Algumas Noções de 3D | Clube do Hardware

A AMD criou recentemente a tecnologia 3DNow! um recurso novo e inovador do processador AMD K6-2. As vantagens proporcionadas por essa nova tecnologia incluem maior quantidade de quadros por segundo em imagens de alta resolução, modelagem física muito melhor de ambientes reais, imagens 3D mais nítidas e detalhadas, playback de vídeo mais contínuo e áudio com qualidade próxima a de cinema. Um dos benefícios mais comentados dessa tecnologia é a sua capacidade de melhorar drasticamente gráficos 3D. Para ajudá-lo a entender o recente universo de 3D, nós relacionamos para você uma lista com algumas noções sobre 3D. essa lista não pretende ser um documento altamente técnico, mas sim um simples guia para que você compreenda melhor a terminologia normalmente utilizada.

API (Application Programming Interface, Interface de Programacao de Aplicativo): Um conjunto de rotinas que um aplicativo utiliza para solicitar e conduzir serviços de baixo nível executados por um sistema operacional de computador. Ou, em uma linguagem mais "humana", um conjunto de rotinas que localiza-se entre o hardware (CPU e Processador de vídeo, por exemplo) e o aplicativo de software (um jogo, por exemplo). Os programadores só precisam escrever o código uma vez para a API , permitindo que ele rode no hardware de qualquer fabricante.
DirectX: Uma API do Windows voltada para o desenvolvimento de programas com conteúdo multimídia. Segundo a Microsoft, ela oferece o primeiro conjunto completo de ferramentas que permite aos programadores acessar a flexibilidade multi-plataformas da Internet e as poderosas capacidades de multimídia do computador pessoal. O DirectX 6.0 é otimizada para 3DNow! e está disponível para aumentar o desempenho dos PCs baseados em processadores AMD-K6-2.
Direct3D: Uma API do DirectX utilizada especificamente para gráficos 3D. O Direct3D está sendo fortemente promovida pela Microsoft como sendo uma importante API para jogos e outras aplicações 3D. O Direct3D, sendo uma parte do DirectX 6.0, é otimizada para tecnologia 3DNow!.
OpenGL: Uma API utilizada há bastante tempo em estações de trabalho 3D de ponta. Muitos fabricantes de jogos também estão usando essa API. O OpenGL será otimizada para tecnologia 3DNow!.
AGP (Accelerated Graphics Port): O AGP é uma conexão ponto-a-ponto de alta velocidade entre o chipset do sistema (ponte norte) e o chip gráfico. O AGP destina-se a aumentar a qualidade, a taxa de quadros por segundo e a interatividade de aplicativos 3D e otimizar o custo do equipamento. A característica-chave do AGP é sua interface de alta velocidade com a memória principal (RAM). Isto significa que o buffer de quadros (e, mais significativamente, as funções de cache do buffer de quadros) pode localizar-se na memória principal, em vez de na placa (reduzindo o custo). Dessa forma, recursos 3D tais como mapas de textura podem ser maiores e armazenados na memória RAM, em vez de no buffer de quadros. Assim, mantém-se o buffer de quadros menor.
Cores de 16, 24 e 32 bits: Cada pixel é representado por uma cor. O modo 16 bits pode produzir 65.536 cores, enquanto o modo 24 bits pode produzir 16,7 milhões de cores. O modo 32 bits proporciona o mesmo número de cores que o modo 24 bits, mas gráficos de 32 bits podem ser manipulados muito mais rapidamente do que gráficos de 24 bits. Além disso, gráficos de 32 bits requerem cerca de 25% a mais de memória. Como o ser humano não consegue diferenciar mais do que 10 milhões de cores diferentes, considera-se que tanto gráficos de 24 bits como de 32 bits possuem qualidade fotográfica.
Taxa de "Blit" (Blit Rate): O processo de copiar uma seqüência de dados da memória principal do PC para a da placa de vídeo é chamado de "Blitting". A velocidade dessa operação é a taxa de "blit".
Taxa de Preenchimento (Fill Rate): Uma medida de quantos pixels uma placa 3D pode desenhar em um segundo.
Sprite: Um objeto gráfico (freqüentemente, um caractere ou cursor) que pode ser movimentado sobre uma imagem de fundo.
Engine: A parte de um programa de software que gerencia e atualiza os gráficos 3D em tempo real.
