Кіріспе

Үш өлшемді көріністің 2.5D (негізгі айтылуы екі жарым өлшемді) перспектива арқылы симуляциялануы – видео ойындардағы немесе виртуалды шындық ортасындағы ойын немесе қозғалысты білдіреді, ол екі өлшемді (2D) жазықтықта шектеледі, үшінші өлшемге қол жеткізу мүмкіндігі аз немесе мүлдем жоқ. Бұл кеңістік үш өлшемді болып көрінсе де, оның ішіндегі қозғалыс 2D жазықтықта ғана жүзеге асады және көбінесе 3D цифрлық ортада симуляцияланып, көрсетіледі. Бұл псевдо 3D перспективасына ұқсас, бірақ одан өзгеше (кейде орта жоғарыдан төменге бұрышпен бейнеленген кезде үш тоқсандық көрініс деп аталады), ол 2D графикалық проекциялар мен суреттерді немесе көріністерді үш өлшемді (3D) көрініс сезімін тудыруға арналған басқа да техникаларды қамтиды, бірақ шындығында олар 3D емес. Ал 3D-де симуляцияланып, көрсетілген және 3D деңгейлік дизайнда қолданылатын ойындар, кеңістіктер немесе перспективалар нағыз 3D болып саналады, ал 3D бейнесін жақындатпай, 2D ретінде көрсетілген ойындар нағыз 2D болып табылады. Видео ойындарда кеңінен қолданылатын 2.5D проекциялар географиялық визуализацияда (GVIS) визуалды-когнитивтік кеңістіктік бейнелеуді немесе 3D визуализацияны түсінуге де көмектеседі. "Үш тоқсандық перспектива" және "үш тоқсандық көрініс" терминдері портреттердегі және бет-әлпетті танудағы үш тоқсандық профильге қатысты пайда болған, ол адамның беті алдыңғы және бүйірлік көріністердің арасында бейнеленгенін көрсетеді.

Аксонометриялық және көлбеу проекция

Параллель проекцияның екі түрі – аксонометриялық және көлбеу проекцияда, көру нүктесі жоғарыдан төменге немесе бүйірден қарағанда қоршаған ортаның басқа жақтарын ашу үшін сәл бұрылады, соның арқасында үш өлшемді эффект пайда болады. Объект "барлық үш осьтің қысқаруына алып келетін еңкейген жағдайда деп есептеледі", ал кескін – "проекция жазықтығына белгілі бұрышпен орналасқан үш өлшемді объектінің бір жазықтықтағы (сурет бетіндегі) бейнесі". Бұл тереңдік сезімі қабаттардың салыстырмалы қозғалысы арқылы туындайды. Бұл техника 1940 жылдардан бері дәстүрлі анимацияда қолданылатын көп жазықтық камера техникасынан өркендеді. Осы типтегі графикалық эффект алғаш рет 1982 жылғы Moon Patrol аркадалық ойынында қолданылды. Мысалдарға "Триаданың өрлеуі" ойынындағы аспан, "Ригар" ойынының аркадалық нұсқасы, "Соник-кірпішкер", "Стрит-Файтер II", "Жабайы аңның көлеңкесі" және "Дракула X жылнамалары", сондай-ақ "Супер Марио әлемі" кіреді.

7- режім

Mode 7, айналу және масштабтау эффектілерін қамтитын дисплей жүйесі, нақты 3D модельдерді қолданбастан кез келген бағытта қозғалғанда 3D эффектін жасауға мүмкіндік берді және SNES консолінде 3D графикасын имитациялау үшін қолданылды.

Жарық құю

Жарық құю – бұл бірінші тұлғадағы псевдо 3D техникасы, онда экранның әрбір тік жолағы үшін камера орнынан сәуле жіберіледі. Бұл сәулелер қандай да бір нысанға немесе қабырғаға соқтығысқанша ұзаққа созылады, содан кейін қабырғаның соққан бөлігі экранның сол тік жолағында көрсетіледі. Камераның қозғалысының шектеулі болуы және ішкі 2D ойын кеңістігінің болуы салдарынан, бұл көбінесе 2.5D деп есептеледі.

