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５．3次元コンピュータグラフィックス　

5.1　モデリングとレンダリング

3-D (Three Dimensional) CG(Computer Graphics)

コンピュータを用いて3次元物体のモデルを，2次元画像として表現する手法。

3DCGの作成は，モデリングとレンダリングにより行われる。

1．モデリング…モデラー（モデリングを行うソフトウエア）で3次元物体の作成

単純な形状の物体（直方体，円筒，球，円錐など，プリミティブ）を，組み合わせる。

物体表面をポリゴン（ポリゴン）であらわす。

2．レンダリング…レンダラー（レンダリングを行うソフトウエア）で処理（座標変換，陰面消去，光の計算）を行い，実際の画像を作成する。

5.2　モデリング

モデルの種類

ワイヤーフレームモデル　線で物体を表す。

サーフェイスモデル　面で物体を表す。

ソリッドモデル　中身の詰まった物体を表す。

物体はを校正する多角形の面をポリゴン（polygon）という。

三角形ポリゴンは必ず同一平面上に三点があるため，よく使用される。

5.3　レンダリング　陰面消去

画像内で，物体が重なったりした場合に見えないところを計算し，見えなくする作業。

（１）ペインタアルゴリズム

遠くにある物体から塗りつぶす（ペイント）ことにより，陰面消去する。

地形などの描画に有効。

（２）スキャンライン法

（３） Zバッファ法

5.4　レンダリング　光の計算

（１）シェーリング　光線とポリゴンとの交点で光線とポリゴンのなす角度より，陰を考慮したポリゴンの色を決める。

フラットシェーディング　単一色でポリゴンの色を決める

スムースシェーディング

隣合うポリゴンの色を補間し，色の変化を連続的になるようにする。

補間の方法により，フォンシェーディングなどいくつかの方法がある。

（２）シャドーイング

影の計算を行う。

（３）レイトレーシング(ray tracing)

視点からあるピクセル（投影面上の）を通る光線を追跡し、物体との交差や光源までの光の経路を計算し，光線と物体との交点でピクセルの色を計算し決める。

シェーディング，シャドーイングが同時に行える。

鏡面反射　透過光　屈折光なども計算可能。比較的計算時間が短く、リアルな画像が作成できるため，レンダリング手法の中で最もよく用いられる。

すべての光の経路を計算。多面反射した拡散反射光の計算が可能。レイトレーシングよりリアルが画像が作成できるが，計算時間がかかる。

5.5　レンダリング　テキスチャマッピング

テキスチャとは，“織物”の意味だがＣＧでは表面の模様のこと

物体に様々な模様（大理石，布，木目，，，）を貼り付ける（マッピング）ことを，テキスチャマッピングという。

複雑な三次元物体を作るより，単純な物体でよりリアルに見せる事が可能。

コンピュータグラフィックスについて詳しく勉強したい方は，下記をご覧ください。

東京大学西田研究室　CGテキスト

下記の本もおすすめです。

「図解雑学　コンピュータグラフィックス」　山田宏尚著　ナツメ社　1300円