Polígono: Uma figura fechada, separando uma área interna de uma externa, formada por pelo menos três linhas - um triângulo, por exemplo. Triângulos (polígonos simples de três lados) formam a base para objetos criados no ambiente 3D. Na maioria dos aplicativos 3D, os objetos são feitos de polígonos dispostos em uma variedade de maneiras, de modo a criar uma imagem realística. Na maioria das vezes, centenas ou milhares de polígonos são necessários para um único objeto 3D, criando uma enorme quantidade de dados a serem gerados e manipulados. A tecnologia 3DNow! é idealmente adequada a esse tipo de ambiente.
Pixel - PI(X)cture ELement (Elemento de Imagem): A menor unidade de gráficos gerada por um adaptador de vídeo, geralmente do tamanho de uma cabeça de alfinete. Pixels podem possuir praticamente qualquer cor, dependendo das capacidades do adaptador.
Texel - TE(X)ture ELement (Elemento de Textura): Um pixel de um mapa de textura que foi aplicado a um polígono.
Malha: Termo para um objeto ou cena 3D - assim denominado por possuir a aparência de fios entrelaçados (como em uma rede).
Estrutura de Arame (wireframe): Uma exibição bruta de um objeto, utilizando linhas para representar as bordas dos polígonos, o que a faz lembrar uma escultura feita de uma malha de arame.
Sombreamento Plano (Flat Shading): Mostra a superfície e as cores, de uma maneira simples. Os objetos parecem, freqüentemente, facetados (pouca ou nenhuma suavidade entre os polígonos).
Sombreamento Suave (Goraud Shading): Mostra a superfície com cor e suavização. E um modo de exibição muito popular atualmente, pois o hardware pode suporta-lo. Ainda assim, requer muito poder de processamento.
Texturização suave: Começa a parecer-se com uma renderização pronta. Exige uma quantidade enorme de poder de processamento da CPU e de memória.
Iluminação: São necessárias luzes para iluminar objetos em rotação, de forma que eles pareçam o mais realísticos possível na renderização final. Quatro tipos principais de luzes são utilizadas em software 3D: 1. Luzes Omni: Como uma lâmpada, iluminando objetos em todas as direções.
2. Luzes Spot: Destacam uma porção de um objeto.
3. Luzes Distantes: Usadas para simular fontes distantes de luz, tais como a lua, que cria sombras paralelas.
4. Luz Ambiente: Presente em todos os lugares, em um espaço 3D. Usada para simular a luz refletida por outros objetos.
Brilhos Especulares: Os reflexos brilhantes de luz vistos em objetos polidos.
Renderização: O processo de um computador interpretar todos os dados de objetos e iluminação, e então criar uma imagem finalizada, vista pela perspectiva escolhida.
Renderizacao "Chata" (Flat): Cria superfícies de polígonos com contornos nítidos, cada uma preenchida por uma só cor. Um meio muito rápido, porem bruto, de renderizar uma cena.
Sombreado Gouraud: Une suavemente superfícies de objetos, tornando-os muito mais realísticos do que superfícies com renderizacao "chata". Muitos dos jogos e simuladores de vôo 3D em tempo real mais novos utilizam sombreado Gouraud (também conhecido com sombreado suave).
Sombreado Phong: Uma forma de sombreado mais realística e complexa do que Gouraud, e que requer ainda mais poder de processamento.
Ray Tracing (Traçado de Raios): O mais alto nível de qualidade de renderizacao disponível através da maioria de aplicativos de desenvolvimento 3D em computadores desktop. Permite que um raio seja refletido em superfícies e distorcido, exatamente como a luz real. O resultado obtido é muito realístico, com sobras extremamente precisas, reflexões e até mesmo refração.
Transformações: Operações que alteram a posição, o tamanho ou a orientação de um objeto. Transformações comuns incluem Mover, Ampliar/Reduzir e Rotacionar.
Deformações: Semelhante as transformações, mas alteram objetos de maneiras como Torcer, Entortar, Enviesar etc.
Corte (Clipping): Eliminação de quaisquer polígonos fora do campo de visão do observador.
