3D design

3D model je digitální reprezentace objektu nebo prostoru ve třech rozměrech, složená z geometrie, materiálů a často i textur, animací či fyzikálních vlastností. Používá se v hrách, filmech, průmyslovém návrhu, architektuře, e-commerce i simulacích, kde software z modelu počítá zobrazení nebo další data.

Ambient occlusion je technika stínování, která u každého bodu povrchu odhaduje, jak velká část okolní polokoule oblohy je zastíněna blízkou geometrií, a podle toho ztlumí rozptýlené okolní světlo. Výsledkem jsou tmavší kouty, spáry, záhyby a místa dotyku objektů, díky nimž scéna působí prostorově a objekty vypadají skutečně položené na podložce.

Animace klíčových snímků je technika, při které animátor zadá hodnoty vlastnosti (polohu, rotaci, barvu, průhlednost) jen v několika vybraných časech a software dopočítá všechny mezilehlé snímky interpolací. Klíčový snímek tedy nese stav v daném okamžiku, křivka mezi klíči určuje rychlost změny a výsledkem je plynulý pohyb bez ručního kreslení každého snímku.

Anti-aliasing je soubor technik, které omezují zubaté hrany a třepení detailů vznikající při převodu spojitého obrazu na mřížku pixelů. V grafice barvy na hranách obvykle průměruje nebo vzorkuje vícekrát, aby diagonály, text a 3D modely působily plynuleji, i když za cenu výkonu nebo mírné ztráty ostrosti.

Baking textur je proces, při kterém se výsledek náročného výpočtu (osvětlení, stínů, detailu vysokopolygonového modelu nebo procedurálního materiálu) předpočítá a uloží do rastrové textury namapované přes UV souřadnice modelu. Za běhu aplikace se pak místo opakovaného výpočtu jen čte hotová hodnota z obrázku, což výrazně šetří výkon.

Blender je open source 3D aplikace pro modelování, sculpting, animaci, simulace, kompoziting a renderování scén. Spojuje nástroje pro tvorbu polygonálních modelů, materiálů, kamer, světel a efektů do jednoho prostředí, takže se používá pro herní assety, vizualizace, motion design, výuku i menší filmovou produkci.

Bump mapa je šedotónová textura, která pro každý bod povrchu udává relativní výšku a slouží k výpočtu vychýlených normál při stínování. Geometrie modelu se nemění, mění se jen směr, kterým povrch odráží světlo, takže hladký polygon vypadá zvrásněně: cihlová spára, kůže, tepaný kov nebo výbrus dřeva.

Culling je technika v grafickém programování, která před vykreslením vyřazuje objekty, plochy nebo fragmenty považované za neviditelné či nepodstatné pro aktuální záběr. Cílem je snížit počet výpočtů pro GPU, šetřit paměťovou propustnost a udržet stabilní snímkovou frekvenci bez změny viditelného výsledku.

Displacement mapa je textura, jejíž hodnoty určují, o kolik se má každý bod povrchu 3D modelu fyzicky posunout podél normály. Na rozdíl od normálové mapy tedy mění skutečnou geometrii: vzniká reliéf s vlastním obrysem, správným stínem i samostíněním. Vyžaduje ale hustou síť trojúhelníků nebo tesselaci přímo na GPU.

Fotogrammetrie je metoda určování tvaru, polohy a rozměrů objektů z překrývajících se fotografií nebo jiných obrazových snímků. Software v nich hledá stejné body, odhaduje pozice kamer a z geometrie paprsků skládá mračno bodů, 3D model, ortofoto nebo měřitelné mapové podklady.

glTF je otevřený formát konsorcia Khronos Group pro přenos a načítání 3D scén a modelů. Popisuje geometrii, materiály, textury, animace i kostru v JSON struktuře doplněné o binární buffery, jejichž rozložení odpovídá tomu, co grafické API očekává. Díky tomu se scéna nahraje do GPU s minimem dodatečného zpracování.

HDRI je obrázek, který ukládá jas scény ve výrazně širším rozsahu než běžná osmibitová fotografie, typicky v desetinných číslech bez horního stropu. Ve 3D grafice se panoramatické HDRI používá jako zdroj osvětlení a odrazů: objekt je obklopen koulí s tímto obrazem a světlo přebírá z reálné scény.

Level of Detail je technika real-time grafiky, která pro každý objekt vybírá zjednodušenou variantu geometrie, textur nebo stínování podle toho, jak velký je objekt na obrazovce. Vzdálený model se vykreslí s desetinou trojúhelníků, blízký v plné kvalitě. Cílem je udržet snímkovou frekvenci bez viditelné ztráty kvality.

Mipmapa je předpočítaná řada postupně zmenšovaných kopií jedné textury, ve které má každá úroveň poloviční rozměry oproti předchozí. Grafická karta při vykreslování vybírá úroveň podle toho, jak hustě se texel promítá na pixel, čímž potlačuje aliasing na vzdálených plochách a zároveň zlepšuje využití texturové cache.

Normálová mapa je textura, která pro každý texel ukládá směr povrchové normály místo běžné barvy. Renderer podle těchto směrů upravuje výpočet osvětlení, takže plochá geometrie může působit jako členitý materiál v reálném čase. Skutečné vrcholy ani silueta modelu se tím obvykle nemění.

