В 3D компьютерной графике каркасная модель ( также пишется каркасная модель ) — это визуальное представление трехмерного ( 3D) физического объекта. Она основана на полигональной сетке или объемной сетке , созданной путем указания каждого края физического объекта, где встречаются две математически непрерывные гладкие поверхности, или путем соединения составляющих вершин объекта с помощью (прямых) линий или кривых . Объект проецируется в экранное пространство и визуализируется путем рисования линий в месте расположения каждого края. Термин «каркас» происходит от дизайнеров, использующих металлическую проволоку для представления трехмерной формы твердых объектов. Каркасные компьютерные модели 3D позволяют строить и манипулировать твердыми телами и твердыми поверхностями. Моделирование твердых тел 3D эффективно рисует более качественные представления твердых тел, чем обычное линейное рисование .
Использование каркасной модели позволяет визуализировать базовую структуру дизайна 3D-модели. Традиционные двухмерные виды и чертежи/визуализации могут быть созданы путем соответствующего вращения объекта и выбора удаления скрытых линий с помощью секущих плоскостей .
Поскольку каркасные визуализации относительно просты и быстры в расчетах, они часто используются в случаях, когда требуется относительно высокая частота кадров экрана (например, при работе с особенно сложной 3D-моделью или в системах реального времени , которые моделируют внешние явления). Когда требуется большая графическая детализация, текстуры поверхности могут быть добавлены автоматически после завершения первоначальной визуализации каркаса. Это позволяет дизайнеру быстро просматривать твердые тела или вращать объекты в разных видах без длительных задержек, связанных с более реалистичной визуализацией или даже обработкой граней и простым плоским затенением .
Формат каркаса также хорошо подходит и широко используется при программировании траекторий движения инструмента для станков с прямым числовым программным управлением (DNC) .
Нарисованные от руки иллюстрации, похожие на каркасные, появились еще в эпоху итальянского Возрождения . [2] Каркасные модели также широко использовались в видеоиграх для представления 3D-объектов в 1980-х и начале 1990-х годов, когда «правильно» заполненные 3D-объекты были бы слишком сложны для расчета и рисования на компьютерах того времени. Каркасные модели также используются в качестве входных данных для автоматизированного производства (CAM).
Существует три основных типа 3D -моделей автоматизированного проектирования (САПР); каркасная модель является наиболее абстрактной и наименее реалистичной. Другие типы — поверхностная и твердая . Каркасный метод моделирования состоит только из линий и кривых, которые соединяют точки или вершины и тем самым определяют края объекта.
Объект определяется двумя таблицами: (1) Таблица вершин и (2) Таблица ребер.
Таблица вершин состоит из трехмерных значений координат для каждой вершины относительно начала координат.
Таблица ребер определяет начальную и конечную вершины для каждого ребра.
Наивная интерпретация могла бы создать каркасное представление, просто рисуя прямые линии между экранными координатами соответствующих вершин, используя список ребер.
В отличие от представлений, предназначенных для более детальной визуализации, информация о лице не указывается (она должна быть рассчитана, если требуется для сплошной визуализации).
Для преобразования трехмерных координат вершин в двухмерные экранные координаты необходимо выполнить соответствующие вычисления .