3D-Modellkomponenten – Scheitelpunkte, Kanten, Polygone und mehr

3D-Modelle sind einer der wesentlichen Bausteine ​​der 3D-Computergrafik. Ohne sie gäbe es keine Computeranimation – keine „Toy Story“, kein „Wall-E“, keinen großen grünen Oger. Es würde auch keine 3D-Spiele geben, und Autowerbung würde nicht so toll aussehen wie heute.

Jedes Objekt, jeder Charakter und jede Umgebung in jedem computeranimierten Film oder 3D-Videospiel besteht aus 3D-Modellen. In diesem Handbuch schlüsseln wir die Hauptkomponenten eines 3D-Modells auf und erklären Flächen, Kanten, Scheitelpunkte und mehr.

Was ist ein 3D-Modell?

Ein 3D-Modell ist eine mathematische Darstellung eines beliebigen dreidimensionalen Objekts (real oder imaginär) in einer 3D-Softwareumgebung. Im Gegensatz zu a 2D-Bild, 3D-Modelle können in spezialisierten Software-Suiten aus jedem Blickwinkel betrachtet, skaliert, gedreht oder frei modifiziert werden.

Arten von 3D-Modellen

In der Film- und Spieleindustrie werden zwei Haupttypen von 3D-Modellen verwendet. Der offensichtlichste Unterschied zwischen ihnen ist die Art und Weise, wie sie erstellt und manipuliert werden (es gibt auch Unterschiede in der zugrunde liegenden Mathematik, aber das ist für den Endbenutzer weniger wichtig).

NURBS-Oberfläche

Ein nicht gleichförmiger rationaler B-Spline, oder NURBS, ist ein glattes Oberflächenmodell, das durch die Verwendung von Bezier-Kurven erstellt wurde (stellen Sie sich das als 3D-Version des MS Paint-Stiftwerkzeugs vor). Um eine NURBS-Oberfläche zu bilden, zeichnet der Künstler zwei oder mehr Kurven in einem 3D-Raum, die durch Verschieben von Griffen, die als Kontrollscheitelpunkte (CVs) bezeichnet werden, entlang der x-, y- oder z-Achse manipuliert werden.

Die Softwareanwendung interpoliert den Raum zwischen den Kurven und erstellt ein glattes Netz zwischen ihnen. NURBS-Oberflächen haben die höchste mathematische Präzision und werden am häufigsten in der Modellierung für den Maschinenbau und das Automobildesign verwendet.

Polygonales Modell

Polygonale Modelle oder "Meshes", wie sie oft genannt werden, sind die gebräuchlichste Form von 3D-Modellen in die Animations-, Film- und Spieleindustrie, auf die wir uns für den Rest der Welt konzentrieren werden Artikel.

Die Komponenten eines polygonalen Modells

Bei guter Modellierung Polygone sind entweder vierseitig (Quads-die Norm in der Charakter-/organischen Modellierung) oder dreiseitig (tris– wird häufiger bei der Spielmodellierung verwendet). Gute Modellierer streben nach Effizienz und Organisation und versuchen, die Anzahl der Polygone für die beabsichtigte Form so gering wie möglich zu halten.

Die Anzahl der Polygone in einem Netz wird als bezeichnet Polycount, während die Polygondichte genannt wird Auflösung. Die besten 3D-Modelle haben eine hohe Auflösung, wenn mehr Details erforderlich sind, wie die Hände oder das Gesicht eines Charakters, und eine niedrige Auflösung in Regionen mit geringen Details des Netzes.

Polygonale Modelle sind den geometrischen Formen sehr ähnlich, die Sie wahrscheinlich in der Mittelschule kennengelernt haben. Wie ein einfacher geometrischer Würfel bestehen polygonale 3D-Modelle aus Gesichter, Kanten,und Scheitelpunkte. Tatsächlich beginnen die meisten komplexen 3D-Modelle als einfache geometrische Form wie ein Würfel, eine Kugel oder ein Zylinder. Diese grundlegenden 3D-Formen heißen Objektprimitive. Die Primitive werden dann modelliert, geformt und manipuliert in jedes Objekt, das der Künstler zu schaffen versucht.

• Gesichter: Das definierende Merkmal eines polygonalen Modells ist, dass (im Gegensatz zu NURBS-Flächen) polygonale Netze facettiert, was bedeutet, dass die Oberfläche des 3D-Modells aus Hunderten oder Tausenden von geometrischen Flächen besteht.
• Kanten: Eine Kante ist jeder Punkt auf der Oberfläche eines 3D-Modells, an dem sich zwei polygonale Flächen treffen.
• Scheitelpunkte:Der Schnittpunkt zwischen drei oder mehr Kanten heißt Scheitelpunkt (pl. Scheitelpunkte). Die Manipulation von Scheitelpunkten auf den x-, y- und z-Achsen (liebevoll als "Schieben und Ziehen von Scheiteln" bezeichnet) ist am meisten gängige Technik zum Formen eines polygonalen Netzes in seine endgültige Form in traditionellen Modellierungspaketen wie Maya, 3Ds Max, usw.

Texturen und Shader

Ohne Texturen und Shadern würde ein 3D-Modell nicht viel aussehen. Tatsächlich könntest du es gar nicht sehen. Obwohl Texturen und Shader nichts mit der Gesamtform eines 3D-Modells zu tun haben, haben sie alles mit seinem visuellen Erscheinungsbild zu tun.

• Shader: Ein Shader ist eine Reihe von Anweisungen, die auf ein 3D-Modell angewendet werden und dem Computer mitteilen, wie es angezeigt werden soll. Obwohl Shading-Netzwerke manuell codiert werden können, verfügen die meisten 3D-Softwarepakete über Tools, mit denen der Künstler die Shader-Parameter mit großer Leichtigkeit optimieren kann. Mit diesen Werkzeugen kann der Künstler steuern, wie die Oberfläche des Modells mit Licht interagiert, einschließlich Opazität, Reflexionsvermögen, Glanzlicht (Glanz) und Dutzende anderer.
• Texturen: Texturen tragen ebenfalls stark zum visuellen Erscheinungsbild eines Modells bei. Texturen sind zweidimensionale Bilddateien, die durch einen Prozess namens. auf die 3D-Oberfläche des Modells abgebildet werden Textur-Mapping. Texturen können in ihrer Komplexität von einfachen flachen Farbtexturen bis hin zu vollständig fotorealistischen Oberflächendetails reichen.

Texturierung und Schattierung sind ein wichtiger Aspekt der Computergrafik-Pipeline, und das Schreiben von Shader-Netzwerken oder das Entwickeln von Textur-Maps ist eine eigene Spezialität. Textur- und Shader-Künstler sind ebenso entscheidend für das Gesamtbild eines Films oder Bildes wie Modellierer oder Animatoren.