Что такое полигоны в графике

Что такое полигоны в графике

Полигональные фигуры очень напоминают оригами или ограненные драгоценные камни. Давайте разберемся, что такое полигональная графика? И почему дизайнеры так любят использовать этот прием в своих работах?

Полигон (от греч. polýgonos – многоугольный), полигональная линия – это ломаная линия, составленная из конечного числа прямолинейных отрезков (звеньев). Под полигоном также понимают замкнутую ломаную линию, т. е. многоугольник.

Полигональная графика интеллектуальна

Это визуализация осознанной формы. Художникам и дизайнерам полигон помогает упростить, осмыслить, а значит, в дальнейшем правильно передать форму и объем объекта.

Помогает он и в трехмерной графике. Там полигон — это минимальная поверхность, элемент, из которого складываются каркасы форм любой сложности. Чем больше полигонов, тем более детализованной будет модель. В трехмерной графике в качестве полигонов обычно применяют треугольники.

Полигоны — простые, красивые, лаконичные и бесконечно многообразные вдохновляют многих современных дизайнеров. Из них можно составлять абстрактные композиции и стильные иллюстрации любой сложности

В этой статье вы узнаете много нового о полигонах и полигональной графике и увидите замечательные примеры ее использования. Также здесь собрано несколько уроков, которые помогут вам освоить эту технику.

В какой программе можно создавать полигональную графику?

Трехмерная графика. На этот вопрос нет однозначного ответа. Мастера 3D, предпочтут, несомненно, делать это в 3D max, Maya, или Cinema 4D. Последнее ПО настолько дружелюбно, что в нем может рисовать даже ребенок. В целом, полигональная графика достаточно проста в создании, особенно если сравнивать с фотореалистичной визуализацией. Она напоминает ранние дни компьютерного моделирования и анимации с налетом современных техник. Чем меньше полигонов вы используете на стадии моделирования, тем более абстрактным будет результат. Для выраженного эффекта можно отключить функцию сглаживания в настройках рендеринга, и тогда вы получите четкие грани. Здесь все зависит от эффекта, которого вы хотите достичь. Использование низкополигональной техники совсем не означает, что сцена будет простой. Вы можете использовать сложные текстуры, реалистичные настройки отражений и преломлений в окружающей среде и т. д.

2D графика. Можно создавать полигональные шедевры в таких программах как Adobe Illustrator, CorelDraw и даже Adobe Photoshop. Эти программы, в отличие от специфичных 3D пакетов, хорошо знакомы большинству дизайнеров. Таким методом можно создавать стилизованные, декоративные изображения с потрясающими цветовыми сочетаниями.

А еще можно дополнять полигональную графику фотографиями, создавая удивительные коллажи, напоминающие дополненную реальность и намекающие о связях между реальным и виртуальными мирами. Некоторые работы дополняются типографикой.

А еще можно попробовать онлайн-генераторы полигонов

Trianglify

Очень простой генератор, который позволит создать низкополигональные фоны с заданной палитрой цветов. Можно создать красивый фон для Вашего дизайна. Готовый полигон можно бесплатно скачать в формате SVG.

Как преобразовать растр в полигоны онлайн

Функциональный генератор для создания триангулярных изображений. Создает полигональную композицию из любого растрового изображения. Есть ряд настроек и кнопка рандомизации для получения случайных результатов. После того как изображение будет готово Вы сможете скачать его в форматах PNG и SVG.

Полигональные логотипы

На волне популярности полигональной графики стали создаваться логотипы в таком стиле

Создаем полигональный логотип в программе CorelDraw


Полигональный портрет

Эта техника позволяет создавать работы любой сложности.

В этих уроках показано, как создать полигональный портрет

Объекты созданные с помощью полигональных сеток должны хранить разные типы элементов, таких как вершины, ребра, грани, полигоны и поверхности. Во многих случаях хранятся лишь вершины, ребра и либо грани, либо полигоны. Рендерер может поддерживать лишь трех-сторонние грани, так что полигоны должны быть построены из их множества, как показано на рис. 1. Однако многие рендереры поддерживают полигоны с четырьмя и более сторонами, или умеют триангулировать полигоны в треугольники на лету, делая необязательным хранение сетки в триангулированной форме. Также в некоторых случаях, таких как моделирование головы, желательно уметь создавать и трех- и четырех-сторонние полигоны.

Вершина — это позиция вместе с другой информацией, такой как цвет, нормальный вектор и координаты текстуры. Ребро это соединение между двумя вершинами. Грань это замкнутое множество ребер, в котором треугольная грань имеет три ребра и четырехугольное — четыре. Полигон это множество граней. В системах, которые поддерживают многосторонние грани, полигоны и грани равнозначны. Однако, большинство аппаратного обеспечения для рендеринга поддерживает лишь грани с тремя или четырьмя сторонам, так что полигоны представлены как множество граней. Математически, полигональная сетка может быть представлена в виде неструктурированной сетки, или неориентированного графа, с добавлением свойств геометрии, формы и топологии.

