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漫谈:PC时代的3D技术

作者:叶子 2002-04-15 09:01:53



  3D技术曾经只是专业计算机图形开发人员和那些拥有高端机器和软件的游戏迷的领域。工作站必须有相当强大的处理与存储能力处理色彩、文本和虚拟发光,才能使图形呈现出三维的效果。

  1987年开发出了用于PC机的第一代3D技术。当时的3D相对于今天的技术来讲还是很初级的,而且几乎仅仅应用于游戏中,还没有涉足到其它领域。到今天为止,3D已经走过了一段很长的发展历程,今天的3D技术不仅有优良的性能,而且也不再仅仅是专业人员或高级游戏迷的专利。目前已经普及的PC机比起以前有了更强大的处理能力,并且PC生产商已经在他们的计算机中增加了3D升级版和其它类型的3D技术。3D已经从游戏应用扩展到了其它领域,如网页和产品的设计,甚至是个人娱乐。

  然而尽管3D有了很大的进步,但是消费者和大部分的大中型企业还没有特别关注这种技术。另外,缺少主要的媒体播放器和在Web上使用3D图形的开发环境,也是阻碍3D技术继续发展的主要因素。

  由于各种各样的因素, 除了在游戏和其它几个专业领域之外,3D技术还没有在市场产生重要的影响。尽管如此,业界分析员相信该项技术及其潜力比目前其它任何桌面计算领域的发展速度都快,并预测基于PC和专业的用户的3D软件的销售额在今后几年会稳步增加。该技术之所以能够不断地进步,并具有相当大的潜力,除了3D技术本身外,还有其它几个不可忽视的因素。

先进的PC硬件和软件

  技术的进步已经大大提高了PC硬件处理的能力,同时也使降低了PC的价格,这样就使得用户有更多的机会接触3D,并有利于进一步研究3D的方法和算法。由于目前大量的计算都可以在硬件或固件中完成,母板总线的改进也已经能够允许内部传送大量的数据以及大幅的位图图形,所以就可以大大提高3D的性能。另外许多必要的算法都已经编码到硬件或可以通过图形的API提供,所以3D技术开发起来也比较容易,开发员们不必再重新手动地编写每一个小的功能模块。

图形卡与AGP槽

  图形卡市场的激烈竞争也促进了3D技术的发展。技术的进步使得目前的图形卡能够完成像产生虚拟发光效果或转换图形等以前只能由CPU处理的工作,而且执行的速度更快,这样CPU就可以被解放出来完成其它的任务。

  这些加速卡也许是最大的技术进步因素,现在只需花几千美元就可以获得与以前价值几十万的SGI(Silicon Graphics)工作站相同的功能。3D图形的关键在于它能够实时地相互作用,不通过计算机的计算就可以显示出变化的结果:当你移动或改变3D画面时,变化的效果即时地就可以显现出来,这都是图形卡的作用。此外,PC机上的加速图形端口也使3D技术更适合PC用户,这个端口允许进行更快的数据传输。所以现在的3D图形比以前更清晰、更逼真,当然如果有足够的带宽与处理能力,还是可以继续升级的。

克服带宽的局限性

  Macromedia 最近推出了Director 8.5 Shockwave Studio, 这是一个加入了Intel的3D图形软件的开发环境。该软件提供了一个自适应几何图形与加工引擎,这个引擎使用的算法可以使它的性能自动适应用户的处理能力。

Macromedia的产品还允许开发人员自己制作3D Web内容,当然只有使用Shockwave 3D 播放器才可以享受到该项服务。Web服务器通过Internet将压缩过的3D内容传送给用户,然后用户的CPU对全分辨率几何图形进行加工,根据由Web服务器传给Shockwave 播放器的的指令添加细节和多边形。

  过去若在网上传输全分辨率的几何图形,速度是非常慢的,影响了在线的3D效果。带宽是Web传输3D的最大的瓶颈。Macromedia技术的两个新特点解决了这个瓶颈问题。Multiresolution mesh(多分辨率网格,MRM)特性允许用户下载低分辨率的3D版本,MRM可与其进行相互作用。然后服务器将额外的几何图形信息再传送过来,这样就可以在用户处理的能力上大大提高图形的分辨率。Subdivision surfaces(细分界面,SDS)方法,允许用户下载低分辨率模型和一个特定的算法,该算法告诉用户的计算机怎样提高分辨率。

