Datorgenererade bilder - Computer-generated imagery

"Datorbilder" omdirigerar här. För (säkerhetskopior) av hela datorsystemets tillstånd, se Systembild .
Morphogenetic Creations datorgenererad digital konstutställning av Andy Lomas vid Watermans Arts Center , västra London , 2016.
Tredimensionell (3D)
datorgrafik
Activemarker2.PNG
Grunder
Primär användning
Relaterade ämnen

Datorgenererade bilder ( CGI ) är tillämpningen av datorgrafik för att skapa eller bidra till bilder i konst , tryckta medier, videospel , simulatorer , datoranimering och VFX i filmer, tv-program , shorts, reklamfilmer och videor. Bilderna kan vara dynamiska eller statiska och kan vara tvådimensionella (2D) , även om termen "CGI" oftast används för att referera till 3D-datorgrafik som används för att skapa karaktärer, scener och specialeffekter i filmer och tv , som beskrivs som "CGI -animering".

Den första långfilmen som använde CGI var 1973 filmen Westworld . Andra tidiga filmer som införlivade CGI inkluderar Star Wars (1977), Tron (1982), The Last Starfighter (1984), Young Sherlock Holmes (1985) och Flight of the Navigator (1986). Den första musikvideon som använde CGI var Dire Straits prisbelönta " Money for Nothing " (1985), vars framgång var avgörande för att ge processen mainstream exponering.

Utvecklingen av CGI ledde till framväxten av virtuell film på 1990 -talet, där visionen för den simulerade kameran inte begränsas av fysikens lagar. Tillgänglighet av CGI-programvara och ökade datorhastigheter har gjort det möjligt för enskilda artister och små företag att producera filmer, spel och konst i professionell kvalitet från sina hemdatorer.

Termen virtuell värld avser agentbaserade, interaktiva miljöer, som nu skapas med CGI.

Statiska bilder och landskap

Se även: Fraktalt landskap och Scenery generator
Fraktalt landskap .

Inte bara är animerade bilder en del av datorgenererade bilder; naturtrogna landskap (t.ex. fraktala landskap ) genereras också via datoralgoritmer . Ett enkelt sätt att generera fraktala ytor är att använda en förlängning av den triangulära nätmetoden , beroende på konstruktionen av ett speciellt fall av en de Rham -kurva , t.ex. mittpunktsförskjutning . Till exempel kan algoritmen börja med en stor triangel, sedan zooma in rekursivt genom att dela den i fyra mindre Sierpinski -trianglar och sedan interpolera höjden på varje punkt från sina närmaste grannar. Skapandet av en brun yta kan uppnås inte bara genom att lägga till brus när nya noder skapas utan genom att lägga till ytterligare brus på flera nivåer av nätet. Således kan en topografisk karta med varierande höjdnivåer skapas med relativt enkla fraktalalgoritmer. Några typiska, lättprogrammerade fraktaler som används vid CGI är plasmafraktalen och den mer dramatiska felfraktalen .

Många specifika tekniker har undersökts och utvecklats för att producera mycket fokuserade datorgenererade effekter-t.ex. användning av specifika modeller för att representera den kemiska vittringen av stenar för att modellera erosion och producera ett "åldrat utseende" för en given stenbaserad yta.

Arkitektoniska scener

En datorgenererad bild med ett hus i solnedgången, gjord i Blender .

Moderna arkitekter använder tjänster från datorgrafikföretag för att skapa tredimensionella modeller för både kunder och byggare. Dessa datorgenererade modeller kan vara mer exakta än traditionella ritningar. Arkitektonisk animation (som tillhandahåller animerade filmer av byggnader, snarare än interaktiva bilder) kan också användas för att se det möjliga förhållandet en byggnad kommer att ha i förhållande till miljön och dess omgivande byggnader. Bearbetning av arkitektoniska utrymmen utan användning av papper och pennaverktyg är nu en allmänt accepterad praxis med ett antal datorassisterade arkitektoniska designsystem.

Arkitektoniska modelleringsverktyg tillåter en arkitekt att visualisera ett utrymme och utföra "genomgångar" på ett interaktivt sätt, vilket ger "interaktiva miljöer" både på stads- och byggnadsnivå. Specifika tillämpningar inom arkitektur inkluderar inte bara specifikationerna för byggnadsstrukturer (som väggar och fönster) och genomgångar, utan effekterna av ljus och hur solljus påverkar en specifik design vid olika tidpunkter på dygnet.

Arkitektoniska modelleringsverktyg har nu blivit allt mer internetbaserade. Kvaliteten på internetbaserade system ligger dock fortfarande efter kvaliteten hos sofistikerade egna modelleringssystem.

I vissa applikationer används datorgenererade bilder för att "bakåtkonstruera" historiska byggnader. Till exempel härstammade en datorgenererad rekonstruktion av klostret i Georgenthal i Tyskland från ruinerna av klostret, men ger tittaren en "look and feel" av hur byggnaden skulle ha sett ut på sin tid.

