Komponenty 3D modelu – vrcholy, hrany, mnohoúhelníky a další

3D modely jsou jedním ze základních stavebních kamenů 3D počítačové grafiky. Bez nich by neexistovala žádná počítačová animace – žádný „Toy Story“, žádný „Wall-E“, žádný velký zelený zlobr. Nebyly by ani žádné 3D hry a reklamy na auta nevypadaly by tak skvěle jako dnes.

Každý objekt, postava a prostředí v každém počítačově animovaném filmu nebo 3D videohře se skládá z 3D modelů. V této příručce rozebereme hlavní součásti 3D modelu a vysvětlíme plochy, hrany, vrcholy a další.

Co je 3D model?

3D model je matematická reprezentace jakéhokoli trojrozměrného objektu (skutečného nebo domnělého) v prostředí 3D softwaru. Na rozdíl od a 2D obrázek3D modely lze prohlížet ve specializovaných softwarových sadách z libovolného úhlu, kde je lze škálovat, otáčet nebo libovolně upravovat.

Typy 3D modelů

Ve filmovém a herním průmyslu se používají dva základní typy 3D modelů. Nejzjevnějším rozdílem mezi nimi je způsob, jakým jsou vytvářeny a manipulováno (existují také rozdíly v základní matematice, ale to je pro koncového uživatele méně důležité).

Povrch NURBS

Nejednotný racionální B-spline, popř NURBS, je model hladkého povrchu vytvořený pomocí Bezierových křivek (představte si to jako 3D verzi nástroje MS Paint pero). K vytvoření povrchu NURBS umělec nakreslí dvě nebo více křivek ve 3D prostoru, se kterými se manipuluje pomocí pohyblivých úchytů nazývaných kontrolní vrcholy (CV) podél osy x, y nebo z.

Softwarová aplikace interpoluje prostor mezi křivkami a vytváří mezi nimi hladkou síť. Povrchy NURBS mají nejvyšší úroveň matematické přesnosti a nejčastěji se používají v modelování pro strojírenství a automobilový design.

Polygonální model

Polygonální modely nebo „sítě“, jak se jim často říká, jsou nejběžnější formou 3D modelu, který se nachází v animační, filmový a herní průmysl a právě na ně se zaměříme po zbytek světa článek.

Komponenty polygonálního modelu

V dobrém modelingu, mnohoúhelníky jsou buď čtyřstranné (čtyřkolky—norma v charakterovém/organickém modelování) nebo třístranné (tris—používanější v herním modelování). Dobří modeláři se snaží o efektivitu a organizaci a snaží se udržet počet polygonů na co nejnižší úrovni pro zamýšlený tvar.

Počet polygonů v síti se nazývá poly-count, zatímco hustota polygonu se nazývá řešení. Nejlepší 3D modely mají vysoké rozlišení tam, kde je potřeba více detailů, jako jsou ruce nebo obličej postavy, a nízké rozlišení v oblastech sítě s nízkými detaily.

Polygonální modely jsou velmi podobné geometrickým tvarům, o kterých jste se pravděpodobně učili na střední škole. Stejně jako základní geometrická krychle se skládají 3D polygonální modely tváře, okraje,a vrcholy. Ve skutečnosti nejsložitější 3D modely začínají jako jednoduchý geometrický tvar, jako je krychle, koule nebo válec. Tyto základní 3D tvary se nazývají objektová primitiva. Primitiva jsou pak modelována, tvarována a manipulována do jakéhokoli předmětu, který se umělec pokouší vytvořit.

• Tváře: Definující charakteristikou polygonálního modelu je, že (na rozdíl od povrchů NURBS) jsou polygonální sítě fasetovaný, což znamená, že povrch 3D modelu se skládá ze stovek nebo tisíců geometrických ploch.
• Hrany: Hrana je jakýkoli bod na povrchu 3D modelu, kde se setkávají dvě polygonální plochy.
• Vrcholy: Průsečík mezi třemi nebo více hranami se nazývá vrchol (pl. vrcholy). Manipulace s vrcholy na osách x, y a z (laskavě označované jako „vysouvání a vytahování vrcholů“) je nejvíce běžná technika tvarování polygonální sítě do jejího konečného tvaru v tradičních modelovacích balíčcích jako Maya, 3Ds Max, atd.

Textury a shadery

Bez textur a shadery, 3D model by moc nevypadal. Vlastně byste to vůbec neviděli. Přestože textury a shadery nemají nic společného s celkovým tvarem 3D modelu, mají vše společného s jeho vizuálním vzhledem.

• Shadery: Shader je sada instrukcí aplikovaných na 3D model, která dává počítači vědět, jak má být zobrazen. Ačkoli stínovací sítě lze kódovat ručně, většina 3D softwarových balíků má nástroje, které umělci umožňují velmi snadno upravovat parametry shaderu. Pomocí těchto nástrojů může umělec ovládat způsob, jakým povrch modelu interaguje se světlem, včetně neprůhlednosti, odrazivosti, zrcadlového zvýraznění (lesku) a desítek dalších.
• Textury: Textury také významně přispívají k vizuálnímu vzhledu modelu. Textury jsou dvourozměrné obrazové soubory, které jsou mapovány na 3D povrch modelu pomocí procesu známého jako mapování textur. Složitost textur se může pohybovat od jednoduchých plochých barevných textur až po zcela fotorealistické detaily povrchu.

Texturování a stínování jsou důležitým aspektem procesu počítačové grafiky a stát se dobrými v psaní shaderových sítí nebo ve vývoji map textur je samo o sobě specialitou. Umělci textur a shaderů jsou pro celkový vzhled filmu nebo obrazu stejně zásadní jako modeláři nebo animátoři.