Читайте также:  Бэтмен аркхем кнайт дополнения

Поверхности, чаще называемые группами сглаживания, полезны, но не обязательны для группирования гладких областей. Представьте себе цилиндр с крышками, такой как жестяная банка. Для гладкого затенения сторон, все нормали должны указывать горизонтально от центра, тогда как нормали крышек должны указывать в +/-(0,0,1) направлениях. Если рендерить как единую, затененную по Фонгу поверхность, вершины складок имели бы неправильные нормали. Поэтому, нужен способ определения где прекращать сглаживание для того, чтобы группировать гладкие части сетки, также, как полигоны группируют трехсторонние грани. Как альтернатива предоставлению поверхностей/групп сглаживания, сетка может содержать другую информацию для расчета тех же данных, такая как разделяющий угол (полигоны с нормалями выше этого предела либо автоматически рассматриваются как отдельные группы сглаживания, либо по отношению к ребру между ними применяется какая-либо техника, как например разделение или скашивание). Также, полигональные сетки с очень высоким разрешением менее подвержены проблемам, для решения которых требуются группы сглаживания, так как их полигоны настолько малы, что нужда в них пропадает. Кроме того, другая альтернатива существует в возможности просто отсоединения самих поверхностей от оставшейся части сетки. Рендереры не пытаются сглаживать ребра между несмежными полигонами.

Формат полигональной сетки может определять и другие полезные данные. Могут быть определены группы, которые задают отдельные элементы сетки и полезны для установления отдельных подобъектов для скелетной анимации или отдельных субъектов нескелетной анимации. Обычно определяются материалы, позволяя разным частям сетки использовать разные шейдеры при рендере. Большинство форматов сетки также предполагают UV координаты, которые являются отдельным двухмерным представлением полигональной сетки, "развернутым" чтобы показать какая часть двумерной текстуры применяется к разным полигонам сетки.

Представления

Полигональные сетки могут быть представлены множеством способов, используя разные способы хранения вершин, ребер и граней. В них входят:

  • Список граней: описание граней происходит с помощью указателей в список вершин.
  • "Крылатое" представление: в нём каждая точка ребра указывает на две вершины, две грани и четыре (по часовой стрелке и против часовой) ребра, которые её касаются. Крылатое представление позволяет обойти поверхность за постоянное время, но у него бо́льшие требования по памяти хранения.
  • Полуреберные сетки: способ похож на "крылатое" представление, за исключением того, что используется информация обхода лишь половины грани.
  • Четырехреберные сетки [неизвестный термин] , которые хранят ребра, полуребра и вершины без какого-либо указания полигонов. Полигоны прямо не выражены в представлении, и могут быть найдены обходом структуры. Требования по памяти аналогичны полуреберным сеткам.
  • Таблица углов, которые хранят вершины в предопределенной таблице, такой что обход таблицы неявно задает полигоны. В сущности, это "веер треугольников", используемый в аппаратном рендеринге. Представление более компактное и более производительное для нахождения полигонов, но операции по их изменению медленны. Более того, таблицы углов не представляют сетки полностью. Для представления большинства сеток нужно несколько таблиц углов (вееров треугольников).
  • Вершинное представление: представлены лишь вершины, указывающие на другие вершины. Информация о гранях и ребрах выражена неявно в этом представлении. Однако, простота представления позволяет проводить над сеткой множество эффективных операций.

Каждое из представлений имеет свои преимущества и недостатки. [1]

Выбор структуры данных определяется применением, необходимой производительностью, размером данных, операциями, которые будут выполняться. К примеру, легче иметь дело с треугольниками, чем с многоугольниками общего вида, особенно в вычислительной геометрии. Для определенных операций необходимо иметь быстрый доступ к топологической информации, такой как ребра или соседние грани; для этого требуются более сложные структуры, такие как "крылатое" представление. Для аппаратного рендеринга нужны компактные, простые структуры; поэтому в API низкого уровня, такие как DirectX и OpenGL обычно включена таблица углов (веер треугольников).

Читайте также:  Почему отстает время на компьютере

Вершинное представление

Вершинное представление описывает объект как множество вершин, соединенных с другими вершинами. Это простейшее представление, но оно не широко используемое, так как информация о гранях и ребрах не выражена явно. Поэтому нужно обойти все данные чтобы сгенерировать список граней для рендеринга. Кроме того, нелегко выполняются операции на ребрах и гранях.

