Главная » Блог

Трехмерное изображение: что это, примеры, виды, сферы применения и способы производства

Максим Корень

09.02.2026

3 Просмотры 0

В избранноеВ избранномRemoved 0

В эпоху нейронных сетей грань между реальностью и цифровым миром сильно истончилась. Фотореалистичные персонажи и окружения в кинематографе, целые виртуальные миры в играх, архитектурные визуализации зданий, научные и военные симуляции, сгенерированные видеоролики — всё стало реальностью благодаря компьютерной графике (CG, CGI)). Разберёмся, что это такое. Рассмотрим, что это такое 3D-графика, какие существуют, где её применяют, а также окунемся в историю становления и развития трёхмерных изображений.

Что такое 3D-графика

Существует масса определений термина, мы остановились на этом. Трёхмерная графика — это технология создания объёмных изображений и моделей, которые можно рассматривать с разных сторон – вращать их в виртуальном пространстве как реальный предмет в руках. Принцип её работы основан на построении геометрии объекта из множества точек (вершин), соединённых линиями и образующих полигональную сетку. 

На эту основу накладывают текстуры, материалы и настраивают свет. Финальное изображение создаётся в процессе рендеринга, когда компьютер просчитывает вид трёхмерной сцены с определённого ракурса. При этом учитываются положение камеры, источники света, тени, отражения и физические свойства материалов. Особенно ярко весь процесс проявляется в играх, когда за секунду нужно рассчитать 60, а на геймерских мониторах – 120 и даже 144 кадра. 

Трехмерное изображение (или 3Д-модель) – это способ представления объекта или сцены в виртуальном пространстве с тремя измерениями. Оно имеет высоту, ширину, глубину, его можно вращать, но такая картинка проектируется на двухмерный экран, вызывая иллюзию объёма. 

Чем 2D отличается от 3D?

Основное различие — в наличии третьего измерения. 2D-графика работает только с шириной и высотой (или длиной, как будет удобнее), это плоские изображения. 3Д добавляет третье измерение – глубину, что позволяет строить объёмные модели и смотреть на них с любого ракурса. 

Технически 2D — это работа с пикселями или векторами на плоскости, а 3D — построение трёхмерных объектов из полигональных сеток, реже – вокселей, что требует в разы больше ресурсов.

Основные различия.

3Д-графика открывает качественно новые возможности для разработки интерактивных виртуальных сред и окружений.

История развития трёхмерной графики

Компьютерная 3Д-графика появилась ещё во времена первых космонавтов.

1960-70-е: рождение

В 1960-х Айван Сазерленд открыл первую кафедру компьютерной графики в Университете Юты и создал Sketchpad — прообраз современных 3D-редакторов, который позволил интерактивно вращать объекты в пространстве. Уильям Феттер на IBM смоделировал человеческую фигуру по заказу Boeing, используя полигональные сетки для авиационных разработок. В 1975 году Мартин Ньюэлл сделал модель чайника на кривых Безье, ставшую символом и эталоном для тестов 3D-рендеринга. Анри Гуро применил плавное затенение, а 1976-й порадовал фильмом Futureworld с первыми элементами 3D.

1980-90-е: эра коммерциализации и становления 

Джон Уиттед разработал технологию трассировки лучей, имитирующую отражения и блики для фотореалистичного света, а Pixar представил систему с продвинутыми шейдерами. Фильм «Трон» показал первые компьютерные сцены с мотоциклами в цифровом мире, открыв новую эру спецэффектов. В 1995 году Pixar выпустила «Историю игрушек» — первый полнометражный 3D-мультфильм, запустив эпоху компьютерной анимации, после чего появились коммерческие программы AutoCAD, 3d Studio Max, Maya и игры вроде Quake. В 90-е начали работать над захватом движений при помощи векторного метода.

2000: фотореализм 

Движки вроде Unity сделали 3Д доступным независимым разработчикам игр, цифровая лепка в ZBrush революционизировала создания персонажей. Технология захвата позволила переносить мимику актёров на цифровых персонажей, после чего появились технологии виртуальной и дополненной реальности. Фотограмметрия начала превращать реальные объекты в 3D-модели по фотографиям или путём сканирования объектов (строений). Видеоигры получили реалистичное освещение в огромных открытых мирах, таких как GTA или TES 4: Oblivion.

