Перспектива 2,5D ( два с половиной измерения ) относится к игровому процессу или движению в видеоигре или среде виртуальной реальности , которая ограничена двумерной (2D) плоскостью с небольшим доступом или вообще без доступа к третьему измерению в пространстве. в противном случае это кажется трехмерным и часто моделируется и визуализируется в цифровой трехмерной среде.
Это похоже, но отличается от псевдо-3D-перспективы (иногда называемой видом в три четверти, когда окружающая среда изображается под углом сверху вниз), которая относится к 2D-графическим проекциям и аналогичным методам, используемым для имитации внешнего вида изображений или сцен. быть трехмерными (3D), хотя на самом деле это не так.
Напротив, игры, пространства или перспективы, которые моделируются и визуализируются в 3D и используются в 3D-дизайне уровней, считаются настоящими 3D, а игры, визуализированные в 2D, которые выглядят как 2D без аппроксимации 3D-изображения, называются настоящими 2D .
2,5D-проекции, распространенные в видеоиграх, также оказались полезны в географической визуализации (GVIS), чтобы помочь понять визуально-когнитивные пространственные представления или 3D-визуализацию. [1]
Термины «перспектива в три четверти» и «вид в три четверти» берут свое начало от трехчетвертного профиля в портретной живописи и распознавании лиц, который изображает лицо человека, находящееся на полпути между видом спереди и видом сбоку. [2]
В аксонометрической проекции и косой проекции , двух формах параллельной проекции , точка обзора слегка поворачивается, чтобы раскрыть другие аспекты окружающей среды, отличные от тех, которые видны в перспективе сверху вниз или виде сбоку, тем самым создавая трехмерный эффект. Объект «считается находящимся в наклонном положении, что приводит к сокращению всех трех осей» [3] , а изображение представляет собой «представление на одной плоскости (как поверхность рисования) трехмерного объекта, расположенного под углом в плоскость проекции». [3] Линии, перпендикулярные плоскости, становятся точками, линии, параллельные плоскости, имеют истинную длину, а линии, наклоненные к плоскости, укорачиваются.
Это популярные ракурсы камеры в 2D- видеоиграх, чаще всего выпущенных для 16-битных или более ранних версий и портативных консолей , а также в более поздних стратегических и ролевых видеоиграх . Преимущество этих ракурсов заключается в том, что они сочетают в себе видимость и мобильность игры с видом сверху и узнаваемость персонажей игры с боковой прокруткой . Таким образом, игроку может быть представлен обзор игрового мира с возможностью увидеть его более или менее сверху, а также с дополнительными деталями в графических изображениях, которые становятся возможными за счет использования угла: вместо того, чтобы показывать гуманоида в перспективе сверху вниз, как голова и плечи, если смотреть сверху, все тело можно нарисовать под наклонным углом; поворот персонажа покажет, как он выглядит по бокам, спереди и сзади, а перспектива сверху вниз независимо от этого будет отображать ту же голову и плечи.
Существует три основных подразделения аксонометрической проекции: изометрическая (равная мера), диметрическая (симметричная и несимметричная) и триметрическая (одна проекция или только две стороны). Наиболее распространенным из этих типов чертежей в инженерном черчении является изометрическая проекция. Эта проекция наклонена так, что все три оси создают равные углы с интервалом 120 градусов. В результате все три оси одинаково укорочены. В видеоиграх более распространена форма диметрической проекции с соотношением пикселей 2:1 из-за проблем сглаживания и квадратных пикселей, встречающихся на большинстве компьютерных мониторов.
В косой проекции обычно все три оси показаны без ракурса. Все линии, параллельные осям, рисуются в масштабе, а диагонали и кривые линии искажаются. Одним из характерных признаков косой проекции является то, что лицо, направленное к камере, сохраняет прямые углы по отношению к плоскости изображения. [ нужны разъяснения ]
Два примера косой проекции — Ultima VII: The Black Gate и Paperboy . Примеры аксонометрической проекции включают SimCity 2000 , а также ролевые игры Diablo и Baldur's Gate .
