books 3d engine functions

تختلف شمولية وظائف المحرك ثلاثي الأبعاد بحسب أهدافه وضخامته. قد تتركز الوظائف في طبقة بسيطة تدير عملية تسليم المعلومات (المضلعات الفراغية مثلاً) لمعالج الرسوميات rendering hardware (كدايركت ثري دي مثلاً)، وقد تتسع لتغطي كل شيء بدءاً من نقل المعلومات (مضلعات وإكساءات وحركات ...الخ) من البيئة المستخدمة لخلق وتحرير هذه المعلومات (برنامج 3D عادةً) وحتى لحظة إظهار الألوان على جهاز الخرج (كمثال، محرك مينتال راي). فيما يلي قائمة تحاول أن تشمل كل العمليات التي يمكن للمحرك ثلاثي الأبعاد القيام بها ودعمها، مذكورة بترتيب تطبيقها:

أدوات خط الإنتاج

• أدوات تحرير تستخدم لتجهيز معلومات خاصة بالمحرك لا يمكن عادة تجهيزها بأدوات أخرى. كمثال، بعض المحركات تقدم أداة خاصة لتجهيز المظللات أو المواد materials المستخدمة لرسم الأجسام، ثم حفظ هذه المواد في ملف يمكن للمحرك قراءته واستخراج تفاصيل المواد المطلوبة منه (كما هو الحال في محرك أنريل).
• بريمجات scripts تساعد على تهيئة المعلومات في بيئة التحرير بشكل يلائم طبيعة حسابات المحرك. مثلاً، بريمج يقوم بتحويل الهيكل العظمي rig لشخصية من سلاسل عظام bone chains إلى عقد تحويل بسيطة transformation nodes، حيث أن أغلب المحركات تنفذ حسابات الشجرية على مجموعة من مصفوفات التحويل transformation matrices يمكن التعبير عنها بشكل بصري عن طريق عقد التحويل.
• تقديم إضافة برمجية plug-in إلى بيئة التحرير تقوم بتحويل المشهد المطلوب (أو جزء منه) إلى صيغة يستطيع المحرك قراءتها والتعامل معها بسرعة وفعالية. كمثال، إضافة وحدة تصدير ملفات MD3 الخاصة بشخصيات كوايك 3 Quake3 من شخصيات مبنية في برنامج ثري دي ستوديو ماكس، أو تحويل مشهد في برنامج سوفت إيماج إكس إس آي إلى صيغة MI الخاصة بمينتال راي.
• أدوات خارجية تقوم بمعالجة البيانات الناتجة من بيئة التحرير لتنظيفها واختصار غير المطلوب منها، تمهيداً لتجميعها بشكل مختصر يسهـِّل قراءتها من قبل المحرك أو يحسن أداء حساباتها. كمثال، أداة خارجية command-line tool تقوم بالكشف عن المثلثات ذات المساحة الصغيرة جداً وحذفها من قائمة المثلثات التي تشكل الجسم.

مكتبات زمن التشغيل

• تقديم هيكلية framework يمكن للمستفيدين من المحرك بناء برنامجهم عليها. كمثال، نافذة جاهزة للتخريج مع حلقة رسم مجهزة يمكن تعبئتها بالأجسام المطلوب رسمها وترك بقية مهمات التخريج على المحرك.
• تقديم خدمات إدارة الذاكرة. عدة محركات تقدم نظام لتنظيف الموارد الغير مستخدمة garbage collection يريح المستخدم من أعباء متابعة الموارد التي يقوم باستخدامها في المشهد (كالإكساءات مثلاً).
• تسهيلات لكشف الأخطاء ومتابعتها. كالتأكيدات asserts والتقارير ومقاييس الأداء وتكاليف الذاكرة والمعالجة.
• مكتبة لأداء الحسابات الرياضية كالمصفوفات والمتجهات وتتبع الأشعة ray tracing. غالباً ما تكون هذه المكتبة محسنة للعمل على أحجام كبيرة من البيانات.
• عدة تطوير software development kit يمكن للمستخدمين التعامل معها لاستحداث عمليات إضافية مخصصة تخدم متطلبات معينة. كمثال، عدة مينتال راي الخاصة بتأليف مظللات جديدة.
• مكتبة حسابات لتقسيم المشهد تمهيداً لرسم الأجزاء الظاهرة منه فقط عن طريق استبعاد cull الأجزاء الغير داخلة ضمن كادر المشهد. كمثال، نظام استبعاد يعتمد على الكرات المحيطة للأجسام bounding spheres.
• وحدة لترتيب عناصر المشهد ليتم رسمه بترتيب معين يساعد على تحسين الأداء أو الجودة (مثلاً بالاعتماد على التقسيم الفراغي الثنائي binary space partitioning).
• وحدات لأداء مهام التحريك animation المختلفة. كتحريك الشخصيات باستخدام حركات مسبقة التسجيل، أو بنظام حسابات فورية كالحركيات العكسية inverse kinematics والحسابات الفيزيائية. بعض المحركات الحديثة تتضمن إمكانيات دمج عدة حركات من مصادر مختلفة بهدف إنشاء حركات جديدة. يمكن تعميم خدمات التحريك على أية قيمة قابلة للتغير مع الزمن وفقاً لتابع ما. تستعمل طرق الاستيفاء الرياضي بكثرة لإيجاد القيم الوسيطة في أية لحظة من زمن المشهد.
• تنظيم المشهد ضمن بنية معينة تمكن المستخدمين من الوصول لمحتوياته واستنتاج الروابط المختلفة بين عناصر المشهد. عادة يطلق على مثل هذه البنية مخطط المشهد scene graph، وتشمل عناصر المشهد ممثلة بشجرية تظهر علاقات الربط والأب/الابن بين العناصر.
• وحدات يمكن التعامل معها من أجل بناء المجسمات ورسمها بالمواصفات المطلوبة. يمكن لهذا البند أن يشمل تلبيس الشخصيات وتحوير المجسمات كعمليات ممكن تنفيذها على المجسمات.
• مهام أخرى خاصة مطلوبة من قبل مكتبات أخرى يعتمد عليها المحرك. كمثال، فلترة النداءات المتكررة لمكتبة دايركت ثري دي المستخدمة في الرسم.