טוב לדעת
מרחב תלת - ממדי הוא מרחב מתמטי או פיזיקלי, שיש לו שלושה ממדים, למשל אורך, רוחב וגובה. בפיזיקה הקלאסית, משתמשים במרחב כזה לתאור העולם המקיף אותנו. במתמטיקה, מבנים תלת-ממדיים נחקרים במסגרת הנדסת המרחב, האנליזה הווקטורית והטופולוגיה התלת-ממדית.
גרפיקת תלת-ממד הוא תחום של גרפיקה ממוחשבת, שבו משתמשים במחשבים ותוכנות מיוחדות כדי ליצור תמונות ואנימציה ממוחשבת בעלות פרספקטיבה המחקה מראה תלת-ממדי. במונח משתמשים גם לתיאור התהליך שבעזרתו יוצרים תמונות כאלה וגם לתחום שבו מפתחים כלי תוכנה וחומרה המיועדים לכך. בגרפיקת התלת-מימד משתמשים בין היתר לעיצוב משחקי מחשב וסרטי קולנוע ולהדמיה ממוחשבת כגון הדמיה רפואית, הדמיה הנדסית ועוד.
תהליך יצירת תמונה
תמונה בגרפיקת תלת-ממד נוצרת בתהליך ארוך ומורכב שעשוי לדרוש זמן רב הן מהאמן והן זמן מחשב: ראשית, על האמן להגדיר אובייקטים תלת-ממדים ולמקם אותם במערכת צירים; שנית, יש להגדיר את החומרים מהם עשויים האובייקטים; שלישית, יש להגדיר את מקורות האור; לסיום, על האמן להגדיר את מקום המצלמה. לאחר שכל ההגדרות הללו נקבעו המחשב מבצע חישוב המכונה Render. חישוב זה עשוי לקחת בין שבריר שניה לבין שעות רבות, כתלות במורכבות הסצנה, ובסופו מתקבלת התמונה.
הגדרת האובייקטים
תהליך הגדרת האובייקטים מכונה מידול. האובייקטים מוגדרים במערכת צירים קרטזית תלת-ממדית. נקודה בודדה מוגדרת על ידי וקטור בן שלושה מספרים המציין את מיקום הנקודה יחסית לשלושת הצירים. פאון (כגון קובייה או פירמידה) מיוצג על ידי רשימת הקודקודים שלו כנקודות במרחב, ולכל פאה שלו רשימת הקודקודים שמשתתפים בפאה.
גופים חלקים כגון כדור או פנים של אדם אפשר לייצג בצורה מקורבת על ידי פאון עם אלפי פאות. קיימות גם שיטות מתקדמות יותר. פאה היא למעשה חלק ממישור שאותו מייצגים בגאומטריה אנליטית בעזרת משוואות ממעלה ראשונה. אפשר לייצג משטחים עקומים על ידי משוואות ממעלה גבוהה יותר וקיימות טכניקות מידול המתבססות על כך.
הגדרת החומרים
בשלב הגדרת האובייקטים הגדרנו למעשה רק את צורתם ואת מיקומם במרחב אך טרם קבענו את צבעם. בגרפיקת תלת-ממד אין די בהגדרת צבע אחד כדי להגדיר את מראהו של אובייקט. חישבו למשל על מראה, האם למראה יש צבע? האם זהב הוא צבע? התשובה לשאלות אלה היא לא. למעשה המראה של מראות, תכשיטי זהב או כל אובייקט אחר נקבע לפי תכונות של החומר ממנו הוא עשוי. תכונות החומר משפיעות על האופן בו מתנהגות קרני האור הפוגעות בו.
בגרפיקת תלת-ממד "חומר" הוא מונח המתאר אוסף גדול של הגדרות הקובעות כיצד אובייקט מגיב לאור. הגדרות אלה קובעות, נוסף כמובן לצבע היסודי של האובייקט, האם החומר מבריק, האם משתקפת בו בבואה של האובייקטים מסביבו, האם הוא שקוף, האם האור שעובר בו נשבר ועוד. הגדרה מושכלת של כל הפרמטרים הללו מאפשרת לחקות בצורה אמינה ביותר כמעט כל חומר מהמציאות וגם ליצור אפקטים דמיוניים.
מקורות האור
גם עין אנושית וגם מצלמה קולטות קרני אור. קרני האור הללו חייבות להגיע ממקור כלשהו. בהיעדר מקור אור מתקבלת תמונה שחורה לחלוטין.
בגרפיקת תלת-ממד האמן יכול להגדיר מקורות אור ממספר סוגים ולמקם אותם במרחב. מקור אור נקודתי הוא נקודה במרחב ממנה יוצאות קרני אור לכל הכיוונים או לכיוונים מוגדרים. מקור אור כזה מחקה בקירוב נורות קטנות. סוג אחר הוא מקור אור מקבילי, המדמה אור שמש. במקור אור זה המרחב כולו מכוסה בקרני אור מקבילות המגיעות ממרחק אינסופי.
בנוסף לקביעת מיקום מקור האור והסוג שלו אפשר לקבוע כמובן את עוצמתו ואת צבעו. מקור אור לבן יוצר מראה רגיל, מכיוון שהצבע הלבן מכיל בתוכו את כל שאר הצבעים. כל צבע אור אחר יגרום להטיית צבעי האובייקטים המוצגים בתמונה.
מיקום המצלמה
המונח מצלמה בגרפיקת תלת-ממד מציין עבור המחשב את הנקודה במרחב ממנה אנו רוצים לצפות בסצנה. בנוסף למיקום יש להגדיר גם את כיוון ההסתכלות ותכונות נוספות המחקות מצלמה אמיתית: אורך מוקד העדשה, עומק השדה, מפתח העדשה ועוד.
Render
זהו השלב שבו המחשב מחשב את התמונה על סמך כל ההגדרות שתוארו לעיל. התהליך עשוי לקחת שבריר שניה או שעות רבות, כתלות במורכבות ההגדרות הללו, בשיטת ה-Render שנבחרה וכן ביכולות המחשב בו מתבצע התהליך.
הדפסה תלת-ממדית
הדפסה תלת-ממדית היא טכנולוגיית ייצור חדישה, אשר מאפשרת למהנדסים לייצר דגמים תלת-ממדיים היישר מתוך תוכנות התיב"ם. מכונות ההדפסה מייצרות את הדגמים מפולימרים שונים, שכבה אחרי שכבה, ולבסוף מתקבל דגם סופי, בדיוק כפי שתוכנן במחשב על ידי המהנדס.
שיטת ההדפסה התלת ממדית הנפוצה ביותר כיום היא שיטת "אובג'ט" הישראלית. בשיטת הדפסה זו נעשה שימוש בפולימרים רגישים לקרינת UV. הפולימר מונח על שולחן הייצור על ידי ראש הדפסה רגיל לחלוטין, ומוקשה בשכבות של כ16 מיקרון, עד קבלת מודל אחיד. |