В трехмерных сценах термин «рекламный щит» применяется к технике, при которой объекты иногда представляются двухмерными изображениями, нанесенными на один многоугольник, который обычно располагается перпендикулярно лучу зрения. Название связано с тем, что объекты кажутся нарисованными на рекламном щите . Этот метод широко использовался в видеоиграх начала 1990-х годов, когда консоли не имели аппаратной мощности для рендеринга полностью трехмерных объектов. Это также известно как фон. Это можно использовать с хорошим эффектом для значительного повышения производительности, когда геометрия достаточно удалена, чтобы ее можно было легко заменить 2D- спрайтом . В играх эта техника чаще всего применяется к таким объектам, как частицы (дым, искры, дождь) и растительность с низкой детализацией. С тех пор он стал мейнстримом и встречается во многих играх, таких как Rome: Total War , где он используется для одновременного отображения тысяч отдельных солдат на поле боя. Ранние примеры включают ранние шутеры от первого лица, такие как Marathon Trilogy , Wolfenstein 3D , Doom , Hexen и Duke Nukem 3D , а также гоночные игры, такие как Carmageddon и Super Mario Kart , и платформеры, такие как Super Mario 64 .
Скайбоксы и небесные купола — это методы, используемые для легкого создания фона, чтобы игровой уровень выглядел больше, чем он есть на самом деле. Если уровень заключен в куб, небо, далекие горы, далекие здания и другие недоступные объекты визуализируются на гранях куба с помощью техники, называемой отображением куба , создавая таким образом иллюзию удаленного трехмерного окружения. В небесном куполе используется та же концепция, но вместо куба используется сфера или полусфера .
Когда зритель перемещается по трехмерной сцене, скайбокс или небесный купол обычно остаются неподвижными по отношению к зрителю. Этот метод создает иллюзию нахождения скайбокса очень далеко, поскольку кажется, что другие объекты в сцене движутся, а скайбокс — нет. Это имитирует реальную жизнь, где удаленные объекты, такие как облака, звезды и даже горы, кажутся неподвижными, когда точка обзора смещается на относительно небольшие расстояния. По сути, все в скайбоксе всегда будет казаться бесконечно удаленным от зрителя. Это последствие использования скайбоксов требует от дизайнеров быть осторожными и не включать по неосторожности изображения отдельных объектов в текстуры скайбокса, поскольку зритель может заметить несоответствие размеров этих объектов при перемещении по сцене.
В некоторых играх спрайты масштабируются больше или меньше в зависимости от расстояния до игрока, создавая иллюзию движения вдоль оси Z (вперед). Видеоигра Out Run от Sega 1986 года , работающая на аркадной системной плате Sega OutRun , является хорошим примером этой техники.
В Out Run игрок загоняет Феррари в глубь игрового окна. Пальмы на левой и правой стороне улицы представляют собой одно и то же растровое изображение , но масштабированы до разных размеров, что создает иллюзию того, что некоторые из них расположены ближе, чем другие. Углы движения - "влево-вправо" и "в глубину" (технически эта игра еще позволяла это делать, но разворот или движение задним ходом в этой игре делать не разрешалось, поэтому движение "из глубины", т.к. это не имело смысла в условиях высокой скорости игры и напряженного лимита времени). Обратите внимание, вид сравним с тем, который в реальности имел бы водитель , управляя автомобилем. Положение и размер любого рекламного щита генерируются путем (полного трехмерного) преобразования перспективы, как и вершины полилинии, представляющей центр улицы. Часто центр улицы сохраняется в виде сплайна и выбирается таким образом, что на прямых улицах каждая точка выборки соответствует одной строке сканирования на экране. Холмы и кривые ведут к нескольким точкам на одной линии, и нужно выбрать одну. Или одна линия не имеет точки и должна быть линейно интерполирована из соседних линий. Рекламные щиты с очень большим объемом памяти используются в Out Run для рисования кукурузных полей и волн на воде, которые шире экрана даже на самом большом расстоянии просмотра, а также в Test Drive для рисования деревьев и скал.
