3D-modellkomponenter—Vertices, Edges, Polygons och mer

3D-modeller är en av de väsentliga byggstenarna i 3D-datorgrafik. Utan dem skulle det inte finnas någon datoranimation – ingen "Toy Story", ingen "Wall-E", ingen stor grön ogre. Det skulle inte finnas något 3D-spel heller, och bilreklam skulle inte se så bra ut som de gör idag.

Varje objekt, karaktär och miljö i varje datoranimerad film eller 3D-videospel består av 3D-modeller. I den här guiden bryter vi ner huvudkomponenterna i en 3D-modell och förklarar ytor, kanter, hörn och mer.

Vad är en 3D-modell?

En 3D-modell är en matematisk representation av vilket tredimensionellt objekt som helst (verkligt eller föreställt) i en 3D-programvarumiljö. Till skillnad från en 2D-bild3D-modeller kan ses i specialiserade mjukvarusviter från alla vinklar, där de kan skalas, roteras eller fritt modifieras.

Typer av 3D-modeller

Två primära typer av 3D-modeller används inom film- och spelindustrin. Den mest uppenbara skillnaden mellan dem är hur de skapas och manipuleras (det finns också skillnader i den underliggande matematiken, men det är mindre viktigt för slutanvändaren).

NURBS Yta

En olikformig rationell B-spline, eller NURBS, är en slät ytamodell skapad med hjälp av Bezier-kurvor (tänk på det som en 3D-version av pennverktyget MS Paint). För att bilda en NURBS-yta ritar konstnären två eller flera kurvor i ett 3D-rum, som manipuleras genom att flytta handtag som kallas kontrollvertices (CVs) längs x-, y- eller z-axeln.

Programvaran interpolerar utrymmet mellan kurvorna och skapar ett jämnt nät mellan dem. NURBS-ytor har den högsta nivån av matematisk precision och används oftast i modellering för ingenjörs- och bildesign.

Polygonal modell

Polygonala modeller, eller "maskor" som de ofta kallas, är den vanligaste formen av 3D-modeller som finns i animations-, film- och spelindustrin, och de är sådana som vi kommer att fokusera på för resten av världen artikel.

Komponenterna i en polygonal modell

I bra modellering, polygoner är antingen fyrsidiga (fyrhjulingar—normen i karaktär/organisk modellering) eller tresidig (tris—används mer vanligt i spelmodellering). Bra modellerare strävar efter effektivitet och organisation och försöker hålla polygonantalet så lågt som möjligt för den avsedda formen.

Antalet polygoner i ett nät kallas för poly-count, medan polygondensitet kallas upplösning. De bästa 3D-modellerna har en hög upplösning där mer detaljer krävs, som en karaktärs händer eller ansikte, och låg upplösning i områden med låga detaljer i nätet.

Polygonala modeller är väldigt lika de geometriska former du förmodligen lärde dig om i mellanstadiet. Precis som en grundläggande geometrisk kub består 3D-polygonala modeller av ansikten, kanter,och hörn. Faktum är att de flesta komplexa 3D-modeller börjar som en enkel geometrisk form, som en kub, sfär eller cylinder. Dessa grundläggande 3D-former kallas objekts primitiver. Primitiverna modelleras, formas och manipuleras sedan till det objekt som konstnären försöker skapa.

• Ansikten: Det avgörande kännetecknet för en polygonal modell är att (till skillnad från NURBS-ytor) polygonala nät är fasetterad, vilket betyder att 3D-modellens yta består av hundratals eller tusentals geometriska ansikten.
• Kanter: En kant är vilken punkt som helst på ytan av en 3D-modell där två polygonala ytor möts.
• Vertices:Skärningspunkten mellan tre eller flera kanter kallas en vertex (pl. hörn). Manipulering av hörn på x-, y- och z-axlarna (kallas kärleksfullt som "skjutande och dra verts") är den mest vanlig teknik för att forma ett polygonalt nät till dess slutliga form i traditionella modelleringspaket som Maya, 3Ds Max, etc.

Texturer och Shaders

Utan texturer och shaders, en 3D-modell skulle inte se ut som mycket. Faktum är att du inte skulle kunna se det alls. Även om texturer och shaders inte har något att göra med den övergripande formen på en 3D-modell, har de allt att göra med dess visuella utseende.

• Shaders: En shader är en uppsättning instruktioner som tillämpas på en 3D-modell som låter datorn veta hur den ska visas. Även om skuggningsnätverk kan kodas manuellt, har de flesta 3D-programvarupaket verktyg som låter artisten justera skuggningsparametrar med stor lätthet. Med hjälp av dessa verktyg kan konstnären kontrollera hur modellens yta interagerar med ljus, inklusive opacitet, reflektivitet, speglande högdagrar (glans) och dussintals andra.
• Texturer: Texturer bidrar också mycket till en modells visuella utseende. Texturer är tvådimensionella bildfiler som mappas på modellens 3D-yta genom en process som kallas texturkartläggning. Texturer kan variera i komplexitet från enkla platta färgstrukturer upp till helt fotorealistiska ytdetaljer.

Texturering och skuggning är en viktig aspekt av datorgrafikens pipeline, och att bli bra på att skriva shader-nätverk eller utveckla texturkartor är en specialitet i sig. Textur- och shaderkonstnärer är lika viktiga i det övergripande utseendet på en film eller bild som modellare eller animatörer.