Anatomiska modeller

Se även: Medicinsk bildbehandling , Visible Human Project , Google Body och Living Human Project
En CT-lungangiogrambild genererad av en dator från en samling röntgenstrålar .

Datorgenererade modeller som används i skelettanimering är inte alltid anatomiskt korrekta. Men organisationer som Scientific Computing and Imaging Institute har utvecklat anatomiskt korrekta datorbaserade modeller. Datorgenererade anatomiska modeller kan användas både för instruktions- och driftsändamål. Hittills används en stor mängd konstnärsproducerade medicinska bilder fortfarande av medicinska studenter, till exempel bilder av Frank H. Netter , t.ex. hjärtbilder . Men ett antal online -anatomiska modeller blir tillgängliga.

En enda patient röntgen är inte en datorgenererad bild, även om digitaliseras. I applikationer som innefattar CT-skanningar produceras emellertid en tredimensionell modell automatiskt från många röntgenstrålar med en skiva, vilket ger "datorgenererad bild". Applikationer som involverar magnetisk resonansavbildning sammanför också ett antal "ögonblicksbilder" (i detta fall via magnetpulser) för att producera en sammansatt, intern bild.

I moderna medicinska tillämpningar är patientspecifika modeller konstruerade i "datorassisterad kirurgi". Till exempel, i totalt knäbyte , kan konstruktionen av en detaljerad patientspecifik modell användas för att noggrant planera operationen. Dessa tredimensionella modeller extraheras vanligtvis från flera CT-skanningar av lämpliga delar av patientens egen anatomi. Sådana modeller kan också användas för planering av aortaklaffimplantationer , en av de vanliga procedurerna för behandling av hjärtsjukdomar . Givet att formen, diametern, och placering av de koronara öppningar kan variera kraftigt från patient till patient, extraktion (från CT skanningar kan) av en modell som liknar en patients ventil anatomi vara till stor nytta i planeringen av förfarandet.

Tyg- och hudbilder

Datorgenererad våt päls.

Modeller av tyg indelas vanligtvis i tre grupper:

  • Den geometriska mekanisk struktur vid garnkorsnings
  • Mekaniken i kontinuerliga elastiska ark
  • De geometriska makroskopiska egenskaperna hos duk.

Hittills är det fortfarande en utmaning för många animatörer att göra kläderna till en digital karaktär automatiskt vikbara på ett naturligt sätt.

Förutom att de används i film, reklam och andra former för offentlig visning används datorgenererade bilder av kläder nu rutinmässigt av toppmodedesignföretag.

Utmaningen att återge mänskliga hudbilder innefattar tre nivåer av realism:

  • Fotorealism som liknar äkta hud på statisk nivå
  • Fysisk realism som liknar dess rörelser
  • Funktionsrealism i likhet med dess reaktion på handlingar.

De finaste synliga detaljer såsom fina rynkor och hud porer är storleken av ca 100 | im eller 0,1 millimeter . Hud kan modelleras som en 7- dimensionell dubbelriktad texturfunktion (BTF) eller en samling av dubbelriktad spridningsfördelningsfunktion (BSDF) över målets ytor.

Interaktiv simulering och visualisering

Huvudartikel: Interaktiv visualisering

Interaktiv visualisering är återgivning av data som kan variera dynamiskt och tillåter en användare att se data från flera perspektiv. Applikationsområdena kan variera avsevärt, allt från visualisering av flödesmönstren i vätskedynamik till specifika datorstödda designapplikationer. Data som återges kan motsvara specifika visuella scener som ändras när användaren interagerar med systemet - t.ex. simulatorer, såsom flygsimulatorer , använder omfattande CGI -tekniker för att representera världen.

På abstrakt nivå involverar en interaktiv visualiseringsprocess en "datapipeline" där rådata hanteras och filtreras till en form som gör den lämplig för återgivning. Detta kallas ofta "visualiseringsdata" . Visualiseringsdata mappas sedan till en "visualiseringsrepresentation" som kan matas till ett återgivningssystem. Detta brukar kallas en "återgivningsbar representation" . Denna representation återges sedan som en bild som kan visas. När användaren interagerar med systemet (t.ex. genom att använda joystick-kontroller för att ändra sin position inom den virtuella världen) matas rådata genom pipelinen för att skapa en ny återställd bild, vilket ofta gör beräkningseffektivitet i realtid till en viktig faktor i sådana applikationer .

Datoranimering

Huvudartikel: Datoranimering
Se även: Datoranimations historia
Machinima -filmer är till sin natur CGI -filmer

Även om datorgenererade bilder av landskap kan vara statiska, gäller datoranimering endast dynamiska bilder som liknar en film. Men i allmänhet hänvisar termen datoranimation till dynamiska bilder som inte tillåter användarinteraktion, och termen virtuell värld används för de interaktiva animerade miljöerna.