Drakkhen был известен как одна из первых ролевых видеоигр, в которых было трехмерное игровое поле. Однако в нем не использовался обычный игровой движок 3D, а была его эмуляция с использованием алгоритмов масштабирования персонажей. Группа игрока путешествует по суше по плоской местности, состоящей из векторов, 2D-объекты которых увеличены. В Drakkhen есть анимированный цикл смены дня и ночи, а также возможность свободно бродить по игровому миру, что является редкостью для игры той эпохи. Этот тип движка позже использовался в игре Eternam .
Некоторые мобильные игры, выпущенные на платформе Java ME, такие как мобильная версия Asphalt: Urban GT и Driver: LA Undercover , использовали этот метод рендеринга декораций. Хотя эта техника похожа на некоторые аркадные игры Sega, такие как Thunder Blade и Cool Riders , а также 32-битную версию Road Rash , она использует полигоны вместо масштабирования спрайтов для зданий и некоторых объектов, хотя выглядит плоско затененной. Более поздние мобильные игры (в основном от Gameloft), такие как Asphalt 4: Elite Racing и мобильная версия Iron Man 2 , используют сочетание масштабирования спрайтов и наложения текстур для некоторых зданий и объектов.
Параллакс — это когда набор 2D- спрайтов или слоев спрайтов перемещается независимо друг от друга и/или фона, чтобы создать ощущение дополнительной глубины. [4] : 103 Этот сигнал глубины создается путем относительного движения слоев. Эта техника выросла из техники многоплоскостной камеры , используемой в традиционной анимации с 1940-х годов. [5] Этот тип графического эффекта был впервые использован в аркадной игре Moon Patrol 1982 года . [6] Примеры включают небо в Rise of the Triad , аркадную версию Rygar , Sonic the Hedgehog , Street Fighter II , Shadow of the Beast и Dracula X Chronicles , а также Super Mario World .
Режим 7 — эффект системы отображения, который включал в себя вращение и масштабирование, позволял создавать 3D-эффект при движении в любом направлении без каких-либо реальных 3D-моделей и использовался для имитации 3D-графики на SNES .
Приведение лучей — это псевдо-3D-техника от первого лица , при которой луч для каждого вертикального фрагмента экрана отправляется с позиции камеры. Эти лучи стреляют до тех пор, пока не достигают объекта или стены, и эта часть стены отображается в этом вертикальном срезе экрана. [8] Из-за ограниченного движения камеры и внутреннего 2D игрового поля его часто называют 2,5D. [9]
Bump Mapping , Normal Mapping и Parallax Mapping — это методы, применяемые к текстурам в приложениях 3D-рендеринга, таких как видеоигры, для имитации неровностей и морщин на поверхности объекта без использования большего количества полигонов . Для конечного пользователя это означает, что текстуры, такие как каменные стены, будут иметь большую глубину и, следовательно, большую реалистичность с меньшим влиянием на производительность моделирования.
Рельефное отображение достигается путем искажения нормалей поверхности объекта и использования изображения в оттенках серого и возмущенной нормали во время расчетов освещенности. В результате получается неровная, а не идеально гладкая поверхность, хотя поверхность лежащего под ней объекта фактически не изменяется. Bump Mapping был представлен Блинном в 1978 году. [10]
В картографировании нормалей единичный вектор от точки затенения до источника света разделяется точками с единичным вектором, нормальным к этой поверхности, а скалярное произведение представляет собой интенсивность света на этой поверхности. Представьте себе многоугольную модель сферы — вы можете лишь приблизительно определить форму поверхности. Используя 3-канальное растровое изображение, текстурированное по всей модели, можно закодировать более подробную информацию о векторе нормалей. Каждый канал в растровом изображении соответствует пространственному измерению ( x , y и z ). Эти пространственные измерения относятся к постоянной системе координат для карт нормалей объектного пространства или к плавно изменяющейся системе координат (основанной на производных положения по координатам текстуры) в случае карт нормалей касательного пространства. Это добавляет гораздо больше деталей поверхности модели, особенно в сочетании с передовыми методами освещения.
Отображение параллакса (также называемое отображением смещения или отображением виртуального смещения ) — это улучшение методов отображения рельефа и отображения нормалей, реализованное путем смещения координат текстуры в точке визуализированного многоугольника с помощью функции угла обзора в касательном пространстве (угол относительно к нормали к поверхности) и значение карты высот в этой точке. При более крутых углах обзора координаты текстуры смещаются сильнее, создавая иллюзию глубины из-за эффекта параллакса при изменении вида.
