3D (tai 3-D) tarkoittaa kolmiulotteista tai kolmiulotteista. Esimerkiksi laatikko on kolmiulotteinen; se on kiinteä eikä ohut kuten paperinpala. Sillä on tilavuus, ylä- ja alapuoli, vasen ja oikea puoli (sivut) sekä etu- ja takaosa. Voit kääntää laatikon ympäri ja tarkastella sitä toiselta puolelta (jota kutsutaan pinnaksi, pinnaksi tai yksinkertaisesti sivuksi).

Mitta on mitattavissa tuumina, mikroneina, maileina, kilometreinä tai muina pituusyksikköinä.

Näitä kolmea ulottuvuutta kutsutaan usein pituudeksi (tai syvyydeksi), leveydeksi (tai leveydeksi) ja korkeudeksi. Joissakin tarkoituksissa käytetään muita sanoja.

3D-grafiikkaa käytetään videopelien tai animaatioelokuvien tekemiseen. Tarvitaan monia laskutoimituksia, jotta kuvat saadaan näyttämään kolmiulotteisilta näytöllä. Nykyaikaisissa tietokoneissa on yleensä grafiikkasuorittimet (GPU, Graphics Processing Unit), jotka hoitavat nämä laskutoimitukset.

Binokulaarinen näkö auttaa ihmisiä näkemään kolmannen ulottuvuuden helposti.

Mitä 3D tarkoittaa käytännössä?

Kolmiulotteisuus tarkoittaa, että esineellä on kolme mitallista ulottuvuutta: syvyys, leveys ja korkeus. Sitä voidaan kuvata koordinaatistolla, jossa pisteen sijainti annetaan kolmella koordinaatilla (esim. x, y, z). Kolmiulotteinen esine voi olla kiinteä kappale, kuten laatikko, tai digitaalinen malli, jota voi kääntää, leikata ja mitata tietokoneella.

3D-grafiikka ja renderöinti

Digitaalisessa 3D-grafiikassa maailmat ja esineet rakennetaan usein mesh-rakenteista, jotka koostuvat vertekseistä (kulmapisteistä) ja polygoniverkoista (yleensä kolmioista). Mallinnusprosessiin kuuluu:

  • Verkkorakenteen luominen (mesh)
  • Teksturointi: pinnan yksityiskohtien ja värien lisääminen
  • Valaistusmallit: miten valo osuu pintoihin ja muodostaa varjoja
  • Renderöinti: 3D-tiedoston muuttaminen 2D-kuvaksi näytölle käyttäen rasterointia tai ray tracing -menetelmiä

GPU:t on suunniteltu käsittelemään suuria määriä grafiikkaoperaatioita rinnakkain, joten ne nopeuttavat reaaliaikaista renderöintiä peleissä ja sovelluksissa. Renderöinnissä käytetään myös varjostimia (shaders), jotka laskevat valaistuksen ja pinnan ominaisuudet pikselitasolla.

Sovellukset

  • Viihde: elokuvat, animaatiot ja videopelit hyödyntävät 3D-malleja realististen maailmojen rakentamiseen.
  • Suunnittelu ja valmistus: CAD-ohjelmissa tehdään teknisiä malleja koneista, rakennuksista ja osista.
  • Arkkitehtuuri: kolmiulotteiset mallinnukset auttavat visualisoimaan tiloja ja rakenteita ennen rakentamista.
  • 3D-tulostus: fyysisten objektien tulostaminen digitaalisista malleista.
  • Tiede ja lääketiede: anatomiset mallit, potilaskohtaiset 3D-skannaukset ja tutkimussimulaatiot.
  • VR/AR: virtuaali- ja lisätyn todellisuuden sovellukset perustuvat kolmiulotteiseen sisältöön.

Kolmiulotteisuuden havaitseminen

Ihmiset käyttävät monia vihjeitä havaitakseen syvyyden ja muodon. Binokulaarinen näkö (kummankin silmän pieni näkökenttäero) antaa tärkeän stereonäön vihjeen. Myös monoculaariset vihjeet, kuten perspektiivi, kokoero, häivytykset, varjot ja liikeparallaksi, auttavat ymmärtämään etäisyyksiä ja muotoja, vaikka nähtäisiin vain yhdellä silmällä.

Mittaukset ja koordinaatistot

3D-mittauksissa käytetään samoja pituusyksiköitä kuin muissa mittauksissa: tuumat, mikronit, maile, kilometrit ja muut pituusyksiköt. Digitaalisissa malleissa kohteen koko voi olla skaalassa suhteessa todellisuuteen tai täysin virtuaalinen. Koordinaatistot voivat olla oikeakätisiä tai vasenkätisiä riippuen sovelluksesta.

3D-mallinnuksen ja -tulostuksen perusteet

3D-mallinnuksessa käytetään erilaisia tekniikoita: matemaattisia pinta- ja tilamalleja (NURBS), polygoniverkkoja ja volumetrisia lähestymistapoja (esim. voxelit). 3D-skannaus muuntaa fyysisen esineen digitaaliseen muotoon, ja 3D-tulostus rakentaa fyysisiä kappaleita kerros kerrokselta tulostusmateriaalista riippuen.

Yhteenveto

3D tarkoittaa kolmiulotteisuutta ja kattaa sekä fyysiset että digitaaliset esineet, jotka vievät tilaa ja joiden sijainti voidaan ilmaista kolmella koordinaatilla. Teknologia kuten 3D-grafiikka, GPU-laskenta, 3D-skannaus ja -tulostus tekevät kolmiulotteisuuden hyödyntämisestä arkipäivää monilla aloilla, aina viihteestä teollisuuteen ja lääketieteeseen.