Mapeamento de Textura: É o processo de desenvolver e designar atributos de material a um objeto, para proporcionar uma aparência realística. Antes de as texturas serem aplicadas, todos os objetos em um programa 3D possuem uma aparência padrão de plástico, seja cinza ou em algumas cores. O mapeamento dá ao objeto uma cor, acabamento, ou textura específicos. O segredo para criar cenas 3D convincentes é a prática - a prática que leva a imperfeição! Na realidade, os objetos possuem contornos brutos e imperfeições. O mapeamento de texturas permite este tipo de realismo. Pense em uma pedra: Uma parede composta por retângulos levemente irregulares, todos com superfícies chatas e cinzas e tão pouco convincente quanto uma parede feita de blocos perfeitos. Mas quando a textura de uma "pedra", com suas imperfeições, e adicionada aos objetos, os blocos anteriormente cinzas e simples adquirem a aparência de pedras verdadeiras. Os recursos mais importantes de mapeamento de texturas são correção de perspectiva, mapeamento MIP e filtragem bilinear.
Textura: Uma imagem em bitmap, seja digitalizada ou pintada, que proporciona a um material qualidades realísticas.
Bitmap (BMP): Um formato comum de imagens de 24 bits. Originalmente desenvolvido pela Microsoft como o formato nativo para ícones e imagens no ambiente Windows.
JPG: Usado normalmente para armazenar imagens fotográficas - muito popular na Internet.
GIF: Usado amplamente por programas comerciais e shareware - freqüentemente usado como formato padrão de imagens na Internet - também inclui um formato animado, utilizado na Internet em muitas animações gráficas simples.
Correção de Perspectiva: Corrige as texturas, ajustando-as a perspectiva do observador. Os jogos, hoje em dia, tendem a utilizar triângulos relativamente grandes e empregar mapas de textura para dar a aparência de muito mais detalhe do que seria possível de outra forma. Apesar de a manutenção da perspectiva correta exigir poder de processamento, as abordagens alternativas resultam em distorção visível e texturas flutuantes, o que provoca perda de atenção na cena em doses brandas e enjôo em doses maiores!
Mapeamento MIP: essa técnica melhora a qualidade de imagem de objetos 3D distantes. Mapas MIP são texturas múltiplas com diferentes resoluções, que representam a textura quando vista de distâncias variadas e são substituídas na textura conforme o ponto de vista aproxima-se (ou afasta-se) do objeto. esse recurso evita que objetos distantes tenham uma aparência caótica.
Filtragem bilinear e trilinear: A filtragem bilinear é uma das maneiras mais simples de evitar um efeito "pixelated" (aparência de mosaico, ou em blocos) nas texturas, o que pode se tornar especialmente obvio quando o observador aproxima-se de um objeto com mapeamento de textura, tal como uma parede. esse recurso suaviza a textura, colorindo cada texel com uma media ponderada dos valores das cores dos quatro texels ao redor. A diferença da qualidade resultante é dramática, especialmente nos casos em que mapas de textura são ampliados.
Anti-aliasing: Pelo fato de imagens digitais serem basicamente constituídas por uma matriz de pontos, as linhas que não sejam perfeitamente horizontais ou verticais podem criar objetos com linhas serrilhadas (com a aparência de uma "escada"). Essas imagens com os cantos quadrados são chamadas, freqüentemente, de "jaggies". O Anti-aliasing reduz esse efeito, preenchendo os pixels nas regiões "serrilhadas" como cores intermediárias entre a cor da linha e a cor de fundo, suavizando as bordas e tornando a linha mais fluida.
Névoa (Fogging): Um dos efeitos atmosféricos mais comuns - permite que objetos próximos sejam vistos claramente, ao passo em que objetos distantes podem parecer esmaecidos. Por exemplo, os objetos podem parecer dissolver-se na névoa distante. esse efeito e não somente atmosférico, mas os programadores gostam dele porque pode-se reduzir a quantidade de detalhes contidos ao mesmo tempo em uma cena, reduzindo-se assim o peso sobre a CPU e o acelerador gráfico.
Buffer Z: Um recurso relativamente novo e popular, serve para coordenar precisamente a superposição de objetos no espaço 3D. Usado freqüentemente para a criação de efeitos de névoa. Em vez de armazenar apenas a posição espacial de um pixel (x,y), o buffer z armazena também a profundidade. Um buffer contendo estes valores de profundidade é denominado buffer z.
Combinação Alfa (Alpha Blending): Método de misturar texturas, permitindo muitos efeitos visuais, como reflexões ou transparência parcial. Os objetos podem adquirir um alto grau de transparência, tal como água límpida, ou uma translucência parcial, como explosões.