5-ma’ruza: Amaliy grafik dasturlar: vektor, rastr va animatsiya grafik vositalari Photoshop, CorelDraw dasturlari

5-ma’ruza: Amaliy grafik dasturlar: vektor, rastr va animatsiya grafik vositalari – Photoshop, CorelDraw dasturlari.
Ilmiy hisoblashlar, texnik loyihalashtirish, fizik ob’ketni kompyuterda modellashtirish kabi sohalarda uch o‘lchamli grafika keng qo‘llaniladi. Misol sifatida real fizik jism harakati tasvirlarni yaratishni qaraymiz.
-Ob’ektni soddalashtirilgan holda uch o‘lchamli fazoda modellashtirish uchun quyidagilar talab qilinadi.
-ob’ketning haqiqiy shakligi eng to‘liq mos keluvchi virtual karkasni (skletni) loyihalashtirish va yaratish;
Soddalashtirilayotgan fizik xossalar bo‘yicha haqiqiyga o‘xshash bo‘lgan virtual materiallarini loyihalashtirish va yaratish;
-ob’ekt sirtining turli qismlariga materiallarni joylashtirish (professional jihatda – “ob’ekt sirtining teksturasini loyihalashtirish”);
-ob’ekt harakat qiladigan fazoning fizik parametrlarini (yorug‘lik, gravitatsiya, atmosferaning xossalari, o‘zaro ta’sir qiluvchi ob’ketlarning va sirtlarning xossalarini) berish;
- ob’ektlarning harakat traektoriyalarini berish;
natijaviy kadrlar (tasvirlar) ketma-ketligini hisoblash;
yaratilayotgan animatsion rolikka sirtsimon effektlarni qo‘yish.

Ob’ektni real modelini yaratish uchun geometrik primitevlar (to‘g‘ri burchak, kub, shar, konus va boshqalar) va silliq (splayn) sirtlardan foydalaniladi. Ko‘p hollarda silliq sirtlarni hosil qilish uchun teng taqsimlanmagan turda (setkada) bikubik ratsional V-splaynlar usuli qo‘llaniladi. Bu holda sirtning ko‘rinishi fazodagi tayanch nuqtalarning turla joylashishi bilan aniqlanadi. Har bir nuqtaga ma’lum bir koeffitsient berilib, uning qiymati nuqta yaqinidan o‘tgan sirtning qismiga (bo‘lagiga) ta’sir qilish darajasini aniqlaydi. Sirtning shakli va ”silliqligi” tayanch nuqtalarning o‘zaro joylashishi va koeffitsientlarning qiymatiga bog‘liq.

