Немного о генерации 3д изображений

Честно говоря, всегда было интересно устройство 3д модели изнутри, вернее непосредственно структура физического файла 3д модели какого-либо формата. А недавно встала довольно оригинальная задача - создание 3д барельефов по фотографии.

Скажу честно - хоть я и являюсь профессиональным программистом уже порядка 10 лет, с 3д у меня всегда были весьма неловкие отношения. Однако кое что изменилось, когда у моей хорошей знакомой появился 3д принтер. А будучи человеком творческим, я то и дело придумывал грандиозные планы по печати мне той или иной штуковины.

По-первости мучил своего одногруппника, который имел куда более внушительные, в сравнении со мной, таланты в данной сфере. Однако, вскоре совесть как то заела бессовестно эксплуатировать свободное время человека, и сел я за освоение моделирования в AutoCAD. И как ни странно у меня практически с первого дня начало получаться (оказывается, даже такие трудные вещи оказываются вполне под силу, была бы правильная мотивация).

Это была краткая предыстория, как меня вообще занесло в данную сферу. А теперь ближе к телу теме ;)

Как то обратилась ко мне та самая знакомая с просьбой достать взломанную программку по переносу обыкновенных фотографий в 3д модели своеобразных выпуклых барельефов. Программы этой я, к сожалению или к счастью, во взломанном виде не нашёл. Зато подхватил львиную дозу браузерных рекламных вирусов, которыми кишит сейчас каждый второй сайт.

Поведав об этой досадной неудаче знакомой, получил от неё вполне типичный ответ:

- Не можешь найти взломанную - взломай сам, 'тыжпрограммист' :{}

Однако, взломом программ я никогда не занимался, и желания такого совершенно не имею. Как, собственно, и достаточных знаний, чего уж кривить душой. А вот идея создать некий аналог данной программы собственноручно надёжно засела в мою голову.

Начать штурм этой неизведанной на первый взгляд, задачи я начал с изучения структуры всем нам известного формата STL. Как оказалось, у него есть 2 варианта - текстовый (ASCII) и бинарный. Начал конечно же с наиболее простого, текстового формата.

Как я и предполагал, состоял этот файл из координат углов треугольников в 3д пространстве, из которых и строилось изображение. И минимального синтаксиса, описывающего, что есть что.

Покурив немного мануалов, сделал свою первую 3д модель в Блокноте - куб.

Приведу его код, если кому то интересно:

solid cube_corner

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 0.0 0.0

vertex 1.0 0.0 0.0

vertex 1.0 1.0 0.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 0.0 0.0

vertex 1.0 1.0 0.0

vertex 0.0 1.0 0.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 0.0 0.0

vertex 1.0 0.0 0.0

vertex 0.0 0.0 1.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 1.0 0.0 1.0

vertex 0.0 0.0 1.0

vertex 1.0 0.0 0.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 1.0 1.0 1.0

vertex 1.0 0.0 1.0

vertex 1.0 0.0 0.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 1.0 1.0 0.0

vertex 1.0 0.0 0.0

vertex 1.0 1.0 1.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 1.0 1.0

vertex 0.0 1.0 0.0

vertex 0.0 0.0 0.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 0.0 0.0

vertex 0.0 0.0 1.0

vertex 0.0 1.0 1.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 1.0 0.0

vertex 0.0 1.0 1.0

vertex 1.0 1.0 0.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 1.0 1.0 0.0

vertex 0.0 1.0 1.0

vertex 1.0 1.0 1.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 1.0 1.0 1.0

vertex 0.0 0.0 1.0

vertex 1.0 0.0 1.0

endloop

endfacet

facet normal 0.0 0.0 0.0

outer loop

vertex 0.0 0.0 1.0

vertex 1.0 1.0 1.0

vertex 0.0 1.0 1.0

endloop

endfacet

endsolid

В итоге, сохранив файл с расширением *.stl, открыл его в 3д редакторе, и запрыгал от радости - получилось! :DВдохновившись, я продумал дальнейший алгоритм действия программы:

1) Пользователь открывает фотографию.

2) Программа переводит фотографию в чёрно-белый режим.

3) Сканируя поочерёдно каждый пиксель изображения программа анализирует степень его 'серости' от абсолютно белого (0) до абсолютно чёрного (255) по цветовой схеме RGB.

4) Для каждого пикселя программа создаёт куб (вернее, уже параллелипипед), высота которого зависит от 'серости' соответствующего пикселя. Белый пиксель соответствовал максимальной высоте 3д блока, в то время как чёрный - минимальной. Серый цвет имел среднюю высоту.

Запустив программу на крупном по размеру изображении столкнулся с ужасно маленькой производительностью, за счёт неоптимизированного алгоритма. Однако, на данный момент меня интересовало не это. Хотелось лицезреть уже хоть какой то результат нескольких часов кодинга. Создав в Пэинте картинку 5х5 пикселей, запустил программу...

Результат приятно удивил, и невольно напомнил графику в стиле Пиксельарта))Однако, захотелось таки увидеть первые результаты с реальным фото, пусть и очень маленьким. Найдя в интернете картинку какого-то мужчины, уменьшил её до размеров 30х30 пикселей, и скормил программе.

Фото: Спустя 10 минут раздумий программа выдала следующее:И хоть я и не могу сказать, что данный результат меня удовлетворил, вызвал желание экспериментировать в этом направлении дальше. И есть вполне резонные основания полагать, что оптимизировав скорость работы программы, и запустив преобразование фотографии в 4-5 раз большего разрешения, детализированность и плавность 3д модели многократно улучшится, а 'квадратность' будет сведена до минимума. Ну а о своих дальнейших успехах расскажу в следующий раз! Спасибо за внимание ;)