Datoranimering är i huvudsak en digital efterföljare till konsten att stoppa animering av 3D-modeller och bild-för-bild-animering av 2D-illustrationer. Datorgenererade animationer är mer kontrollerbara än andra mer fysiskt baserade processer, till exempel att konstruera miniatyrer för effektbilder eller anställa extrafunktioner för publikscener, och eftersom det gör det möjligt att skapa bilder som inte skulle vara möjliga att använda någon annan teknik. Det kan också tillåta en enda grafiker att producera sådant innehåll utan användning av skådespelare, dyra uppsättningar eller rekvisita.

För att skapa en illusion av rörelse visas en bild på datorskärmen och ersätts upprepade gånger med en ny bild som liknar den föregående bilden, men avancerade något i tidsdomänen (vanligtvis med en hastighet av 24 eller 30 bilder/sekund) . Denna teknik är identisk med hur illusionen av rörelse uppnås med tv och film .

Virtuella världar

Huvudartikel: Virtuell värld
En gul ubåt i Second Life .
Metallbollar.

En virtuell värld är en simulerad miljö , som tillåter användaren att interagera med animerade karaktärer eller interagera med andra användare genom att använda animerade karaktärer som kallas avatarer . Virtuella världar är avsedda för sina användare att bo och interagera, och termen idag har i stort sett blivit synonymt med interaktiva virtuella 3D -miljöer, där användarna har form av avatarer som är synliga för andra grafiskt. Dessa avatarer avbildas vanligtvis som text-, tvådimensionella eller tredimensionella grafiska representationer, även om andra former är möjliga (hörsel- och beröringssensationer till exempel). Vissa, men inte alla, virtuella världar tillåter flera användare.

I rättssalar

Datorgenererade bilder har använts i rättssalar, främst sedan början av 2000-talet. Vissa experter har dock hävdat att det är skadligt. De används för att hjälpa domare eller juryn att bättre visualisera händelseförloppet, bevis eller hypotes. En studie från 1997 visade dock att människor är fattiga intuitiva fysiker och lätt påverkas av datorgenererade bilder. Därför är det viktigt att jurymedlemmar och andra juridiska beslutsfattare görs medvetna om att sådana utställningar bara är en representation av en potentiell händelseföljd.

Rörelseinspelning

Huvudartikel: Motion Capture

Datorgenererade bilder används ofta i samband med motion capture för att bättre täcka de fel som följer med CGI och animering. Datorgenererade bilder begränsas i sin praktiska tillämpning av hur realistiska det kan se ut. Orealistiska eller dåligt hanterade datorgenererade bilder kan resultera i Uncanny Valley- effekten. Denna effekt hänvisar till den mänskliga förmågan att känna igen saker som ser kusligt ut som människor, men som är något avstängda. Sådan förmåga är ett fel med vanliga datorgenererade bilder som på grund av den komplexa anatomin hos människokroppen ofta kan misslyckas med att replikera det perfekt. Det är här rörelseinspelning spelar in. Konstnärer kan använda en rörelseupptagningsrigg för att få bilder på en människa som utför en handling och sedan replikera den perfekt med datorgenererade bilder så att det ser normalt ut.

Avsaknaden av anatomiskt korrekta digitala modeller bidrar till nödvändigheten av rörelseinspelning eftersom den används med datorgenererade bilder. Eftersom datorgenererade bilder endast speglar utsidan eller huden på objektet som återges, misslyckas det med att fånga de oändligt små interaktionerna mellan sammankopplade muskelgrupper som används vid finmotorisk kontroll, som att tala. Den konstanta rörelsen i ansiktet när det ger ljud med formade läppar och tungrörelse, tillsammans med de ansiktsuttryck som följer med att tala är svåra att replikera för hand. Motion capture kan fånga den underliggande rörelsen i ansiktsmusklerna och bättre replikera det visuella som följer med ljudet, som Josh Brolins Thanos.

Se även

Referenser

Citat

Källor

  • Begault, Durand R. (1994). 3D-ljud för virtuell verklighet och multimedia . AP Professional. ISBN 978-0-1208-4735-8.
  • Biocca, Frank; Levy, Mark R. (1995). Kommunikation i den virtuella verklighetens tid . Lawrence Erlbaum Associates. ISBN 978-0-8058-1549-8.
  • Peitgen, Heinz-Otto; Jürgens, Hartmut; Saupe, Dietmar (2004). Chaos and Fractals: New Frontiers of Science . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-20229-7.
  • Sondermann, Horst (2008). Light Shadow Space: Arkitektonisk återgivning med Cinema 4D . Wien: Springer. ISBN 978-3-211-48761-7.

externa länkar

Bibliotekets resurser om
datorgenererade bilder