältnisse der Objekte, die sich in derselben Szene befinden sollen, definiert und Faktoren wie Standort und Größe berücksichtigt. Einige der gebräuchlichsten Methoden für diesen Schritt sind die Bewegungserfassung oder digitale Aufzeichnung von Bewegungen, die inverse Kinematik oder die Bestimmung der richtigen Winkelpositionen der Elemente eines verbundenen Objekts sowie das Keyframing, das den Anfangs- und Endpunkt eines reibungslosen Übergangs durch Frames definiert.

Bewegung in diesem Schritt wird erzeugt, indem eine Reihe von Bildern, die einander ähnlich sind, sequentiell auf dem Bildschirm angezeigt werden, um die Illusion von Bewegung zu erzeugen. Die Frames können durch ein virtuelles Skelett ersetzt werden, und der Computer berechnet automatisch die Unterschiede im Erscheinungsbild der nachfolgenden Frames nach einem als Morphing oder Tweening bezeichneten Verfahren.

 

Rendern

Beim Rendern wird das Modell in ein Bild umgewandelt, indem Lichteffekte wie Schatten und Lichtstreuung integriert werden. Heutzutage ist das Phong-Reflexionsmodell eines der beliebtesten Reflexionsmodelle für die Wiedergabe von 3D-Grafiken. Dies bestimmt, wie das Licht an einem bestimmten Punkt im Objekt von einer Oberfläche reflektiert oder gebrochen wird und wie die Eigenschaften der Objektmaterialien auf dieser Oberfläche variieren. Um diesen Effekt zu erzielen, werden verschiedene Techniken verwendet. Einige davon sind: Flat Shading, Gouraud-Shading, Textur-Mapping, Phong-Shading, Cel-Shading und Bump-Shading.

In diesem Schritt wird 3D-Computergrafiksoftware verwendet, um die 3D-Projektion des Bildes zu ermöglichen. Verschiedene Rendering-Methoden umfassen Scanline-Rendering, Radiosity, Raytracing und Wireframe-Rendering.