3DWorld - система моделирования и визуализации трёхмерных фото-реалистических сцен в среде MS Windows 3.1
Полная документация
Исполняемые файлы Win16 и примеры 3D-сцен
Для запуска использовать 3dw.exe. В 32-х или 64-х разрядных средах требуется наличие WOW. Последние системы, где WOW есть по умолчанию, это Win XP и WIn 7. В Windows 10 можно разрешить NTVDM: Enabling NTVDM in Windows 10.
В данном проекте разработан пакет прикладных программ для моделирования и визуализации трёхмерных реалистических сцен в среде MS Windows 3.1. Решены три главные задачи: создание моделей трёхмерных объектов и редактирование сцен, визуализация этих сцен, обработка полученных изображений. В результате были созданы библиотеки классов представления трёхмерных объектов, трёхмерной сцены и визуализации, представления и обработки изображений. Разработаны и множество более специализированных классов. Самой общей является библиотека классов трёхмерных объектов она никак не связана со спецификой данного пакета и может быть легко использована в приложениях разного назначения. В пакете реализовано два алгоритма удаления невидимых линий и поверхностей: трассировка лучей и построчное сканирование. Были реализованы их различные варианты (целочисленный, действительный) и модификации с дополнительными возможностями (учёт прозрачности, проекционные тени, устранение ступенчатости). Произведены сравнительные испытания этих алгоритмов. Сделаны выводы об их свойствах и выведены рекомендации для значительного уменьшения используемой памяти и повышения скорости визуализации. Сделаны выводы относительно особенностей решения такой задачи в среде Windows и найдены решения с удовлетворяющей эффективностью. Разработанный пакет состоит из двух exe модулей и нескольких DLL библиотек. Исходные материалы содержат для: 71 cpp файл(1мб 67кб), 53 hpp(207кб) файла, 2 asm(4кб) файла, 35 файлов(79кб) текстовых ресурсов(dlg, rc), 28 inc(47кб) файлов, 163 bmp(820кб) файла, 5 img(238кб) файлов, 2 ico(6кб) файла, 13 cur(4кб) файлов. Плюс на trueview.exe: 3 cpp файла(41кб), 2 hpp(4кб) файла, 5 файлов(16кб) текстовых ресурсов(dlg, rc), 6 inc(14кб) файлов, 19 bmp(58кб) файлов, 1 img(62кб) файл, 1 ico(2кб) файл. Пояснительная записка содержит: 127 листов, 9 таблиц, 10 схем, 45 рисунков. Приложения с листингами и полученными изображениями занимают 14 страниц. Для разработки проекта использовано 20 книг и журналов.
Данная работа посвящена созданию пакета прикладных программ машинной графики 3DWorld, предназначенного для получения фото реалистических изображений, а также содержит минимально необходимый набор средств для их обработки. При его разработке ставилась задача создать средство для моделирования трёхмерных сцен из произвольных объектов с произвольным их расположением и характеристиками материалов, а также реалистического освещения с характерными для него эффектами. Набор моделируемых в пакете эффектов был обусловлен выбранной степенью точности воспроизведения освещения - локальной моделью. Исходя из этого были реализованы:
- рассеянное, диффузное и зеркальное освещение;
- перспективное затенение относительно источников света (так как используются только ортогональные проекции);
- собственные и проекционные тени;
- простая прозрачность (линейная и нелинейная).
Пакет 3DWorld версии 1.0 состоит из двух приложений: редактора трёхмерных сцен и объектов и просмоторщика-конвертора True colour изображений. Редактор сцен является основным приложением пакета и обеспечивает три главные функции пакета:
- создание и редактирование трёхмерной сцены;
- визуализацию (рендеринг сцены);
- обработку полученного изображения.