Однако, сетки ВП извлекают выгоду из малого использования памяти и эффективной трансформации. Рисунок 2 показывает пример параллелепипеда изображенный с использованием ВП сетки. Каждая вершина индексирует её соседние вершины. Заметьте, что последние две вершины, 8 и 9 сверху и снизу параллелепипеда, имеют четыре связанных вершины, а не пять. Главная система должна справляться с произвольным числом вершин связанных с любой данной вершиной.

Для более детального описания сеток ВП см. Smith (2006)(англ.). [1]

Список граней

Сетка с использованием списка граней представляет объект как множество граней и множество вершин. Это самое широко используемое представление, будучи входными данными типично принимаемыми современным графическим оборудованием.

Список граней лучше для моделирования, чем вершинное представление тем, что он позволяет явный поиск вершин грани, и граней окружающих вершину. Рисунок 3 показывает пример параллелепипеда в виде сетки с использованием списка граней. Вершина v5 подсвечена, чтобы показать грани, которые её окружают. Заметьте, что в этом примере у каждой грани обязательно 3 вершины. Однако это не означает что у каждой вершины одно и то же количество окружающих граней.

Для рендеринга грань обычно посылается в графический процессор как множество индексов вершин, и вершины посылаются как позиция/цвет/структуры нормалей (на рисунке дана лишь позиция). Поэтому изменения формы, но не геометрии, могут быть динамически обновлены просто переслав данные вершины без обновления связаности граней.

Моделирование требует легкого обхода всех структур. С сеткой использующей список граней очень легко найти вершины грани. Также, список вершин содержит список всех граней связанных с каждой вершиной. В отличие от вершинного представления, и грани и вершины явно представлены, так что нахождение соседних граней и вершин постоянено по времени. Однако, ребра не заданы явно, так что поиск все ещё нужен, чтобы найти все грани, окружающие заданную грань. Другие динамические операции, такие как разрыв или объединение грани, также сложны со списком граней.

"Крылатое" представление

Представленное Брюсом Баумгартом в 1975, "Крылатое" представление явно представляет вершины, грани и ребра сетки. Это представление широко используется в программах для моделирования для предоставления высочайшей гибкости в динамическом изменении геометрии сетки, потому что могут быть быстро выполнены операции разрыва и объединения. Их основной недостаток — высокие требования памяти и увеличенная сложность из-за содержания множества индексов.

"Крылатое" представление решает проблему обхода от ребра к ребру и обеспечивает упорядоченное множество граней вокруг ребра. Для любого заданного ребра число исходящих ребер может быть произвольным. Чтобы упростить это, "крылатое" представление предоставляет лишь четыре, ближайшие ребра по часовой и против часовой стрелки на каждом конце ребра. Другие ребра можно обойти постепенно. Поэтому информация о каждом ребре напоминает бабочку, поэтому представление называется "крылатым". Рисунок 4 показывает пример параллелепипеда в "крылатом" представлении. Полные данные по ребру состоят двух вершин (конечные точки), двух граней (по каждую сторону), и четыре ребра("крылья" ребра).

Рендеринг "крылатого" представления графическим оборудованием требует генерирования списка индексов граней. Обычно это делается только когда изменяется геометрия. "Крылатое" представление идеально подходит для динамической геометрии, такой как подразделение поверхностей и интерактивное моделирование, так как изменения сетки могут происходить локально. Обход вокруг сетки, что может пригодиться для обнаружения столкновений, может быть эффективно выполнено.

См. Baumgart (1975) для подробностей (англ.) [2]

Сводка представлений сеток

Операция Вершинное представление Список граней "Крылатое" представление
V-V Все вершины вокруг вершины Явно V → f1, f2, f3, . → v1, v2, v3, . V → e1, e2, e3, . → v1, v2, v3, .
E-F Все ребра грани F(a,b,c) → , , F → , , Явно
V-F Все вершины грани F(a,b,c) → Явно F → e1, e2, e3 → a, b, c
F-V Все грани вокруг вершины Поиск пары Явно V → e1, e2, e3 → f1, f2, f3, .
E-V Все ребра вокруг вершины V → , , , . V → f1, f2, f3, . → v1, v2, v3, . Явно
F-E Обе грани ребра Сравнение списков Сравнение списков Явно
V-E Обе вершины ребра E(a,b) → E(a,b) → Явно
Flook Найти грань с данными вершинами F(a,b,c) → Пересечение множеств v1,v2,v3 Пересечение множеств v1,v2,v3
Размер памяти V*avg(V,V) 3F + V*avg(F,V) 3F + 8E + V*avg(E,V)
Пример с 10 вершин, 16 граней, 24 ребра:
10 * 5 = 50 3*16 + 10*5 = 98 3*16 + 8*24 + 10*5 = 290
Рисунок 5: сводка операций представлений сеток
Читайте также:  Нет кнопки очистка диска windows 7

