3D-Modellkomponenten - Stützpunkte, Kanten, Polygone und mehr

3D-Modelle sind einer der wesentlichen Bausteine ​​der 3D-Computergrafik. Ohne sie gäbe es keine Computeranimation - nein Spielzeuggeschichte , Nein Wall-E , kein großer grüner Oger.

Es würde keine 3D-Spiele geben, was bedeutet, dass wir Hyrule nie erkunden konnten Okarina der Zeit und Master Chief war nie in Halo. Es würde keine geben Transformer Filme (zumindest auf die Art und Weise, wie wir sie heute kennen) und Autowerbungen könnten unmöglich so gut aussehen wie heute.

Jedes Objekt, jeder Charakter und jedes Umfeld in jedem computeranimierten Film oder 3D-Videospiel besteht aus 3D-Modellen. Ja, sie sind in der Welt von CG ziemlich wichtig.

Was ist ein 3D-Modell?

Ein 3D-Modell ist eine mathematische Darstellung eines beliebigen dreidimensionalen Objekts (real oder imaginiert) in einer 3D-Softwareumgebung. Im Gegensatz zu einem 2D-Bild können 3D-Modelle in speziellen Software-Suites von jedem Winkel aus betrachtet und skaliert, gedreht oder frei modifiziert werden. Das Erstellen und Formen eines 3D-Modells wird als 3D-Modellierung bezeichnet.

Arten von 3D-Modellen

Es gibt zwei Haupttypen von 3D-Modellen, die in der Film- und Spieleindustrie verwendet werden, wobei die offensichtlichsten Unterschiede in der Art und Weise bestehen, in der sie erstellt und manipuliert werden (es gibt auch Unterschiede in der zugrunde liegenden Mathematik, aber das ist am Ende weniger wichtig -Nutzer).

1. NURBS-Oberfläche: Eine nicht einheitliche rationale B-Spline- oder NURBS-Oberfläche ist ein glattes Oberflächenmodell, das durch die Verwendung von Bézier-Kurven erstellt wird (wie eine 3D-Version des Stiftwerkzeugs MS Paint). Um eine NURBS-Oberfläche zu bilden, zeichnet der Künstler zwei oder mehr Kurven im 3D-Raum, die durch Verschieben von Griffen, Steuerknoten (CVs) entlang der X-, Y- oder Z-Achse, manipuliert werden können.
   1. Die Softwareanwendung interpoliert den Abstand zwischen den Kurven und erstellt ein weiches Netz zwischen ihnen. NURBS-Oberflächen weisen die höchste mathematische Präzision auf und werden daher am häufigsten für die Modellierung im Maschinenbau und im Automobilbau verwendet.
2. Polygonales Modell: Polygonale Modelle oder "Meshes", wie sie oft genannt werden, sind die am häufigsten in der Animations-, Film- und Spieleindustrie vorkommende Form des 3D-Modells, und sie werden sich auf die Art konzentrieren, auf die wir uns im übrigen konzentrieren werden Artikel.

Die Komponenten eines polygonalen Modells

• Gesichter: Das bestimmende Merkmal eines Polygonmodells ist, dass (im Gegensatz zu NURBS-Oberflächen) Polygonnetze sind facettiert Das heißt, die Oberfläche des 3D-Modells besteht aus Hunderten oder Tausenden von geometrischen Flächen.

Bei der guten Modellierung sind Polygone entweder vierseitig ( Quads - die Norm in Bezug auf Charakter / organisches Modellieren) 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 heißt Polyzahl, während die Polygondichte aufgerufen wird Auflösung. Die besten 3D-Modelle haben eine hohe Auflösung? wo mehr Details erforderlich sind - wie die Hände oder das Gesicht eines Charakters und eine niedrige Auflösung in Bereichen mit geringem Detail des Netzes. Je höher die Gesamtauflösung eines Modells ist, desto glatter erscheint es normalerweise in einem endgültigen Rendering. Maschen mit niedrigerer Auflösung wirken kastenförmig (erinnern Sie sich daran) Mario 64 ?).