Этот термин также используется для описания анимационного эффекта, обычно используемого в музыкальных клипах и, чаще, в заголовках. Привлеченный к широкому вниманию фильмом « Малыш остается в картинке» , экранизацией мемуаров кинопродюсера Роберта Эванса , он включает в себя наложение слоев и анимацию двухмерных изображений в трехмерном пространстве. Более ранние примеры этой техники включают музыкальное видео Лиз Фейр «Down» (режиссер Родни Ашер ) и «A Special Tree» (режиссер музыкант Джорджио Мородер ).
В более широком масштабе в фильме 2018 года « В кольцах Сатурна» использовалось более 7,5 миллионов отдельных двумерных изображений, снятых в космосе или с помощью телескопов, которые были скомпонованы и перемещены с использованием методов многоплоскостной анимации.
Этот термин также относится к часто используемому эффекту в дизайне значков и графических пользовательских интерфейсов (GUI), где небольшая трехмерная иллюзия создается за счет присутствия виртуального источника света слева (или в некоторых случаях справа) стороны. и над монитором компьютера человека . Сам источник света всегда невидим, но его эффекты видны в более светлых цветах сверху и слева, имитирующих отражение, и в более темных цветах справа и снизу от таких объектов, имитирующих тень.
Усовершенствованную версию этой техники можно найти в некоторых специализированных программах для графического дизайна, таких как ZBrush от Pixologic . Идея состоит в том, что холст программы представляет собой обычную поверхность 2D-рисования, но структура данных, содержащая информацию о пикселях, также может хранить информацию относительно z -индекса , а также настроек материала, зеркальности и т. д. Опять же, с Таким образом, с помощью этих данных можно моделировать освещение, тени и т.д.
Первыми видеоиграми, в которых использовалось псевдо-3D, были в основном аркадные игры , самые ранние известные примеры относятся к середине 1970-х годов, когда в них начали использовать микропроцессоры . В 1975 году Taito выпустила Interceptor , [11] ранний шутер от первого лица и симулятор боевых полетов , в котором пилотировал реактивный истребитель , используя восьмипозиционный джойстик для прицеливания с помощью перекрестия и стрельбы по вражеским самолетам, движущимся группами по два и два человека. увеличение/уменьшение размера в зависимости от расстояния до игрока. [12] В 1976 году Sega выпустила Moto-Cross , раннюю черно-белую видеоигру о гонках на мотоциклах , основанную на соревнованиях по мотокроссу , которая особенно примечательна тем, что впервые представила раннюю трехмерную перспективу от третьего лица . [13] Позже в том же году Sega-Gremlin переименовала игру в Fonz , как дополнение к популярному ситкому Happy Days . [14] В обеих версиях игры отображалась постоянно меняющаяся дорога с прокруткой вперед и велосипед игрока от третьего лица, где объекты, находящиеся ближе к игроку, больше, чем те, что ближе к горизонту, и цель заключалась в том, чтобы направить автомобиль поперек горизонта. по дороге, мчась на время, избегая встречных мотоциклов или съезжая с дороги. [13] [14] В том же году были выпущены две аркадные игры, расширившие поджанр вождения автомобиля до трех измерений с видом от первого лица : Sega's Road Race , в которой отображалась постоянно меняющаяся S-образная дорога с прокруткой вперед и две машины для гонок с препятствиями, движущиеся по дороге, и игрок должен избегать столкновения во время гонки на время, [15] и Night Driver от Atari , в которой на краю дороги был виден ряд столбов, хотя дороги не было видно. или машина игрока. Игры, использующие векторную графику , имели преимущество в создании псевдо-3D-эффектов. В фильме «Speed Freak» 1979 года более детально воссоздана перспектива «Ночного водителя» .
