Введение
Практически все современные системы трехмерной графики используют концепцию так называемого графического конвейера
(Graphic Pipeline), представляющего собой логически связанную последовательность (или группу) вычислений, которые синтезируют на
выходе системы образ пространственной сцены. Конвейер разделен
на ряд этапов, на каждом из которых аппаратно или программно выполняется некоторая функция. Реализация конвейера может быть
полностью программной, полностью аппаратной или смешанной
(программно-аппаратной). Обычно в структуре графического конвейера выделяют ряд последовательных этапов обработки исходной
пространственной сцены. В частности, в данном случае будем придерживаться достаточно традиционной структуры (см., например
[5]). Пример конвейера, разделенного на два стадии: геометрические
преобразования и рендеринг приведен на рис. 1.
Указанные стадии процесса создания изображений на экране
монитора связаны между собой достаточно прочно, и ни одна из
них в отдельности не может привести к созданию достаточно реалистичных графических объектов.
Разделы пособия будут посвящены методам, чаще других используемым для реализации каждого из представленных на рис. 1
этапов.
здесь же, во введении кратко рассмотрим каждую из стадий графического конвейера с тем, чтобы понять, о чем собственно пойдет
разговор.
Геометрические преобразования
Первый этап (моделирование) состоит в аппроксимации трехмерных объектов пространственной сцены, которые в общем случае представляют собой криволинейные поверхности множеством
многоугольников (полигонов). Отсюда термин – «полигональная
аппроксимация поверхности». Чаще всего в качестве таких полигонов используются треугольники (как самые простые полигоны).
Следует учитывать, что, чем мельче полигоны, тем ближе аппроксимация к модели, но и тем более громоздким становится описание
объекта, а, следовательно, и больше времени требуется на его обработку. Представление криволинейной поверхности совокупностью
плоских граней-полигонов c точностью, достаточной для имитации гладкой поверхности, называется тесселяцией (tesselation), а
в случае, когда в качестве таких полигонов выступают простейшие
многоугольники – треугольники, применяется термин триангуляция (triangulation). Множество таких полигонов (сотни, а иногда
и тысячи) соединяются друг с другом и образуют сложные трехмерные сетки. В качестве достойной альтернативы полигональной
аппроксимации в последнее время в графических конвейерах все
чаще выступают методы моделирования гладких поверхностей, использующие для этой цели кривые (поверхности) безье или сплайны. Причем вычислительные мощности современных компьютеров
возросли настолько, что позволяют отображать такие