Бөлшекті, қалыпты және параллакс карталау

Bump mapping, normal mapping және parallax mapping – бұл 3D рендеринг бағдарламаларында, мысалы бейне ойындарда, көпбұрыштарды арттырмай, нысанның бетіндегі дөңгелектер мен әжімдерді симуляциялау үшін текстураларға қолданылатын әдістер. Соңғы пайдаланушы үшін бұл тас қабырғалар сияқты текстуралардың көрінетін тереңдігі артып, реализм деңгейі жоғарылайтынын, ал симуляцияның өнімділігіне тигізетін әсері азаятынын білдіреді. Bump mapping объектінің беткі нормальдарын өзгерту арқылы, сұр түсті кескінді және жарық есептеу кезінде өзгертілген нормальды пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Нәтижесінде, нысанның өзінде беттік өзгерістер болмаса да, көзге түсетін дөңгелек бет пайда болады. Bump mapping әдісін 1978 жылы Блинн енгізді. Normal mapping-те көлеңке түсірілетін нүктеден жарық көзіне дейінгі бірлік вектор, сол бетке перпендикуляр бірлік вектормен көбейтіледі, ал көбейтіндінің нәтижесі сол беттегі жарықтың қарқындылығын көрсетеді. Мысалы, шардың көпбұрышты моделін қарастырыңыз – сіз бет пішінін жуықтап бағалай аласыз. Модельде текстураланған үш каналды растрлік кескінді пайдалану арқылы нормальдық вектор туралы толыққанды ақпаратты кодтауға болады. Растрлік кескілдегі әрбір канал кеңістіктік өлшемге (x, y және z) сәйкес келеді. Бұл кеңістіктік өлшемдер объектінің кеңістігіндегі нормальдық карталар үшін тұрақты координаттар жүйесіне, ал тангенттік кеңістіктегі нормальдық карталар үшін – текстуралық координаттарға қатысты позицияның туындыларына негізделген, тегіс өзгеріп отыратын координаттар жүйесіне сәйкес келеді. Бұл модельдің бетіне, әсіресе жарықтандырудың жетілдірілген техникаларымен бірге, көптеген егжей-тегжейліліктерді қосады. Parallax mapping (офсеттік карталау немесе виртуалды орын ауыстыру карталау) – bump mapping және normal mapping әдістерін жетілдіретін технология. Бұл технология тангенттік кеңістіктегі көру бұрышының (беттік нормальға қатысты бұрыш) және сол нүктедегі биіктік картасының мәніне байланысты рендерингтелген көпбұрыштағы текстуралық координаттарды өзгертеді. Көлбеу бұрыштарда текстуралық координаттар көбірек ығысады, көрініс өзгерер кезде параллакс эффектісінен туындаған тереңдік сезімін тудырады.

Фильмдер мен анимация техникасы

Бұл термин музыкалық бейнежазбаларда және көбінесе титрлерде жиі қолданылатын анимациялық эффектті сипаттау үшін де қолданылады. Кинопродюсер Роберт Эванстың естеліктері негізінде түсірілген "Бала суретте қалады" фильмі осы эффектіге кеңінен назар аударды, ол үш өлшемді кеңістікте екі өлшемді суреттерді қабаттастыру және оларды анимациялауды қамтиды. Бұл техниканың алғашқы мысалдары Лиз Фаирдің "Down" (режиссері Родни Ашер) және Джорджио Мородердің (музыкант, режиссер) "A Special Tree" бейнежазбаларын қамтиды. Ірі масштабта, 2018 жылғы "Сатурн сақиналарында" ғарыштан немесе телескоптар арқылы түсірілген 7,5 миллионнан астам екі өлшемді сурет қолданылды, олар көп жазықтық анимациясының көмегімен біріктіріліп, жылжытылды.

