Komponenty modeli 3D - wierzchołki, krawędzie, wielokąty i inne

Modele 3D są jednym z podstawowych elementów trójwymiarowej grafiki komputerowej. Bez nich nie byłoby animacji komputerowej - nie Toy Story , nie Wall-E , nie ma dużego zielonego ogra.

Nie byłoby gier 3D, co oznacza, że nigdy nie poznaliśmy Hyrule Ocarina of Time , a Master Chief nigdy nie był w Halo. Nie byłoby Transformatory filmy (przynajmniej tak, jak je znamy dzisiaj), a reklamy samochodowe nie mogłyby wyglądać tak dobrze jak obecnie.

Każdy obiekt, postać i otoczenie, w każdym komputerowym filmie animowanym lub w grze 3D, składa się z modeli 3D. Więc tak, są dość ważne w świecie CG.

Czym jest model 3D?

Model 3D jest matematyczną reprezentacją dowolnego trójwymiarowego obiektu (rzeczywistego lub wyobrażonego) w środowisku oprogramowania 3D. W przeciwieństwie do obrazu 2D, modele 3D mogą być przeglądane w specjalistycznych pakietach oprogramowania pod dowolnym kątem i mogą być skalowane, obracane lub dowolnie modyfikowane. Proces tworzenia i kształtowania modelu 3D nazywany jest modelowaniem 3D.

Rodzaje modeli 3D

Istnieją dwa podstawowe typy modeli 3D, które są używane w branży filmowej i gier, najbardziej widoczne różnice wynikają z sposobu, w jaki są tworzone i manipulowane (istnieją również różnice w podstawowej matematyce, ale to jest mniej ważne do końca -użytkownik).

Powierzchnia NURBS: Niejednolity racjonalny B-splajn lub powierzchnia NURBS to gładki model powierzchni utworzony za pomocą krzywych Beziera (jak wersja 3D narzędzia Pióro MS Paint). Aby utworzyć powierzchnię NURBS, artysta rysuje dwie lub więcej krzywych w przestrzeni 3D, którymi można manipulować za pomocą ruchomych uchwytów nazywanych wierzchołkami sterującymi (CV) wzdłuż osi X, Y lub Z.
1. Aplikacja interpoluje przestrzeń między krzywymi i tworzy między nimi gładką siatkę. Powierzchnie NURBS mają najwyższy poziom matematycznej precyzji i dlatego są najczęściej używane w modelowaniu do projektowania inżynieryjnego i motoryzacyjnego.
Model wielokątny: Modele wielokątne lub "siatki", jak często się je nazywa, są najbardziej rozpowszechnioną formą modelu 3D w branży animacji, filmu i gier, i na tym będziemy się skupiać w dalszej części artykuł.

Komponenty modelu wielokątnego

Twarze: Charakterystyczną cechą modelu wielokątnego jest to, że (w przeciwieństwie do NURBS Surfaces) są to siatki wielokątne fasetowany , co oznacza, że powierzchnia modelu 3D składa się z setek lub tysięcy powierzchni geometrycznych.

W dobrym modelowaniu wielokąty są albo czterostronne ( quady - norma w postaci / modelowanie organiczne) lub trójstronna ( tris - częściej stosowane w modelowaniu gier). Dobrzy modelarze dążą do wydajności i organizacji, starając się utrzymać jak najdłuższe poligony dla zamierzonego kształtu. Liczba wielokątów w siatce nazywa się policzenie, podczas gdy nazywamy gęstość wielokąta rozkład. Najlepsze modele 3D mają wysoką rozdzielczość? tam, gdzie potrzebna jest większa ilość szczegółów - jak dłonie lub twarz postaci, a także mała rozdzielczość w regionach o mniejszej szczegółowości siatki. Zwykle im wyższa jest ogólna rozdzielczość modelu, tym gładsza będzie ona w ostatecznym renderowaniu. Siatki o niższej rozdzielczości wyglądają boxy (pamiętaj Mario 64 ?).

Krawędzie: Krawędź to dowolny punkt na powierzchni modelu 3D, w którym spotykają się dwie powierzchnie wielokątne.

Wierzchołki: Punkt przecięcia trzech lub więcej krawędzi nazywany jest wierzchołkiem ( pl. wierzchołki ). Manipulacja wierzchołkami na osiach x, yi z (zwanych pieszczotliwie "pchającymi i ciągnącymi") jest najczęściej stosowaną techniką kształtowania wielobocznej siatki w jej ostatecznym kształcie w tradycyjnych pakietach modelujących, takich jak Maya, 3Ds Max itp. (Techniki są bardzo, bardzo różne w rzeźbieniu aplikacji takich jak ZBrush lub Mudbox.)

Modele wielokątne są bardzo podobne do geometrycznych kształtów, o których prawdopodobnie uczyłeś się w gimnazjum. Podobnie jak podstawowa kostka geometryczna, składają się z niej trójwymiarowe modele wielokątów twarze, krawędzie i wierzchołki. W rzeczywistości większość złożonych modeli 3D rozpoczyna się od prostego kształtu geometrycznego, takiego jak sześcian, kula lub cylinder. Te podstawowe kształty 3D są wywoływane obiektowe prymitywy. Prymitywy można następnie modelować, kształtować i manipulować w dowolnym przedmiocie, który artysta stara się stworzyć (o ile chcielibyśmy zagłębić się w szczegóły, omówimy proces modelowania 3D w oddzielnym artykule).
Jest jeszcze jeden składnik modeli 3D, którym należy się zająć:

Tekstury i shadery

Bez tekstur i cieniowania model 3D nie wyglądałby tak bardzo. W rzeczywistości nie byłbyś w stanie go w ogóle zobaczyć. Mimo że tekstury i shadery nie mają nic wspólnego z ogólnym kształtem modelu 3D, mają one wszystko, co należy zrobić z jego wyglądem.

Shadery: Moduł cieniujący to zestaw instrukcji zastosowanych do modelu 3D, który pozwala komputerowi dowiedzieć się, jak powinien on być wyświetlany. Chociaż sieci cieniowania mogą być kodowane ręcznie, większość pakietów oprogramowania 3D ma narzędzia, które pozwalają artyście z łatwością dostosować parametry modułu cieniującego. Korzystając z tych narzędzi, artysta może kontrolować sposób, w jaki powierzchnia modelu współdziała ze światłem, w tym krycie, odbicie, podświetlenie lustrzane (glossiness) i dziesiątki innych.

Tekstury: Tekstury również w znacznym stopniu przyczyniają się do wizualnego wyglądu modelu. Tekstury to dwuwymiarowe pliki obrazów, które można odwzorować na powierzchni 3D modelu w procesie znanym jako mapowanie tekstur . Tekstury mogą mieć złożony charakter, od prostych, płaskich tekstur aż po całkowicie fotorealistyczne szczegóły powierzchni.

Teksturowanie i cieniowanie są ważnym aspektem grafiki komputerowej, a doskonalenie się w tworzeniu shaderów lub opracowywaniu map tekstur jest specjalnością samą w sobie. Twórcy tekstur i shaderów są tak samo ważni w ogólnym wyglądzie filmu lub obrazu, jak modelarze lub animatorzy.

Podsumowując

Mam nadzieję, że w tym momencie wiesz nieco więcej o modelach 3D i ich podstawowych cechach. Zasadniczo modele 3D są po prostu skomplikowanymi geometrycznymi kształtami z setkami małych wielokątnych twarzy. Podczas gdy czytanie modeli 3D jest niewątpliwie przyjemne, jeszcze bardziej ekscytujące jest tworzenie ich samemu.