2010-е: веб-интеграция

Технология WebGL позволила добавлять интерактивную 3D-графику в браузеры без плагинов, например, интерактивные объекты, вращающиеся модели товаров. Дополненная и виртуальная реальность в Unity/Unreal Engine начали полностью затягивать геймеров в искусственные миры. Развивается захват движений, композинг средствами вроде DaVinci Resolve, появляется и быстро захватывает рынок Blender, большинство даже низкобюджетных фильмов не обходится без 3Д.

2020-е: эра нейросетей

Unreal Engine 5 достигает кинематографического реализма в реальном времени при разумной нагрузке на видеокарту. Нейросети учатся генерировать трёхмерные модели по промптам за минуты и даже пишут скрипты на Python для получения целых сцен в Blender или захвата и переноса движений актёров на модели. ИИ делает 3D-сцены из фотографий, чертежей и планов, генерирует текстуры, объёмные элементы появляются на сайтах (веб-дизайн) и в интерфейсах мобильных приложений. Роль дизайнеров и специалистов по компьютерной графике под влиянием ИИ пошатнулась, но спрос на квалифицированных профессионалов остаётся высоким.

Как делают 3D-графику: основные этапы создания

Получение трёхмерной графики — это многоступенчатый процесс, где каждый этап требует специфических навыков и инструментов.

🔷 3D-моделирование

Начинается всё с создания геометрической основы объекта с помощью полигонов, вокселей (трёхмерный пиксель), кривых или математических формул. Художник выстраивает форму объекта: добавляет примитивы – простые геометрические фигуры вроде куба, шара, тора. Далее манипулирует их вершинами, ребрами и гранями при помощи инструментов либо модификаторов. 

Моделирование определяет геометрию объекта — его пропорции, формы, детализацию и топологию.

🖼️ Текстурирование

Заключается в нанесении на модель визуальной информации о её поверхности – текстурной карты. Она определяет цвет, шероховатость, отражающую поверхность, рельеф и свойства материала. Ныне используют PBR-текстурирование (Physically Based Rendering), имитирующее физически корректное поведение света и материалов, которые передают царапины, потёртости, следы загрязнений, выцветания и прочие свойства материалов.

🦴 Риггинг

Создание виртуального скелета и системы управления анимацией объекта. Технический художник встраивает в модель виртуальные кости (bones) и определяет их иерархию. Затем задаёт ограничения в движении и настраивает деформирование геометрии при движении скелета. Для персонажей создают сложные скелетные системы включающие сотни костей, контроллеры для мимики, виртуальные мышцы и системы автоматической деформации кожи.

🎬 Анимация

Процесс придания 3D-объектам и персонажам движения. Аниматор создаёт ключевые кадры, определяющие положение, вращение и масштаб объектов, а программа автоматически просчитывает промежуточные кадры. Существуют различные типы анимации: ключевая, процедурная, захват движения. Аниматор работает над походкой, жестами, мимикой персонажей, следуя принципам классической анимации.

💡 Освещение

Свет в 3D-сцене определяет видимость объектов, формирует настроение и визуальную читаемость композиции. Художник по свету размещает различные типы источников: направленный, точечный, области света, настраивает их интенсивность, цвет и десятки иных параметров. Толковая светотеневая картина создаёт глубину, атмосфер и направляет внимание зрителя.

🎞️ Рендеринг

Финальный этап создания 3D-графики, когда вся информация о сцене преобразуется в двухмерное изображение или последовательность кадров. Это вычислительно сложный процесс, в котором движок рендеринга просчитывает, как свет взаимодействует с каждым объектом композиции: отражается, преломляется, рассеивается и поглощается материалами. Рендеринг бывает в реальном времени – игры и офлайн – кино, реклама, мультипликация, заставки.

🎥Композинг 

Финальный этап в производстве 3D-графики, где слои рендера, эффекты и постобработка объединяются перед импортом в движок вроде UE или Unity или объёмные сцены встраивают в отснятую сцену через DaVinci Resolve, Blender, Adobe After Effects. Это цветокоррекция, наложение текстур и оптимизация.

Создание 3D-графики — многоэтапный процесс. В индустрии специалисты обычно выбирают одну-две специализации и развиваются в них, моделирование и текстурирование или риггинг и анимацию. Лишь эксперты выбирают путь универсалов – 3D-дженералистов, который в одиночку ведут проекты от концепта до рендера и композинга.

Виды 3Д-графики

Рассмотрим основную классификацию – по способу представления моделей.

Полигональное моделирование

Наиболее распространённый метод получения 3D-изображений, где объект формируется из многоугольников (полигонов). Работа начинается с базовых примитивов — куба, сферы, цилиндра, которые затем модифицируются через добавление, удаление и перемещение вершин, рёбер и граней. Полигональные изображения легко редактируются, оптимизируются по количеству полигонов и подходят для стилизованных и реалистичных трёхмерных объектов для игр, кино, интерфейсов.