Графикалық дизайн

Бұл термин сондай-ақ иконалар мен графикалық пайдаланушы интерфейстерінің (GUI) дизайнында жиі қолданылатын әсерді білдіреді, онда виртуалды жарық көзінің сол жақта (немесе кейбір жағдайларда оң жақта) және адамның компьютер мониторының үстінде болуы арқылы жеңіл 3D иллюзия жасалады. Жарық көзі өзі көрінбейді, бірақ оның әсері жоғары және сол жақтағы ашық түстерде, көлеңкелерді имитациялап, ал нысандардың оң және төмен жағындағы қараңғы түстерде көрінеді. Бұл техниканың жетілдірілген нұсқасын Pixologic компаниясының ZBrush сияқты арнайы графикалық дизайн бағдарламалық қамтамасынан табуға болады. Бұл бағдарламаның холстысы қалыпты 2D сурет салу бетін білдіреді, бірақ пикселдік ақпаратты сақтайтын дерек құрылымы z индексіне қатысты ақпаратты, сондай-ақ материалдық қасиеттерді, жылтырлықты және т.б. сақтай алады. Осы деректерді пайдаланып жарықтандыру, көлеңке және басқа да әсерлерді имитациялауға болады.

Тарих

Алғашқы псевдо 3D қолданған бейне ойындар негізінен аркада ойындары болды, ең алғашқы белгілі мысалдар 1970-жылдардың ортасына, микропроцессорларды қолдана бастаған кезде жатады. 1975 жылы Taito Interceptor ойынын шығарды, ол бірінші тұлғадан ату және ұрыс ұшу симуляторы болып табылады. Ойын реактивті ұшақты басқаруды, сегіз бағытты джойстикпен нысана алуды және екі ұшақтың құрамында қозғалатын және ойыншыға дейінгі қашықтығына байланысты мөлшері ұлғаятын/кішірейтін жау ұшақтарын атуды қамтиды. 1976 жылы Sega Moto Cross ойынын шығарды, ол мотокросс жарысына негізделген қара-ақ мотоцикл жарысы видео ойыны, және үш өлшемді үшінші тұлғалық көзқарасты енгізгенімен ерекшеленеді. Сол жылы Sega Gremlin ойынды Fonz деп атады, бұл танымал "Happy Days" ситкомымен байланысты болды. Ойынның екі нұсқасында да үнемі өзгеріп отыратын алға жылжу жолы және үшінші тұлға көзқарасындағы ойыншының мотоциклі көрсетілді, онда ойыншыға жақын объектілер көкжиекке жақын объектілерден үлкен болады. Мақсаты – көлікті жолмен басқарып, сағатқа қарсы жарысу, келе жатқан мотоциклдерден немесе жолдан шығып кетуден сақтану. Сондай-ақ, Atari Night Driver ойынында жолдың немесе ойыншының көлігінің көрінісі болмаса да, жолдың шетіндегі бірнеше тіреулер көрсетілді. Векторлық графиканы қолданатын ойындар псевдо 3D эффекттерін жасауда артықшылыққа ие болды. 1979 жылы шыққан "Speed Freak" ойыны "Night Driver" ойынының перспективасын егжей-тегжейлі түрде қайта жасайды. 1979 жылы Nintendo Radar Scope ойынын шығарды, ол жанрға үш өлшемді үшінші тұлғалық көзқарасты енгізді, кейінірек Konami-дің Juno First және Activision-нің Beamrider сияқты атыс ойындары еліктеді. 1980 жылы Atari Battlezone ойынын шығарды, ол псевдо 3D ойындары үшін жаңалық болды, бұрын-соңды болмаған реализммен 3D перспективасын қайта жасады, бірақ ойын әлі де жазық болды. Сол жылы Red Baron ойыны пайда болды, ол векторлық кескіндерді масштабтау арқылы алға жылжымалы рельсті атушыны жасады. 1980 жылы шыққан Sega-ның Space Tactics аркадалық атушысы ойыншыларға нысананы бағыттау және экранға қарсы келетін жауларға лазерлерді атуға мүмкіндік берді, бұл 3D әсерін тудырды. Оның артынан 1980-жылдардың басында бірінші тұлғалық көзқараспен басқа аркадалық атыс ойындары шықты, соның ішінде Taito-ның 1981 жылғы Space Seeker және Sega-ның 1982 жылғы Star Trek. 1982 жылы Sega-ның SubRoc 3D ойыны бірінші тұлғалық көзқарасқа ие болды және арнайы окуляр арқылы стереоскопиялық 3D қолдануды енгізді. 1983 жылы Sega-ның Astron Belt ойыны алғашқы лазерлік дискілік видео ойыны болды, ол графиканы көрсету үшін толық қозғалыс видеосын пайдаланды. Сол кезде аркадаларда үшінші тұлға рельсті атушы ойындары да шықты, соның ішінде 1982 жылы Sega-ның Tac/Scan, 1983 жылы Nippon's Ambush, 1983 жылы Nichibutsu's Tube Panic және 1982 жылы Sega-ның Buck Rogers: Planet of Zoom, оның жылдам псевдо 3D масштабталуы және егжей-тегжейлі шприттерімен ерекшеленеді. Namco-ның Pole Position жарыс ойыны – қазір өте танымал болған камера әсерін пайдаланған алғашқы жарыстардың бірі. Бұл мысалда әсер linescroll арқылы жасалды – суретті бүктеу үшін әр сызықты тәуелсіз түрде жылжыту практикасы. Бұл жағдайда бүгілу қисықтар мен рульді симуляциялайды. Жолды ойыншыға қарай жылжығандай етіп көрсету үшін әр сызықтың түсі өзгертілді, бірақ көптеген консоль нұсқалары палитралық анимацияны таңдады. 