Просмоторщик-конвертор выполняет функцию преобразования True color изображений в формате Windows bitmap (только uncompressed) в индексированные Windows bitmap изображения с произвольной длиной палитры (2 - 256) и предлагает на выбор несколько алгоритмов такого преобразования в комбинации с функциями улучшения качества получаемых картинок. Он в основном дублирует функции содержащиеся по этой части в редакторе сцен, но предоставляет к ним индивидуальный интерфейс пользователя, что делает возможным хранить исходные True color файлы и по мере необходимости применять к ним те или иные преобразования, а также обрабатывать сканированные изображения и файлы других приложений алгоритмами 3DWorld. По существу просмоторщик-конвертор использует одну и туже DLL-библиотеку 3DWorld обработки изображений с редактором сцен, но о структуре пакета будет рассказано подробней в технологическом разделе. Редактор сцен обеспечивает одновременную работу с множеством разных сцен (в виде MDI) в режиме мнимой многопоточности. Каждая из сцен может иметь одно или несколько окон с разными видами и режимами просмотра полигональных моделей объектов (источников света и тел). Редактор сцен содержит меню, плавующую панель инструментов и строку статуса через которые пользователь получает доступ к функциям программы, может использовать набор примитивов работы с объектами и переключать текущие режимы. Ядро 3DWorld со своим набором объектов и таким интерфейсом в сочетании с набором функций, приметивов и режимов редактора сцен 3DWorld обеспечивает:
- Просмотр любых участков и сцен вцелом с любой стороны и в любом масштабе.
- Наличие множественных окон для каждой сцены в сочетании с предыдущим пунктом способствует адекватному восприятию модели трёхмерного пространства человеком.
- Создание объектов (генератор тел из предопределённого набора), редактирование объектов и их взаимоположения на виде (окне) с любым режимом просмотра (кроме Render и Camera) - линейные преобразования пространства над отдельными объектами и группами объектов.
- Вспомогательные операции по взаимному размещению объектов, облегчающие создание естественных сцен с регулярным расположением объектов и специфическую их ориентацию в пространстве.
- Настройка параметров объектов (характеристики поверхности, источников света).
- Вспомогательные функции менеджера окон обеспечивающие интеллектуальное поведение окон с видами в ответ на действия пользователя и в зависимости от состояния системы.
- Хранение сцен и текущих опций и режимов редактирования в файле.
- Визуализацию смоделированных сцен с выбором алгоритма (обратная трассировка лучей или построчное сканирование с Z-буфером), дополнительных параметров визуализации и типа выходного изображения с настройкой его параметров (BMP True color или индексированный). Проецирование в 3DWorld 1.0 используется только ортогональное, в обоих алгоритмах рендеринга возможно построение проекционных теней методом трассировки лучей.
- Поддержка при рендеринге двух алгоритмов закраски поверхностей с использованием групп сглаживания: FLAT и PHONG .
- Дополнительные возможности по улучшению качества изображений - получение сглаженных краёв и ровной закраски на этапе трассировки лучей (anti-aliasing - только для рендеринга в режиме трассировки) и устранение эффектов квантования при получении индексированных изображений на этапе обработки полученного изображения (dither и noisy).
- Просмотр и сохранение в файле Windows bitmap (uncompressed) полученного изображения.
- Поддерживается технология обмена файлами drag and drop (получатель) и фоновая визуализация множества сцен одновременно (много потоковая обработка), во время которой пользователь может выполнять любые действия с незаблокированными сценами (визуализируемые сцены блокируются) или работу в других приложениях.
Общее назначение пакета - создание изображений ориентированных на художественный дизайн и применение в области мультимедиа. В перспективе возможно также добавление функции обмена через графические метафайлы с другими приложениями, например, такими как пакеты САПР Autocad и Arhicad, что возможно благодаря степени полноты использованных моделей трёхмерных объектов. И тогда 3DWorld уже будет служить инструментом, позволяющим увидеть как будут выглядеть уже спроектированные, но ещё не созданные реальные объекты. Он также может быть расширен и возможностью построения анимационных последовательностей.
| Несколько точечных источников света | Сглаживание |
 |
 |
| Прозрачность | Проекционные тени, множественные группы сглаживания |
 |
 |
| Храм | Храм |
 |
 |
| Множественные группы сглаживания | Библиотека базовых моделей |
 |
 |
| Сложная модель | Проекционные тени, монохромные источники света |
 |
 |
| Группы сглажиывния Гуро | Источник света в прозрачном теле |
 |
 |
| Тени | Пересечение тел |
 |
 |
| Отражение света от точечного источника | Линейная и нелинейная прозрачность |
 |
 |
| Проекционные тени, нелинейная прозрачность | Проекционные тени, сравнение закрасок Фонга и однородной |
 |
 |