В 1979 году Nintendo представила Radar Scope , шутер , который привнес в жанр трехмерную перспективу от третьего лица, которой годы спустя подражали такие шутеры , как Juno First от Konami и Beamrider от Activision . [16] В 1980 году игра Atari Battlezone стала прорывом в области псевдо-3D-игр, воссоздав трехмерную перспективу с беспрецедентным реализмом, хотя игровой процесс все еще оставался плоским. В том же году за ним последовал Red Baron , который использовал масштабирование векторных изображений для создания рельсового шутера с прокруткой вперед .
Аркадный шутер Space Tactics от Sega , выпущенный в 1980 году, позволял игрокам прицеливаться с помощью перекрестия и стрелять лазерами в экран по приближающимся к ним врагам, создавая ранний 3D-эффект. [17] В начале 1980-х за ним последовали другие аркадные шутеры с видом от первого лица, в том числе выпущенный Taito в 1981 году Space Seeker , [18] и Sega Star Trek в 1982 году. [19] Sega SubRoc-3D также в 1982 году. показал вид от первого лица и представил использование стереоскопического 3D через специальный окуляр. [20] Astron Belt от Sega, вышедшая в 1983 году, была первой видеоигрой на лазерном диске , в которой для отображения графики от первого лица использовалось полноэкранное видео . [21] Рельсовые шутеры от третьего лица также были выпущены на игровых автоматах в то время, в том числе Tac/Scan от Sega в 1982 году, [22] Ambush от Nippon в 1983 году, [23] Tube Panic от Nichibutsu в 1983 году, [24] и Выпуск Sega 1982 года Buck Rogers: Planet of Zoom [ 25] отличался быстрым псевдо-3D-масштабированием и детализированными спрайтами. [26]
В 1981 году Sega Turbo стала первой гоночной игрой, в которой использовалось масштабирование спрайтов с полноцветной графикой. [26] Pole Position от Namco — одна из первых гоночных игр, в которой используется эффект следящей камеры, который сейчас так знаком . В этом конкретном примере эффект был получен с помощью прокрутки строк — практики независимой прокрутки каждой строки с целью деформации изображения. В этом случае деформация будет имитировать кривые и рулевое управление. Чтобы дорога казалась движущейся к игроку, использовались изменения цвета по строкам, хотя во многих консольных версиях вместо этого использовалась анимация палитры .
Zaxxon , шутер, представленный Sega в 1982 году, был первой игрой, в которой использовалась изометрическая аксонометрическая проекция , от которой и произошло ее название. Хотя игровое поле Zaxxon семантически трехмерное, игра имеет множество ограничений, которые классифицируют его как 2.5D: фиксированная точка обзора, композиция сцены из спрайтов и движения, такие как выстрелы пулями, ограниченные прямыми линиями вдоль осей. Это также была одна из первых видеоигр, в которых отображались тени. [27] В следующем году Sega выпустила первый псевдо-3D изометрический платформер Congo Bongo. [28] Еще одним ранним псевдо-3D- платформером, выпущенным в том же году, была «Антарктическое приключение» от Konami , где игрок управляет пингвином с видом от третьего лица с прокруткой вперед, при этом ему приходится перепрыгивать через ямы и препятствия. [29] [30] [31] Это была одна из первых псевдо-3D-игр, доступных на компьютере, выпущенная для MSX в 1983 году . [31] В том же году Irem 's Moon Patrol представлял собой игру с боковой прокруткой и шутер -платформер, в котором использовалась многоуровневая параллаксная прокрутка для создания псевдо-3D-эффекта. [32] В 1985 году Space Harrier представила технологию Sega « Super Scaler », которая позволяла псевдо-3D масштабировать спрайты при высокой частоте кадров , [33] с возможностью масштабировать 32 000 спрайтов и заполнять ими движущийся ландшафт. [34]
Первой оригинальной игрой для домашней консоли , в которой использовалось псевдо-3D, а также первой, в которой использовалось несколько ракурсов камеры, зеркально отраженных в телевизионных спортивных трансляциях, была Intellivision World Series Baseball (1983) Дона Даглоу и Эдди Домброуэра , изданная Mattel . Его телевизионный спортивный стиль отображения позже был принят в спортивных 3D-играх и теперь используется практически во всех основных играх по командным видам спорта. В 1984 году Sega портировала на консоль Sega SG-1000 несколько псевдо-3D-аркадных игр , включая плавную конверсию псевдо-3D-рельсового шутера от третьего лица Buck Rogers: Planet of Zoom . [33]