1982 жылы Sega ұсынған Zaxxon атыс ойыны, аты шыққан аксонометриялық проекцияны пайдаланған алғашқы ойын болды. Zaxxon ойын алаңы семантикалық жағынан 3D болса да, ойынды 2.5D ретінде жіктейтін көптеген шектеулер бар: тұрақты көзқарас, шприттерден жасалған сахна композициясы және оқ ату сияқты қозғалыстар осьтер бойымен тура сызықтармен шектелген. Бұл сондай-ақ көлеңкелерді көрсеткен алғашқы бейне ойындардың бірі болды. Келесі жылы Sega алғашқы псевдо 3D изометриялық платформалық ойын Congo Bongo-ны шығарды. Сол жылы шыққан тағы бір псевдо 3D платформалық ойын Konami-дің Antarctic Adventure болды, онда ойыншы алдыңғы жаққа қарай жылжып отыратын үшінші тұлға көзқарасында пингвинге басқарады, сонымен бірге шұңқырлар мен кедергілерден секіруі керек. Бұл 1983 жылы MSX үшін шығарылған компьютерде қол жетімді алғашқы псевдо 3D ойындардың бірі болды. 1985 жылы Space Harrier Sega-ның "Super Scaler" технологиясын енгізді, ол жоғары кадр жылдамдығында псевдо 3D шприттер масштабын өзгертуге мүмкіндік берді, 32 000 шпритті масштабтауға және олармен жылжымалы ландшафтты толтыруға мүмкіндік берді. Псевдо 3D қолданған алғашқы үй консоль ойыны, сонымен қатар теледидардағы спорттық хабарларды көретін бірнеше камера бұрыштарын қолданған алғашқы ойын – Дон Даглоу мен Эдди Домброуэрдің Intellivision World Series Baseball (1983) ойыны, Mattel баспасынан шыққан. Оның теледидардағы спорттық стильдегі дисплейі кейінірек 3D спорттық ойындарда қолданылды және қазір барлық негізгі командалық спорттық ойындарда қолданылады. 1984 жылы Sega бірнеше псевдо 3D аркадалық ойындарды Sega SG 1000 консоліне көшірді, соның ішінде үшінші тұлға псевдо 3D рельсті атушы Buck Rogers: Planet of Zoom-ның тегіс нұсқасы. 2.5D сондай-ақ Dynamic Graphics-тің ISM, Uniras-тің GEOPAK және Intergraph DTM жүйесі сияқты бағдарламалық пакеттермен жер бедерін модельдеуде де қолданылды. 2.5D беттік техникалар географиялық қауымдастықта көптеген географиялық модельдерде қолданылатын қалыпты қалыңдыққа аудан қатынасын визуализациялау мүмкіндігіне байланысты танымал болды; бұл қатынас өте кішкентай болды және нысанның еніне қатысты жұқа екенін көрсетеді, бұл оны белгілі бір жазықтықта шынайы етті. Бұл бейнелер аксиоматикалық болды, себебі барлық жер асты домені қолданылмады немесе барлық доменді қайта құру мүмкін болмады; сондықтан ол тек бетті және беттің бір аспектісін, толық 3D сәйкестігін емес пайдаланды. "Екі жарым D" термині алғаш рет 1994 жылы Уоррен Спектор PC Gamer журналының Солтүстік Америкадағы тұңғыш санындағы сұхбатында қолданылды. Ол кезде термин Wolfenstein 3D және Doom сияқты бірінші тұлғадан атушыларға қатысты, оларды System Shock-тың "нағыз" 3D қозғалтқышынан ажырату үшін қолданылды. Мыңдаған полигонды (3D компьютерлік графиканың ең негізгі элементі) секундына өңдей алатын және 3D графикалық процессорларды пайдаланатын консольдер мен компьютерлік жүйелердің пайда болуымен псевдо 3D ескірді. Бірақ бүгінгі күнге дейін, соның ішінде ұялы телефондар сияқты, нағыз 3D графиканы көрсетуге жеткілікті қуаты жоқ компьютерлік жүйелер бар, сондықтан олар осы мақсатта псевдо 3D-ны пайдаланады. 1980-жылдардың псевдо 3D аркадалық дәуірінен және 16 биттік консоль дәуірінен шыққан көптеген ойындар осы жүйелерге көшірілді, бұл өндірушілерге ондаған жылдар бұрын шыққан ойындардан табыс табуға мүмкіндік берді. 2.5D-ның немесе визуализациялық талдаудың жаңаруы, табиғат және жер ғылымында компьютерлік жүйелердің картографиядағы кеңістіктік ақпаратты жасаудағы рөлін арттырды. GVIS белгісіздерді табуға, кеңістіктік деректермен нақты уақыт өзара әрекеттесуге және карта дисплейін басқаруға мүмкіндік берді және үш өлшемді бейнелерге ерекше назар бөлді. GVIS-тегі күш-жігер жоғары өлшемдерді кеңейтуге және оларды көрінеуірек етуге бағытталды; көптеген күш-жігерлер 2D жазықтықта үш өлшемді көруді "алдауға" бағытталған. 2.5D дисплейлер сияқты, онда үш өлшемді нысанның беті бейнеленеді, бірақ нысан ішіндегі орналасқан жерлер бұрмаланған немесе қол жетімді емес.

