三维图像详解

文章摘要：三维图像详解引言计算机显示器就是一个有两个真实维度（高和宽）的显示器。但当您看电影（如《玩具总动员2》）或玩游戏（如《古墓丽影》）时，您就会看到一个通向三维世界的窗口。这个窗口的其中一个真正神奇之处就在于，您看到的世界既可能是我们所生活的世界，也可能是未来世界，或许还可能是仅存在于电影或游戏创作者心目中的世界。所有这些都可以出现在您用来写报告或跟踪股票投资组合的同一个屏幕上。那么，计算机是如何欺骗您的眼睛，让它们以为平面屏幕可以深深地延伸到一系列房间中的呢？游戏程序员又是如何让您相信，您看到的是真实的人物在真正的场景中走动？在本篇的博闻网文章中，我们将向您介绍三维图形设计师们采用的一些视觉小诀

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三维图像详解

引言

计算机显示器就是一个有两个真实维度（高和宽）的显示器。但当您看电影（如《玩具总动员2》）或玩游戏（如《古墓丽影》）时，您就会看到一个通向三维世界的窗口。这个窗口的其中一个真正神奇之处就在于，您看到的世界既可能是我们所生活的世界，也可能是未来世界，或许还可能是仅存在于电影或游戏创作者心目中的世界。所有这些都可以出现在您用来写报告或跟踪股票投资组合的同一个屏幕上。

那么，计算机是如何欺骗您的眼睛，让它们以为平面屏幕可以深深地延伸到一系列房间中的呢？游戏程序员又是如何让您相信，您看到的是真实的人物在真正的场景中走动？在本篇的博闻网文章中，我们将向您介绍三维图形设计师们采用的一些视觉小诀窍，以及硬件设计师们是如何迅速实现这些小诀窍，使三维图形看起来就像是一部对您的每个举动都能做出反应的电影。

三维效果

一幅图画如果有（或看起来有）高度、宽度和纵深，那么就可以称之为三维（或3D）图画。一幅图画如果有高度和宽度，但没有纵深，那么它就是二维（或2D）的。有些图画专门被设计成二维的。例如，您可以想想指示哪扇门通往公共卫生间的国际通用标志。这些标志的设计使人们一眼便能认出它们。这就是为什么它们只采用最基本的形状。标志还可以包含其他信息，如小孩或妇女穿的是什么样的衣服、他们头发的颜色、他们是否定期健身等等，但所有这些额外信息可能让您花更多的时间才能从标志中读出基本含义：去公共卫生间该怎么走。二维图形和三维图形在使用上的基本差异之一就在于：二维图形擅长于迅速传达简单的信息，而三维图形能够讲述更复杂的故事，但同时必须携载更多信息。

来看看上图中的三角形。左侧的两个三角形都有三条线和三个角，这些是构成三角形必备条件。在我们看来，右侧的图像是个金字塔，一个带有四个三角形侧面的三维结构。请注意，金字塔形必须由五条线和六个角构成，构成金字塔所需的信息几乎是构成三角形所需信息的两倍。

数百年以来，艺术家们已经掌握了一些诀窍，能够让二维平面图看起来像是进入真正三维世界的窗口。您扫描到计算机上并在显示器上浏览的那些照片可能就运用到了这类诀窍。物体越远，看起来就越小；当焦点位于靠近相机的物体上时，较远的物体就变得模糊；物体离得越远，其色彩的鲜明度就越差。在谈到当今计算机上的三维图形时，我们指的不是静止的照片，而是移动的图像。

如果将二维图画做成三维图像需要添加大量信息，那么将三维静态图像做成能够逼真移动的图像，所需信息量就更大了。问题的一部分在于，我们的要求越来越高了。我们希望自己看到的所有东西都具有高度的真实性。二十世纪七十年代中期，像Pong这样的游戏的屏幕图形就能给人们留下深刻的印象。如今，我们将游戏屏幕与DVD电影进行比较，希望游戏的画面可以像影院的电影一样流畅、清晰。这是对PC、Macintosh以及日益增多的游戏机（如Dreamcast和PlaystationII）上的三维图形一次很大的挑战。

三维图形

对于我们大多数人而言，计算机或高级游戏系统上的游戏画面是最常见的三维图形。这些游戏（或采用计算机生成的图像制作而成的电影）必须经历三大主要步骤，才能创建并呈现逼真的三维场景：

1. 创建虚拟的三维世界。
2. 确定屏幕上显示的将是哪一部分的虚拟世界。
3. 确定屏幕上每个像素的外观，从而使整个图像看起来尽量逼真。

创建虚拟的三维世界
虚拟三维世界并不等同于一幅虚拟三维世界的图片。这个道理同样适用于我们的现实世界。就拿现实世界的极小一部分——您的手以及手下的桌面来打个比方吧。手的本质决定着手的移动方式和外观。手指关节向手掌方向弯曲，而不会向反方向弯曲。如果用手拍桌面，桌面不会四处飞溅，因为桌面总是那么牢固、坚硬。您的手不能穿过桌面。上述内容是您无法通过任何一张照片来证实的。但无论您拍多少张照片，您看到的始终是：手指关节只能向手掌方向弯曲；桌面始终是固体，而非液体，并且是硬的，不是软的。这是因为在现实世界中，手就是如此，并且将始终具有这样的属性。而虚拟三维世界中的物体却并非像您的手那样自然存在。它们完全是合成的。它们只具有软件赋予它们的特性。程序员必须使用专门工具，并且非常仔细地定义虚拟三维世界，从而使其中的一切始终以特定的方式表现。

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