Воксельное моделирование

Метод работы с вокселями, где художник добавляет или удаляет кубические элементы, как в конструкторе или Майнкрафт. В отличие от полигонального моделирования, где редактируются вершины и грани – поверхность, воксельное работает с заполнением объёма. Вместо натягивания сетки, внешней оболочки воксельная модель состоит из крохотных кубиков или трёхмерных пикселей (вокселей). Такой подход применяют для быстрого прототипирования и создания разрушаемых объектов: в основном строения, элементы окружения вроде бочек, ящиков.

NURBS-моделирование

Метод, использующий математические кривые для определения гладких поверхностей. NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) создают идеально плавные формы без видимых граней. Нашли применение в автомобильном, промышленном и архитектурном дизайне. Поверхности описываются математически точно и могут масштабироваться без потери качества, как в векторной графике. Подход требует больше технических знаний, но обеспечивает точность и контроль над кривизной.

Скульптинг

Художественный подход, имитирующий лепку из глины в цифровой среде. Художник работает виртуальными кистями, добавляя или убирая «материал», создавая органические формы с миллионами полигонов. Скульптинг незаменим в разработке персонажей, существ, природных объектов — всего, что требует высокой детализации и сложных естественных форм.

Параметрическое моделирование

Создание объектов через математические параметры и зависимости между элементами. Изменяя один параметр (например, минимальный и максимальный диаметр отверстия или высота деревьев), автоматически пересчитываются все связанные элементы конструкции. Это основа инженерного проектирования в CAD-системах, где критична точность до миллиметра и возможность быстрой модификации сложных сборок с сотнями деталей.

Процедурное моделирование

Генерация геометрии по алгоритмам и правилам вместо ручной работы. Используется для массовых объектов — городских кварталов, лесов, толпы людей, растительности. Художник настраивает параметры (диапазон высот, размеров, их вариации), а система генерирует тысячи уникальных вариантов и расставляет их по карте или даже генерирует саму локацию. Houdini — флагманский инструмент процедурного подхода, где всё строится через ноды и графы зависимостей. 

К процедурным методам также относят системы частиц — генерация множества мелких элементов (точек, спрайтов, мешей) по заданным правилам для создания динамических эффектов: огонь, дым, взрывы, дождь, снег, искры, стаи существ. Каждая частица следует физическим законам (гравитация, ветер, столкновения), а вместе они формируют сложные визуальные эффекты.

Технологии 3Д-графики

Современная трёхмерная графика опирается на широкий спектр технологий — от методов создания моделей до алгоритмов рендеринга и симуляций.

Технологии моделирования 

🖼️ Фотограмметрия — построение 3D-модели из серии фотографий объекта, снятых с разных ракурсов. Программное обеспечение анализирует общие точки на снимках и реконструирует геометрию с текстурами. Технология широко используется для визуализации в архитектуре, создания игровых ассетов, оцифровки исторических объектов.

📷 3D-сканирование — захват геометрии реальных объектов с помощью сканирования. Сканер создаёт облако точек, которое затем преобразуется в полигональную сетку. Метод незаменим в реверс-инжиниринге, создании цифровых копий культурных артефактов, прототипировании.

📐 Реконструкция из чертежей — импорт 2D-технической документации в CAD-системы с последующим созданием трёхмерных твердотельных моделей через операции выдавливания, вращения, булевые операции. Стандартный подход в инженерном проектировании.

🤖 AI-генерация моделей — нейросети за минуты создают 3D-объекты из промптов скетчей или фотографий. Актуальны на этапе прототипирования.

Технологии анимации и производства 3Д-графики

🎭 Motion Capture (MoCap) — захват движений актёров/каскадёров/спортсменов с последующим переносом на 3D-персонажей. Движения тела и мимику фиксируют с помощью костюмов с маркерами или безмаркерных систем.

🎬 Хромакей и композитинг — съёмка актёров на зелёном фоне с последующей его заменой на 3D-окружение или спецэффекты в постпродакшене. Базовая технология современного кинопроизводства, позволяющая совмещать реальные съёмки с CGI.

💻 Шейдеры — программы, которые обрабатывают графику за счёт вычислительных мощностей видеокарты. Они задают правила отражения света поверхностью, имитируют свойства материалов, добавляют эффекты. Работают с вершинами – деформация геометрии, анимация или пикселями – расчёт цвета, освещения, визуальных эффектов. Шейдеры лежат в основе PBR, спецэффектов и стилизации изображения.

