Как строят модель и приводят её в движение
Моделирование это построение формы объекта. Господствуют два источника. Художник или инженер строит модель на компьютере инструментом моделирования. Либо сканируют настоящий объект, и скан становится моделью. Среди обычных наборов инструментов полигональное моделирование, моделирование патчами и моделирование NURBS. Модели можно получать и процедурно, правилом, а не рукой, или физической симуляцией, которой дают досчитаться, а затем замораживают в геометрию. Город одинаковых окон плохо даётся скульптору и разумно даётся правилу. Драпировка ткани часто лучше даётся симуляции, чем тому, кто толкает вершины по одной.
Вершины и грани между ними
Трёхмерную модель образуют точки, называемые вершинами. Вершины задают форму и задают полигоны. Полигон это площадь не меньше чем из трёх вершин, треугольник. Полигон из n точек это n-угольник. Целостность модели и то, переживёт ли она анимацию, зависят от того, как эти полигоны устроены. Сетка, которая в неподвижном кадре выглядит верно, может порваться в миг сгиба сустава: вершины никогда не раскладывали под этот сгиб. Неподвижный кадр был удачным углом камеры. Анимация удачу снимает.
Прежде чем что-либо рендерить, объекты нужно разложить в сцене. Компоновка задаёт пространственные отношения: где что находится и насколько оно велико относительно остального. Анимация это описание объекта во времени, то, как он движется и деформируется. Среди ходовых методов ключевые кадры, инверсная кинематика и захват движения. Их часто используют вместе. Исполнение можно снять, подчистить инверсной кинематикой, чтобы стопы оставались на полу, и затем поправить ключами там, где захват ошибся руками. Физическая симуляция тоже задаёт движение. Это анимация, у которой автор набор сил, а не набор поз.
Под этими методами виртуальный объект несёт атрибуты, среди них значения преобразования: положение, ориентация и масштаб, хранимые в матрице преобразования. Анимация в самом основном виде это изменение атрибута во времени. Простейшая форма это ключевые кадры. Каждый хранит значение в заданный момент для каждого атрибута, который предстоит анимировать. Программа строит кривую этого значения по времени. Кривую правят. Процедурные методы связывают родственные атрибуты. Так эффекты частиц и симуляции толпы остаются управляемыми. Методы на выражениях позволяют выражению, которое задал пользователь и в котором есть математика, вернуть значение и вести анимацию. Так практически можно управлять костью дальше того, что даёт простая иерархия скелета. Зрителю это всё тот же старый фокус. Показывают изображение, затем быстро сменяют его похожим, чуть сдвинутым. Кино и телевидение всегда так и работали. Вклад компьютера в том, откуда берётся следующее изображение.
Для чего программы
Программы трёхмерной графики производят изображения моделированием и рендерингом либо производят модели для анализа, науки, развлечения и промышленности. Моделлер это класс программ, которыми модели делают. Моделирование начинается с трёх видов показа: рисование точек, рисование линий и рисование треугольников и других полигональных патчей.
В сеточном моделлере сетку добавляют, вычитают, растягивают и иначе меняют. На модель можно смотреть с нескольких углов, часто одновременно. Её можно вращать и приближать. Модель можно записать в файл, и другое приложение его прочитает, если метаданные совместимы. Многие моделлеры позволяют подключать модули импорта и экспорта, чтобы читать и писать родные форматы других программ. В большинстве есть и трассировщик лучей (ray tracing), или иной рендерер, и какое-то средство наложения текстур. Некоторые поддерживают анимацию. Некоторые умеют просчитать ряд кадров в движущееся изображение.
Программы автоматизированного проектирования могут пользоваться теми же приёмами в основе и всё же оставаться другим инструментом, потому что цель другая. САПР применяют в инженерии, в производстве, в анализе методом конечных элементов, в ведении жизни изделия, в трёхмерной печати и в архитектурном проектировании. Модели, которую предстоит обработать на станке, не полагается та свободная геометрия, которую позволяют модели для фильма. Зазор, который рендерер скрыл бы, окажется зазором в детали. Форматы файлов расходятся по той же линии. Формат для игры и формат для кронштейна, обработанного на станке, решают разные задачи, даже когда в обоих есть треугольники.
Когда последовательность картинок уже есть, студии её монтируют и композитируют. В середине рынка это могут быть Premiere Pro или Final Cut Pro. На верхнем конце это означало инструменты вроде Combustion, Digital Fusion и Shake. Программы совмещения камеры ставят живую камеру в ряд с компьютерной, чтобы обе шли в ногу, пока настоящая камера движется. Если они разъедутся, зритель видит рисунок, положенный поверх фотографии. Иногда это стилистика. Обычно ошибка.
Кинематографическую вещь, сделанную на графическом движке реального времени, называют машинимой. Картинки рендерятся при тех же ограничениях, что и игра, потому что это и есть игра, направленная на фильм, а не на игрока. Это ограничение и есть метод. Оно же составляет облик.