В представленной выще таблице, явно указывает на то, что операция может быть выполнена за постоянное время, так как хранятся непосредственные данные; сравнение списков указывает на то, что для выполнения операции должно быть выполнено сравнение двух списков; и поиск пары указывает на то, что должен быть выполнен поиск двух индексов. Обозначение avg(V,V) означает среднее число вершин, соединенных с заданной вершиной; avg(E,V) означает среднее число ребер соединенных с заданной вершиной, и avg(F,V) — среднее число граней, соединенных с заданной вершиной.

Обозначение "V → f1, f2, f3, . → v1, v2, v3, . " показывает что для выполнения операции необходим обход вокруг нескольких элементов. К примеру, чтобы получить "все вершины вокруг заданной вершины V" используя список граней, нужно сначала найти грани вокруг заданной вершины V используя список вершин. Затем, из этих граней, используя список граней, найти вершины вокруг них. Заметьте, что "крылатое" представление хранит почти всю информацию в явном виде, и другие операции всегда обходят сначала ребро, чтобы получить дополнительную информацию. Вершинное представление — единственное представление, которое в явном виде хранит соседние вершины заданной вершины.

С увеличением сложности представлений (слева направо в сводке), количество информации, хранящейся в явном виде, растет. Это дает более прямой, постоянный по времени, доступ к обходу и топологии различных элементов, но ценой увеличения занимаемой памяти для сохранения индексов надлежащим образом.

Как общее правило, сетки использующие список граней используются всякий раз, когда объект должен рендериться с помощью аппаратного обеспечения, которое не меняет геометрию (соединения), но может деформировать или трансформировать (позиции вершин), например в рендеринге статичных или трансформируемых объектов в реальном времени. "Крылатое" представление используется когда геометрия изменяется, например в интерактивных пакетах моделирования или для вычисления подразделенныех поверхностей. Вершинное представление идеально для эффективных, комплексных изменениях в геометрии или топологии, пока аппаратный рендеринг не важен.

Другие представления

Потоковые сетки хранят грани упорядочено, но независимо, так чтобы сетку можно было пересылать по частям. Порядок граней может быть пространственным, спектральным, или базированным на других свойствах сетки. Потоковые сетки позволяют рендерить очень большие сетки даже тогда, когда они ещё загружаются.

Прогрессивные сетки передают данные о вершинам и гранях с повышающимся уровнем детализации. В отличие от потоковых сеток, прогрессивные сетки дают общую форму целого объекта, но на низком уровне детализации. Дополнительные данные, новые ребра и грани, прогрессивно увеличивают детализацию сетки.

Нормальные сетки передают постепенные изменения сетке как множество смещений нормалей от базовой сетки. С помощью этой техники, ряд текстур отображает желаемые нарастающие изменения. Нормальные сетки компактны, так как для выражения смещения нужно лишь одно скалярное значение. Однако, техника требует ряд сложных трансформаций чтобы создать текстуры сдвига.

Файловые форматы

Полигональные сетки могут храниться в множестве файловых форматов:

что такое полигоны

Автор Homer J Simpson задал вопрос в разделе Железо

Что такое полигон в компьютерной графике? и получил лучший ответ

Ответ от Overclocker[гуру]
Полигон (компьютерная графика) — минимальная поверхность для визуализации. Поскольку во многих задачах компьютерной графики требуется, чтобы объект являлся выпуклым многоугольником, в качестве полигонов обычно применяют треугольники.
Источник: 2-й отв.OverclockerОракул(55940)ну да

Ответ от Валерий Мартынов[гуру]

спросили в Железо
Что такое артефакты.
Термин употребляется в несколько разных смыслах в различных областях:

Ссылка на основную публикацию
Что делать если плохо работает отпечаток пальца
Владельцы современных смартфонов на платформе Android нередко сталкиваются с тем, что сканер отпечатков пальцев реагирует недостаточно быстро и точно. Зачастую...
Хайскрин пауэр айс эво
Вас интересуют характеристики Highscreen Power Ice Evo (Хайскрин Повер Ис Эво)? Мы собрали всю важную информацию, чтобы помочь определиться с...
Халявные страницы в вк логины и пароли
Please complete the security check to access youhack.ru Why do I have to complete a CAPTCHA? Completing the CAPTCHA proves...
Что делать если пропал звук в наушниках
Всё о Интернете, сетях, компьютерах, Windows, iOS и Android Нет звука в наушниках на телефоне — что делать?! А Вы...
Adblock detector