Komponenty modelu 3D — wierzchołki, krawędzie, wielokąty i nie tylko

Modele 3D są jednym z podstawowych elementów składowych grafiki komputerowej 3D. Bez nich nie byłoby animacji komputerowej — nie byłoby „Toy Story”, „Wall-E”, żadnego wielkiego zielonego ogra. Nie byłoby też gier 3D i reklamy samochodów nie wyglądałyby tak wspaniale, jak dzisiaj.

Każdy obiekt, postać i środowisko w każdym animowanym komputerowo filmie lub grze wideo 3D składa się z modeli 3D. W tym przewodniku dzielimy główne komponenty modelu 3D, wyjaśniając ściany, krawędzie, wierzchołki i nie tylko.

Co to jest model 3D?

Model 3D to matematyczna reprezentacja dowolnego trójwymiarowego obiektu (rzeczywistego lub wyimaginowanego) w środowisku oprogramowania 3D. W przeciwieństwie do obraz 2D, modele 3D można oglądać w specjalistycznych pakietach oprogramowania pod dowolnym kątem, gdzie można je skalować, obracać lub dowolnie modyfikować.

Rodzaje modeli 3D

W przemyśle filmowym i gier wykorzystywane są dwa podstawowe typy modeli 3D. Najbardziej widoczną różnicą między nimi jest sposób, w jaki są tworzone i manipulowane (istnieją również różnice w podstawowej matematyce, ale jest to mniej ważne dla użytkownika końcowego).

Powierzchnia NURBS

Niejednorodny wymierny splajn B, lub NURBS, jest gładkim modelem powierzchni utworzonym za pomocą krzywych Beziera (pomyśl o tym jako o wersji 3D narzędzia pióra MS Paint). Aby utworzyć powierzchnię NURBS, artysta rysuje dwie lub więcej krzywych w przestrzeni 3D, którymi można manipulować za pomocą ruchomych uchwytów zwanych wierzchołkami kontrolnymi (CV) wzdłuż osi x, y lub z.

Aplikacja interpoluje przestrzeń między krzywymi i tworzy między nimi gładką siatkę. Powierzchnie NURBS mają najwyższy poziom matematycznej precyzji i są najczęściej używane w modelowaniu w inżynierii i projektowaniu motoryzacyjnym.

Model wielokątny

Modele wielokątne lub „siatki”, jak się je często nazywa, są najczęstszą formą modelu 3D znalezioną w branży animacji, filmu i gier, i to na nich skupimy się przez resztę artykuł.

Składniki modelu wielokątnego

W dobrym modelowaniu, wielokąty są albo czterostronne (quady— norma w modelowaniu charakter/organicznym) lub trójstronna (tris— częściej używane w modelowaniu gier). Dobrzy modelarze dążą do wydajności i organizacji, starając się utrzymać jak najmniejszą liczbę wielokątów dla zamierzonego kształtu.

Liczba wielokątów w siatce nazywana jest poli-liczyć, natomiast gęstość wielokątów nazywana jest Rezolucja. Najlepsze modele 3D mają wysoką rozdzielczość, w której wymagana jest większa liczba szczegółów, takich jak dłonie lub twarz postaci, oraz niską rozdzielczość w obszarach siatki o niskiej szczegółowości.

Modele wielokątne są bardzo podobne do geometrycznych kształtów, o których prawdopodobnie nauczyłeś się w gimnazjum. Podobnie jak podstawowy sześcian geometryczny, wielokątne modele 3D składają się z twarze, krawędzie,oraz wierzchołki. W rzeczywistości większość złożonych modeli 3D zaczyna się od prostego kształtu geometrycznego, takiego jak sześcian, kula lub walec. Te podstawowe kształty 3D są nazywane prymitywy obiektów. Prymitywy są następnie modelowane, kształtowane i manipulowane w dowolny obiekt, który artysta próbuje stworzyć.

• Twarze: Cechą charakterystyczną modelu wielokątnego jest to, że (w przeciwieństwie do powierzchni NURBS) siatki wielokątne są fasetowany, co oznacza, że ​​powierzchnia modelu 3D składa się z setek lub tysięcy ścian geometrycznych.
• Krawędzie: Krawędź to dowolny punkt na powierzchni modelu 3D, w którym spotykają się dwie wieloboczne ściany.
• Wierzchołki:Punkt przecięcia trzech lub więcej krawędzi nazywany jest wierzchołkiem (pl. wierzchołki). Manipulacja wierzchołkami na osiach x, y i z (czule nazywana „pchaniem i ciągnięciem wierzchołków”) jest najbardziej powszechna technika kształtowania siatki wielokątnej do jej ostatecznego kształtu w tradycyjnych pakietach do modelowania, takich jak Maya, 3Ds Max, itp.

Tekstury i shadery

Z pominięciem tekstury i shadery, model 3D nie wyglądałby zbytnio. W rzeczywistości w ogóle nie byłbyś w stanie tego zobaczyć. Chociaż tekstury i shadery nie mają nic wspólnego z ogólnym kształtem modelu 3D, mają wszystko wspólnego z jego wyglądem.

• Shadery: Shader to zestaw instrukcji zastosowanych do modelu 3D, który informuje komputer, jak powinien być wyświetlany. Chociaż sieci cieniowania można zakodować ręcznie, większość pakietów oprogramowania 3D zawiera narzędzia, które pozwalają artyście z łatwością dostosowywać parametry cieniowania. Korzystając z tych narzędzi, artysta może kontrolować sposób, w jaki powierzchnia modelu oddziałuje ze światłem, w tym krycie, odbicia, refleksy świetlne (połysk) i dziesiątki innych.
• Tekstury: Tekstury również w dużym stopniu przyczyniają się do wizualnego wyglądu modelu. Tekstury to dwuwymiarowe pliki obrazów, które są mapowane na powierzchnię modelu 3D w procesie znanym jako mapowanie tekstur. Tekstury mogą mieć różną złożoność, od prostych płaskich tekstur po całkowicie fotorealistyczne szczegóły powierzchni.

Teksturowanie i cieniowanie są ważnym aspektem potoku grafiki komputerowej, a bycie dobrym w pisaniu sieci cieniowania lub opracowywaniu map tekstur to sama w sobie specjalność. Artyści zajmujący się teksturą i cieniowaniem są tak samo instrumentalni w ogólnym wyglądzie filmu lub obrazu, jak modelarze lub animatorzy.