К 1989 году 2,5D-представления представляли собой поверхности, нарисованные с помощью сигналов глубины и части графических библиотек, таких как GINO. [35] 2.5D также использовался при моделировании местности с помощью таких программных пакетов, как ISM от Dynamic Graphics, GEOPAK от Uniras и системы Intergraph DTM. [35] 2.5D-поверхностные методы приобрели популярность в географическом сообществе из-за их способности визуализировать нормальное соотношение толщины к площади, используемое во многих географических моделях; это соотношение было очень маленьким и отражало тонкость объекта по отношению к его ширине, что делало его реалистичным в определенной плоскости. [35] Эти представления были аксиоматическими в том смысле, что вся область недр не использовалась или вся область не могла быть реконструирована; поэтому использовалась только поверхность, а поверхность — это один аспект, а не полная трехмерная идентичность. [35]
Конкретный термин «два с половиной D» был использован еще в 1994 году Уорреном Спектором в интервью премьерному североамериканскому выпуску журнала PC Gamer . В то время этот термин относился конкретно к шутерам от первого лица, таким как Wolfenstein 3D и Doom, чтобы отличать их от «настоящего» 3D-движка System Shock .
С появлением консолей и компьютерных систем , способных обрабатывать несколько тысяч полигонов (самый основной элемент 3D-компьютерной графики ) в секунду, а также использованием специализированных процессоров 3D-графики , псевдо-3D стало устаревшим. Но даже сегодня в производстве существуют компьютерные системы, такие как мобильные телефоны, которые часто недостаточно мощны для отображения истинной 3D-графики и поэтому используют для этой цели псевдо-3D. Многие игры эпохи псевдо-3D-аркад 1980-х годов и эпохи 16-битных консолей портированы на эти системы, что дает производителям возможность получать доходы от игр, которым уже несколько десятилетий.
Возрождение 2.5D или визуального анализа в естественных науках и науках о Земле повысило роль компьютерных систем в создании пространственной информации при картографировании. [1] GVIS сделал реальным поиск неизвестных, взаимодействие с пространственными данными в реальном времени и контроль над отображением карт, а также уделил особое внимание трехмерным представлениям. [1] Усилия в GVIS пытались расширить более высокие измерения и сделать их более заметными; большинство усилий было сосредоточено на том, чтобы «обмануть» зрение, заставив его видеть три измерения в двухмерной плоскости. [1] Очень похоже на 2,5D-дисплеи, где отображается поверхность трехмерного объекта, но места внутри твердого тела искажены или недоступны. [1]
Причина использования псевдо-3D вместо «настоящей» трехмерной компьютерной графики заключается в том, что система, которая должна имитировать трехмерную графику, недостаточно мощна, чтобы справиться с трудоемкими вычислениями процедур трехмерной компьютерной графики, но способна использовать трюки. модификации 2D-графики, например растровых изображений . Один из таких приемов — растягивать растровое изображение все больше и больше, увеличивая его с каждым шагом, чтобы создать эффект приближения объекта к игроку все ближе и ближе.
Даже простое затенение и размер изображения можно считать псевдо-3D, поскольку затенение делает его более реалистичным. Если бы свет в 2D-игре был 2D, он был бы виден только по контуру, а поскольку контуры часто темные, их было бы не очень четко видно. Однако любое видимое затенение будет указывать на использование псевдо-3D-освещения и на то, что в изображении используется псевдо-3D-графика. Изменение размера изображения может привести к тому, что изображение будет перемещаться ближе или дальше, что можно рассматривать как имитацию третьего измерения.
Измерения — это переменные данных, которые можно сопоставить с определенными местами в пространстве; 2D-данным можно придать 3D-объем, добавив значение к плоскости x , y или z . «Присвоение высоты 2D-областям топографической карты», связывающее каждое 2D-местоположение со значением высоты/высоты, создает 2,5D-проекцию; это не считается «истинным трехмерным представлением», однако используется как трехмерное визуальное представление, чтобы «упростить визуальную обработку изображений и результирующее пространственное познание».