數(shù)字化轉換——三維模型到二維圖像的計算機生成流程
在數(shù)字時代，三維轉二維的過程已高度自動化與智能化，其核心是基于計算機圖形學（CG）的一系列算法與管線渲染。這程從三維數(shù)字模型的建立開始，到最終生成用于屏幕顯示、印刷或傳播的二維圖像結束，廣泛應用于影視、動畫制作、游戲開發(fā)、工業(yè)設計可視化及虛擬現(xiàn)實等多個領域。
整個過程可概括為一條標準的圖形渲染管線。首先是應用階段：定義場景（設置攝像機位置、朝向、視野）、布置物體（三維模型，通常由頂點、邊、面構成的多邊形網格表示）、添加光源并確定材質屬性（顏色、紋理、反光度、粗糙度等）。三維模型數(shù)據本身攜帶著物體在自身建模空間中的幾何信息。
其次是幾何階段：這是三維到二維轉換的計算核心。模型頂點首先經過模型變換（旋轉、平移、縮放）放置到世界坐標系中，接著進行視圖變換（將世界坐標系轉換到以攝像機為中心的觀察坐標系）。然后，投影變換隆重登場。與手工繪圖類似，計算機主要采用兩種投影：平行投影（用于工程制圖等需要保持比例的場合）和透視投影（模擬人眼或鏡頭，產生近大遠小的真實感，是娛樂媒體的主流）。透視投影通過一個視錐體定義可見范圍，并將視錐體內的三維坐標“擠壓”到一個標準化的二維裁剪空間中。進行裁剪和視口變換，將標準化坐標映射到最終的屏幕像素坐標系。至此，三維幾何信息完成了向二維屏幕位置的數(shù)學映射。
接著是光柵化階段：將經過幾何處理的圖元（主要是三角形）轉換為屏幕上的像素碎片（片元）。這一過程需要解決哪些像素被三角形覆蓋，并進行插值計算每個片元的深度、顏色、紋理坐標等屬性。
是像素處理階段：對每個片元執(zhí)行一系列復雜計算，包括紋理采樣（從圖片中獲取表面細節(jié)）、光照計算（根據光源、材質、法線等計算顏色與明暗）、霧效、透明度混合等，最終決定該像素的最終顏色值，寫入幀緩沖區(qū)，形成可見的二維圖像。
現(xiàn)代渲染技術如光線追蹤，通過模擬光線在場景中的物理傳播路徑（反射、折射、散射），能生成照片級真實感的圖像，但其核心目標依然是生成一幅二維畫面。這一高度流程化的數(shù)字轉換，將創(chuàng)作者從繁重的幾何計算中解放出來，得以更專注于藝術創(chuàng)意與視覺效果的實現(xiàn)。