Техникалық аспектілер мен жалпылаулар

Нағыз 3D компьютерлік графиканың орнына псевдо 3D пайдалану себебі – 3D графикті симуляциялауға тиіс жүйе 3D компьютерлік графиканың есептеуге көп күш кеткен процедураларын орындауға жеткілікті қуатты емес, бірақ 2D графикті, мысалы, бит карталарды өзгерту арқылы түрлендіре алады. Осындай трюктердің бірі – бит картаны әрқашан кеңейту, осылайша әр қадамда оны үлкейту, ойыншыға нысан жақындап келе жатқандай әсер беру. Тіпті қарапайым көлеңкелендіру мен кескіннің мөлшері де псевдо-3D деп есептелуі мүмкін, себебі көлеңкелендіру оны шынайырақ етеді. Егер 2D ойындағы жарық 2D болса, ол тек контурда ғана көрінер еді, ал контурлар көбінесе қараңғы болғандықтан, олар анық көрінбейді. Дегенмен, көзге көрінетін кез келген көлеңкелендіру псевдо-3D жарықтандыру қолданылып жатқанын және кескінде псевдо-3D графика пайдаланылғанын көрсетеді. Кескіннің мөлшерін өзгерту оның жақындап немесе алыстап бара жатқандай көрінуіне себеп болуы мүмкін, бұл үшінші өлшемді симуляциялау болып саналады. Өлшемдер – деректердің айнымалылары, оларды кеңістіктегі нақты орналасқан жерлерге бейімдеуге болады; 2D деректерге x, y немесе z жазықтығына мән қосу арқылы 3D көлем беруге болады. "Топографиялық картаның 2D аймақтарына биіктік тағайындау" – әр 2D орналасқан жерді биіктік/көтерілу мәнімен байланыстыру арқылы 2.5D проекция жасалады; бұл "нағыз 3D бейнелеу" деп есептелмейді, бірақ 3D визуалды бейнелеу сияқты "суреттерді визуалды өңдеуді және одан туындайтын кеңістіктік танымды жеңілдету" үшін қолданылады.