Рендеринг и освещение

✨ Physically Based Rendering — подход к рендерингу, основанный на физически корректном моделировании поведения света и материалов. PBR использует параметры вроде металличности, шероховатости, базового цвета для создания правдоподобных поверхностей.

☁️ Volumetric Lighting — объёмное освещение позволяет симулировать рассеивание света в средах: туман, дым, облака, подводная дымка. Создаёт атмосферные эффекты вроде солнечных лучей, пробивающихся сквозь деревья, толщу воды или пыль.

⚡ Трассировка лучей в реальном времени, ставшая доступной благодаря специализированным ядрам в современных видеокартах. Технология просчитывает физически корректные отражения, преломления, тени без приближений и предрасчётов.

🎯 Path Tracing — продвинутая форма трассировки лучей, где лучи многократно отражаются по сцене, накапливая информацию об освещении. Обеспечивает максимальный реализм за счёт корректного расчёта всех световых взаимодействий.

🌍 Global Illumination (GI) — технология расчёта глобального освещения, учитывающая не только прямой свет от источников, но и косвенный — отражённый от других поверхностей. GI создаёт реалистичные цветовые рефлексы (красная стена окрашивает соседние объекты в красноватый оттенок), мягкие тени, естественное распределение света в интерьерах.

Технологии студий Pixar и Disney

Крупные студии создают собственные решения для реализации масштабных проектов.

💇 Hair Simulation — симуляция волос и меха с физически корректной динамикой для мультфильма «Моана». Волосы персонажей создавались как кривые (strand-based), затем конвертировались в геометрическую сетку для точного расчёта освещения, отражений и движения. Система учитывает гравитацию, столкновения, взаимодействие с ветром и водой, создавая реалистичные длинные волосы с естественным объёмом и динамикой.

🌊 Ocean Simulation — симуляция океана и волн в Houdini. Для «Моаны» Disney создала сложную систему процедурной генерации волн, брызг и разбивающейся воды. Использовались FLIP-симуляции жидкостей, процедурные ноды для геометрии волн, специальные решатели для реалистичного поведения воды при взаимодействии с персонажами.

🏝️ Procedural World Generation — процедурная генерация окружения для создания масштабных миров. Pixar генерирует в Houdini ландшафты, растительность, толпы персонажей без повторяющихся элементов. Художники-программисты настраивают параметры (плотность растительности, форма рельефа), а система генерирует тысячи объектов, создавая острова, рифы, леса, где каждый камень и дерево отличаются друг от друга.

Эти технологии постоянно развиваются, дополняют друг друга и часто комбинируются в производственном пайплайне для достижения нужного результата — от игрового real-time рендера до фотореалистичных кинематографических кадров.

Где применяется 3D-графика

Трёхмерная графика давно вышла за рамки развлечений. Без неё не обходятся в большинстве сфер индустрии, маркетинге и медиа.

Развлечения и медиа

Здесь главный приоритет — визуальная привлекательность, точность передачи форм, движений и эмоциональное воздействие на зрителя.

🎮 Игровая индустрия. Особенность игровой 3D — ограничения: нужно генерировать 60+ кадров в секунду, поэтому приходится балансировать между визуальным качеством и производительностью.

🎬 Кино и анимация. Без визуальных эффектов, дорисованных фонов, цифровых персонажей и целых локаций не обходится ни один фильм. Полнометражные мультфильмы создаются целиком в 3D-редакторах. Под многие проекты разрабатывают уникальные технологии: Pixar создала подсистему RenderMan для получения меха в «Корпорации монстров», а DreamWorks изобрела технологию симуляции воды, которую можете оценить в «Как приручить дракона».

🥽 AR и VR — дополненная и виртуальная реальность полностью погружают в трёхмерное окружение, где можно физически взаимодействовать с объектами.

Архитектура и строительство

В архитектурной сфере 3D-графика сочетает точность технического проектирования с фотореалистичной визуализацией для презентаций. Модели должны иметь точные размеры и соответствовать строительным нормам, но при этом красиво выглядеть. Важна детализация материалов, корректное освещение, возможность быстро вносить изменения в проект и автоматически обновлять документацию.

🏢 Архитектурная визуализация — архитекторы создают фотореалистичные рендеры будущих зданий. Дизайнеры интерьеров показывают десятки вариантов отделки квартиры, меняя обои, напольное покрытие, мебель в 3D за минуты. VR-туры позволяют прогуляться по несуществующему зданию.