Ob’ekt deformatsiyasi uning yaqinida joylashgan nazorat nuqtalarining ko‘chishini (siljishini) ta’minlaydi. Har bir nazorat nuqtasini o‘ziga yaqin tayanch nuqtalari bilan bog‘liq bo‘lib, uning ta’sir darajasi ulardan qancha uzoqligi bilan aniqlanadi. Boshqa usul turli deformatsiya deb ataladi. Bunda ob’ektning yoki uning qismi atrofida uch o‘lchovli tur joylashtirilib, har bir nuqtaning kuchishi ham turning o‘zida ham ob’ektning atrofida elastik deformatsiyani vujudga keltiradi.
Qattiq jismli modellashtirish primitivlardan ob’ektlarni qurishning yana bir usuli bo‘lib xizmat qiladi. Qattiq jism sifatida tasvirlangan ob’ektlar turli usullar (birlashtirish, ayrish va boshqalar) bilan transformatsiya qilinadi.
Ob’ekt “skeletini” shakllantirilgandan so‘ng uni sirtini materiallar bilan qoplash zarur, Uch o‘lchamli ob’ektni kompyuterda modellashtirishning hamma xususiyatlari sirtlarni vizuallashtirishga keladi. Boshqacha aytganda ularni vizuallashtirish uchun sirtning shaffoflik effektini va atrofidagi fazo bilan materiallarning chegarasida yorug‘lik nurini sinish burchagini hisoblash kerak. Materiallar sirtini yasash uchun beshta asosiy fizik modellardan foydalaniladi:
-diffuzion aks ettiruvchi sirtlar (Borknight);
-mirkrotekis bo‘lmagan tuzilmali sirtlar (Phong)
-o‘zaro kesishishni hisobga olgan va notekisligi maxsus taqsimlangan sirtlar (Blinn)
-yorug‘lik qutblanishini qo‘shimcha hisobga olish imkoniyatlarini beruvchi model (Whitted);
- yorug‘likni sinish parametrlari aks etish yo‘nalishini o‘zgartirish (tuzatish) imkoniyatini beruvchi model (Hall).
Sirtlarni bo‘yash Guro (Gourand) yoki Fong (Phong) usuli bilan amalga oshiriladi. Birinchi holda primitivning rangi faqat uni uchlari (asosiy nuqtalari) uzunligi hisoblanadi, so‘ng sirt bo‘yicha chiziqli interpolyatsiya qilinadi. Ikkinchi holda ob’ektga yaxlit bir quriladi, uni vektori primitivlar hosil qilingan sirt bo‘yicha interpolyatsiya qilinadi va yortilganlik miqdori har bir nuqta uchun hisblanadi. Sirtning aniq bir nuqtasidan kuzatuvchi tomonga boruvchi yorug‘lik sirtning material iva mazkur nuqtadan rangi bilan bog‘liq.
Sirtning xossasi yaratilayotgan (ikki yoki uch o‘lchamli) tekstura massivi bilan tasvirlanadi. Shunday qilib, massivda quyidagi ma’lumot bo‘ladi: materialni shaffoflik darajasi haqidagi; sinish koeffitsienti; komponentlarning siljish koeffitsientlari; har bir nuqtadagi rang; shu’la rangi, uning kengligi va tiniqligi; tarqoq (fon) yoritilganlik rangi; vektorlarni prokaldan lokal sinish.
Navbatdagi etap ob’ekt parchasining ma’lum bir uchatskasiga tekstura qo‘yish (loyihalashtirishdan) iborat. Bunda primitivlar chegarasiga ularni o‘zaro ta’sirini hisobga olish zarur. Ob’ektga mos materiallarni loyhalash – bu matematik jihat juda murakkab masala bo‘lib, u badiiy -ijodiy jarayon va bajaruvchidan ijodiy qobiliyatni talab qiladi.
Hosil qilinayotgan ob’ekt harakat qiladigan fazoning parametrlaridan eng muhimi (vizuallashtirish nuqtaiy nazardan) yorug‘lik manbasini ajratishdan iborat. Uch o‘lchamli grafikada fizik manbalardan virtual ekvivalentidan foydalanish qabul qilingan.
Ob’ekt orqasidagi (fonidagi) teng taqsimlangan yorug‘lik analogi tarqoq yorug‘lik (Ambient Lignt) deb ataladi. Bunga misol sifatida quyosh va oy ko‘rinmagan holda tabiiy yorug‘likni ko‘rsatish mumkin.
Nuqtaviy bo‘lmagan uzoqdagi manba uzoqdagi yorug‘lik (Distant Lignt) deb ataldi. Uning tabiatidagi analogi bo‘lib quyosh xizmat qilish mumkin.
Hamma yo‘nalishlar bo‘yicha teng taqsimlangan yorug‘lik tarqatuvchi manba nuqtaviy yorug‘lik (Roint Lignt Sonrce) deb ataladi. Texnikadagi analogi sifatida elektr lampochkasini ko‘rsatish mumkin.
Yo‘naltirilgan yorug‘lik manbai (Direst Lignt Sonrce) joylashgan joydan tashqari yorug‘lik oqimining yo‘nalishi, yorug‘lik konusining burchagi va uning eng yorqin izi. Uning texnikadagi analogi sifatida projektorni ko‘rsatish mumkin.
Ob’ekt loyhalashtirish va vizuallashtirish tugagandan so‘ng uni “jonlantirish” (ya’ni harakat qilishi uchun zarur parametrlarni berishga) kirishiladi. Kompyuter animatsiyasi asosiy kadrlarga tayanadi. Asosiy kadrlar o‘rtasidagi oraliq qiymatlar maxsus algoritm bo‘yicha hisoblanadi. Bunda oddiy chiziqli approksimatsiya emas, balki berilga shartlarga mos ravishda ob’ektni asosiy nuqtalari holatini teng o‘zgarishi amalga oshiriladi.
Bu shartlar harakatlanish tekisligidagi ob’ektlar ierarxiyasi (ya’ni ular o‘rtasidagi o‘zaro ta’sir qilish qonunlari burilish burchaklarining eng katta qiymatlari, ularni tezliklari va tezlanishlarining kattaligi) bilan aniqlanadi. Bunday yondoshuv harakat kinematikasining inversion usuli deb ataladi. U mexanik ыurilmalarni modellashtirishda yaxshi ishlaydi. Tirik ob’ektlarni imitatsiya qilish zarurati tug‘ilgan holda skelet modeli deb ataluchi modeldan foydalaniladi. Bunda modellashtirilayotgan ob’ektni xarakterlovchi nuqtalarda qandaydir bir karkas hosil qilinadi. Nuqtalarni harakati oldingi usullar bilan hisoblanadi. So‘ng modellashtirilgan sirtlardan tashkil topgan komponenti karkasga joylashtiriladi. Buning uchun karkas modeli hosil qilinadi va karkasni o‘zi nazorat nuqtalar to‘plami bo‘ladi. Yoritilganlikni hisobga olgan holda teksturani (hosil qilingan sirtni) joylashtirish asosida karkas model vizuallashtiriladi. Ob’ektni ko‘chirganda tirik mavjudot haraktlarini juda ham originalga o‘xshash imitatsiya qiladi.
Eng takomillashagan animatsiya usuli fizik ob’ektning real harakatini tasvirlashdan iborat. Masalan, odamning nazorat nuqtalarini yorqin yorug‘lik manbalari berkitib qo‘yilgan va video yoki kinoplyonkaga berilgan harakt olingan. Natijada imitatsiya qilingan ob’ektning harakati uning tirik prototipidan deyarli farq qilmaydi.