Osvětlovací model je matematický popis toho, jak se v počítačové grafice vypočítá barva povrchu podle světel, materiálu, normály a směru pohledu. Používá se v rendererech a shaderech k simulaci matného odrazu, lesku, stínů i fyzikálně věrohodnějšího chování materiálů.

Polygonální síť je datová reprezentace 3D povrchu složená z vrcholů, hran a plošek, nejčastěji trojúhelníků nebo čtyřúhelníků. V grafice určuje tvar modelu, umožňuje texturování, výpočet osvětlení a animaci, ale zároveň ovlivňuje paměť, výkon renderingu a kvalitu deformací. Používá se v herních enginech a DCC nástrojích.

Rasterizace je převod geometrie, písma, vektorových tvarů nebo obrazových popisů na mřížku pixelů či vzorků. V grafických kartách tvoří klíčový krok mezi 3D scénou a obrazem na displeji: rozhoduje, které pixely pokrývá trojúhelník, jakou mají hloubku a jaké fragmenty dostanou shadery.

Ray tracing je technika vykreslování, která simuluje cestu světelných paprsků scénou a z jejich průsečíků s objekty počítá barvu pixelů. Používá se pro věrohodné odrazy, stíny, průhlednost a globální osvětlení, ale je výpočetně náročnější než běžná rasterizace.

Retopologie je úprava nebo nové vytvoření polygonální sítě 3D modelu tak, aby měla čistší tok hran, méně zbytečných polygonů a lepší chování při animaci, texturování nebo renderování. Používá se hlavně po digitálním sculptingu, 3D skenu nebo automatickém generování geometrie pro hry a vizualizace.

Rigging je příprava 3D modelu na animaci pomocí kostry, vazeb, kontrolerů a deformačních pravidel. Rigger určí, které části mesh modelu se mají hýbat spolu s konkrétními kostmi nebo ovladači, aby postava, obličej, stroj či rekvizita reagovaly předvídatelně při pózování a exportu do animačního nebo herního workflow.

Scéna je v grafickém programování a 3D designu uspořádaný celek objektů, světel, kamer, materiálů a dalších dat, ze kterých renderer nebo herní engine vytváří výsledný obraz či interaktivní prostředí. Určuje prostorové vztahy, viditelnost, animace i vazby mezi prvky. Dobře navržená scéna odděluje obsah od způsobu vykreslení a usnadňuje úpravy, optimalizaci i sdílení dat mezi nástroji.

Sculpting je způsob tvorby 3D modelu, při kterém umělec deformuje hustou síť polygonů štětci podobnými hlíně: tahem přidává hmotu, ubírá ji, uhlazuje nebo vyrývá detail. Místo ruční práce s jednotlivými vrcholy a hranami pracuje s tvarem jako celkem, což se hodí pro organické objekty, postavy a tvory.

Subdivize je technika 3D modelování, při které se hrubá polygonální síť opakovaně dělí na menší plochy podle pevného schématu a její vrcholy se zprůměrují, takže hranatý model konverguje k hladkému povrchu. Modelář pracuje s několika desítkami polygonů, zatímco renderer zobrazí povrch s tisíci mikroploškami.

Textura je datový obraz nebo procedurální vzor, který se v počítačové grafice používá k určení vzhledu povrchu objektu. Může nést barvu, průhlednost, drsnost, normály nebo jiné hodnoty, které shader čte při vykreslování. Textury umožňují bohatý detail bez modelování každé nerovnosti geometrií a výrazně ovlivňují paměť i výkon.

Topologie modelu je uspořádání vrcholů, hran a stěn polygonální sítě, tedy to, jak je povrch 3D objektu rozdělený na plochy a kudy vedou jeho hranové smyčky. Dobrá topologie kopíruje tvar i zamýšlenou deformaci modelu, drží čtyřúhelníkové stěny v rovnoměrném toku a rozhoduje o kvalitě animace, stínování i následného texturování.

UV mapování je způsob, jak přiřadit bodům na povrchu 3D modelu souřadnice v 2D textuře. Souřadnice U a V určují, která část obrázku se zobrazí na konkrétním polygonu, takže lze na objekt přesně nanést barvu, detaily materiálu, normálové mapy nebo jiné texturové informace.

Vertex shader je program běžící na GPU pro každý vstupní vrchol modelu, který vypočítá jeho polohu pro další fáze grafické pipeline. Obvykle převádí souřadnice z prostoru objektu přes kameru do projekce a předává interpolovatelná data, například barvu, normálu nebo UV souřadnice, fragment shaderu.

Vykreslovací pipeline je posloupnost pevně daných kroků, kterými grafická karta promění popis 3D scény (vrcholy, transformace, materiály) na barvy jednotlivých pixelů ve výsledném obrazu. Zahrnuje zpracování vrcholů, sestavení primitiv, ořez, rasterizaci, výpočet barvy fragmentů a zápis do framebufferu. Programovatelné části pipeline řídí shadery, zbytek obstarává pevná logika hardwaru.