📊 BIM-проектирование — Building Information Modelling использует трёхмерные изображения со встроенной информацией о материалах, инженерных системах, сметах. Архитекторы, конструкторы, инженеры работают с единой 3D-моделью здания, где видны все коммуникации — водопровод, вентиляция, электрика. Система автоматически выявляет коллизии (например, труба проходит через балку), что экономит массу времени и денег.

Промышленность и производство

Здесь критична точность до долей миллиметра, параметрическое управление моделями и возможность инженерного анализа. Модели содержат не только геометрию, но и метаданные — материалы, допуски. Важна история построения (можно откатиться к любому этапу), поддержка сборок из тысяч деталей, автоматическое создание чертежей и экспорт моделей для станков с ЧПУ.

⚙️ Инженерное проектирование — ныне почти вся продукция рождается в CAD-системах: гаджеты, техника, электроника и даже самолёты Boeing. Инженеры проверяют, как детали сопрягаются друг с другом, проводят виртуальные краш-тесты, симулируют аэродинамику, рассчитывают прочность для создания физического прототипа. ЧПУ-станки получают управляющие программы, где описаны траектории обработки из 3D-модели.

🖨️ Прототипирование и 3D-печать — цифровые модели за часы превращаются в физические объекты. Дизайнеры печатают прототипы гаджетов, медики создают индивидуальные импланты и протезы, ювелиры печатают образцы для литья украшений, а производители игрушек – свои фигурки.

💡 Продуктовый дизайн — смартфоны, мебель, одежда, бытовая техника проектируются в 3D. Дизайнеры создают сотни вариантов формы, тестируют материалы и цветовые решения.

Дизайн и реклама

Сегмент требует баланса между творческой свободой и коммерческими задачами. 3D-картинка должна быть достаточно гибкой для быстрых изменений по фидбеку клиента, при этом создавать эффектные, запоминающиеся визуалы. Важна скорость производства — рекламные кампании имеют жёсткие дедлайны.

🎞️ Моушн-дизайн — анимированная 3D-графика для рекламы, заставок, клипов, логотипы, инфографика в новостях, видео от блогеров, абстрактные композиции в клипах. Cinema 4D стал стандартом индустрии благодаря скорости работы и интеграции с After Effects.

📦 Продуктовая визуализация — фотореалистичные рендеры товаров для интернет-магазинов и каталогов обходятся дешевле, чем нанять фотографа для съёмки.

🖥️ UI/UX дизайн — трёхмерные элементы интерфейсов стали трендом: в iOS появились 3D-виджеты и анимации, Windows 11 добавила объёмные иконки и эффекты глубины. 

Наука, медицина и образование

В научной сфере первостепенна точность данных и интерактивность для исследовательской работы. Визуализация должна быть понятной и наглядно демонстрировать явления или процессы, невидимые невооруженным глазом.

🏥 Медицинская визуализация — КТ и МРТ сканы превращаются в трёхмерные модели органов пациента. Хирурги изучают опухоль в 3D, планируют доступы при операциях, тренируются на виртуальной модели. Также медики создаются индивидуальные импланты —суставы, точно повторяющие анатомию человека, а стоматологи – челюсти с точностью до пары микрон.

🔬 Научная визуализация — молекулы белков, ДНК, вирусов визуализируются в 3D для исследований. Физики моделируют столкновения частиц в ускорителях, климатологи — изменения океанских течений, астрономы создают симуляции формирования галактик и чёрных дыр.

🎓 Образовательные симуляции — студенты-медики изучают анатомию на интерактивных 3D-моделях вместо трупов, инженеры тренируются на виртуальных станках, пилоты — на лётных симуляторах. Google Expeditions создаёт VR-туры по историческим местам, музеям, позволяет опускаться на дно вулканов и океанов или полететь на Солнце.

📐 Инженерный анализ — виртуальные краш-тесты автомобилей экономят миллионы на разработке и утилизации прототипов. Аэродинамические симуляции помогают проектировать обтекаемые формы для авто, самолётов и шлёмов, а прочностные расчёты конструкций позволяет делать сопряжения, выдерживающие статические и динамические нагрузки, выявлять слабые места.

Трёхмерная графика стала универсальным языком визуализации — от художественного замысла до сложнейших технических расчётов, от развлечения до спасения жизней.

Лучшие программы для создания 3D-графики

Индустрия в основном предлагает универсальные инструменты, которые покрывают весь пайплайн производства от моделирования до рендеринга (например, Blender или Maya).

Отвечаем на ваши вопросы