3D技术的新用户

  尽管目前玩游戏的人仍是基于PC机的3D技术的主要用户,但任何使用计算机设计物理对象的人员都将得益于该项技术的进步。建筑师,风景画家,工业设计员和工程师在生产或建造之前就可以在3D中看到逼真的设计原形。另外,气象工作者还可以用它来形象化天气的形成,医生用它可检查由CAT(计算机化X射线轴向分层造影)扫描出来的肿瘤,科学家们用它可观察从整个银河系到单个原子的外形及构成。

  但由于缺少推广3D的应用程序,所以使3D还仍是说得多、用得少的“稀有珍品”。近几年这方面的应用逐渐增加,使得情况有所好转。例如在电视和电影中用于产生3D特点和效果的Alias/Wavefront的Maya, NewTek的LightWave和Softimage的XSI等工具现在都比较流行;Robert McNeel&Associates的Rhino 3D工具可以帮助设计员对从家具到汽车进行内外部的设计。同时许多公司也开始使用3D提高他们的业务。一些公司在他们的网页上应用了由My Virtual Model开发的3D虚拟购物,访问那些网站的消费者可以通过该项服务按照自己的身材个性化3D模特或虚拟地试穿衣服。

3D的未来

  时下3D已经开始渐渐流行起来,开发人员将会有更多的机会在他们的网站中添加3D图形。专业人士预测在今后的三四年,3D的互操作性、易使用性和显示的质量都会有所提高。但同时也需要有更快的计算机速度、存储空间和改良的输入与显示设备。

  然而将来的3D是否能够成功,还决定于以下几个关键的因素。

  价格:现在对于低端3D技术,消费者相对来说还是可以支付得起的。产生简单的3D图形的软件和用于老式计算机上的图形加速卡价格都在100美元左右。另外,一些交易网站上出售的上百个3D模型价格都相当的便宜。

  易使用性:目前使用高端的3D工具产生3D图形是相当复杂的。而市场上的低端3D工具与其它图形应用程序比起来还相对较简单。用户需要时间熟悉这些3D工具及其术语。

  需求:要允分发挥3D的作用,拓宽3D的应用领域,以扩大消费者对3D技术的需求。

  平台交叉功能:随着许多技术的进步,3D的交叉平台功能也逐渐地得到了完善。例如Shockwave 的内容无论有没有3D加速视频卡都可以使用Microsoft 或Netscape的浏览器进行浏览,或在Macintosh 和Windows的平台上运行。

  标准:采用合理的标准对于3D技术的发展和推广应用是至关重要的。例如3D动画公司希望制定出一个统一的标准,这样一来他们就不需要耗费精力去编写无数个转换器了。

  格式:两个早期的3D格式今天都没有流行起来:Virtual Reality Modeling Language(虚拟现实建模语言,VRML),它是一个开放的文件格式标准;Microsoft 的Chrome,它是Windows的一个附件。这两种格式的失败在于:  图形产生很复杂;没有广泛使用重放机制;带宽与硬件都远没有今天这么大的容量和空间。

  目前有三个主要的3D标准,但它们相互之间都不兼容。

  Web 3D Consortium使用XML扩展了VRML,开发出了X3D(可扩展的3D)标准;

  OpenGL(http://www.opengl.org),它是由Silicon Graphics 发起,后来由Architectural Review Board接管的一个组织,他们制定出的标准是一个用于3D加工和硬件加速的可交叉平台的API;

  Micorsoft开发了DirectX,它是嵌入到 Windows 操作系统中的多媒体API组件,允许设计者访问例如3D图形加速芯片和声卡一类的硬件。

  但是现在还没有开始统一这些3D标准。

  播放器:图形内容的开发者们需要有广泛推行的播放器。各种形式的客户服务系统使得开发者们只能写一些各种系统中的都通用的图形,这样就限制了他们开发出来的图形的质量,或者他们就必须耗费许多的金钱和时间为不同的系统编写他们代码的不同版本。

  尽管3D还没有十分地普及,而且存在着影响其发展的各种因素,但随着技术的不断进步及进一步标准化,3D最终还是会广泛地应用于其它领域,而不再仅仅是游戏发烧友的高级奢侈品。




资料来源:塞迪网
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