• Kanten: Eine Kante ist ein Punkt auf der Oberfläche eines 3D-Modells, an dem sich zwei polygonale Flächen treffen.
• Vertices: Der Schnittpunkt zwischen drei oder mehr Kanten wird als Scheitelpunkt bezeichnet ( pl. Scheitelpunkte ). Die Bearbeitung von Scheitelpunkten auf der x-, y- und z-Achse (liebevoll als "Schieben und Ziehen von Scheitelpunkten" bezeichnet) ist die gebräuchlichste Methode zum Formen eines Polygongitters in seine endgültige Form in traditionellen Modellierungspaketen wie Maya, 3Ds Max usw. (Die Techniken unterscheiden sich sehr stark in Formgebungsanwendungen wie ZBrush oder Mudbox.)

Polygonale Modelle sind den geometrischen Formen, die Sie wahrscheinlich in der Mittelschule gelernt haben, sehr ähnlich. Genau wie ein geometrischer Grundwürfel bestehen 3D-Polygonmodelle aus Flächen, Kanten und Scheitelpunkte. Tatsächlich beginnen die meisten komplexen 3D-Modelle mit einer einfachen geometrischen Form, beispielsweise einem Würfel, einer Kugel oder einem Zylinder. Diese grundlegenden 3D-Formen werden aufgerufen Objektprimitive. Die Grundelemente können dann modelliert, geformt und in das Objekt eingefügt werden, das der Künstler zu erstellen versucht (so sehr wir auch ins Detail gehen möchten, wir werden den Prozess der 3D-Modellierung in einem separaten Artikel behandeln).

Es gibt eine weitere Komponente von 3D-Modellen, die angegangen werden muss:

Texturen und Shader

Ohne Texturen und Shader würde ein 3D-Modell nicht viel aussehen. Tatsächlich können Sie es überhaupt nicht sehen. Obwohl Texturen und Shader nichts mit der Gesamtform eines 3D-Modells zu tun haben, haben sie alles mit dem visuellen Erscheinungsbild zu tun.

• Shader: Ein Shader ist ein Satz von Anweisungen, die auf ein 3D-Modell angewendet werden und dem Computer mitteilen, wie er angezeigt werden soll. Obwohl Schattierungsnetzwerke manuell codiert werden können, verfügen die meisten 3D-Softwarepakete über Werkzeuge, mit denen der Künstler die Shader-Parameter sehr einfach anpassen kann. Mit diesen Werkzeugen kann der Künstler steuern, wie die Oberfläche des Modells mit Licht interagiert, einschließlich Deckkraft, Reflexionsvermögen, Glanzlichter (Glanz) und Dutzenden anderer.
• Texturen: Texturen tragen ebenfalls wesentlich zum visuellen Erscheinungsbild eines Modells bei. Texturen sind zweidimensionale Bilddateien, die durch einen als "3D" bezeichneten Prozess auf die 3D-Oberfläche des Modells abgebildet werden können Textur-Mapping . Die Komplexität von Texturen reicht von einfachen flachen Farbtexturen bis hin zu vollständig fotorealistischen Oberflächendetails.

Texturierung und Schattierung sind ein wichtiger Aspekt der Computergraphikpipeline, und das Schreiben von Shader-Netzwerken oder das Entwickeln von Texturkarten ist eine Spezialität. Texture- und Shader-Künstler sind ebenso wie die Modellierer oder Animatoren im Gesamtbild eines Films oder Bildes maßgeblich.

Schlussfolgern

Hoffentlich wissen Sie an dieser Stelle ein wenig mehr über 3D-Modelle und ihre wichtigsten Eigenschaften. Im Grunde sind 3D-Modelle nur komplexe geometrische Formen mit Hunderten von kleinen polygonalen Flächen. Es macht zweifellos Spaß, über 3D-Modelle zu lesen, aber es ist noch aufregender, sie selbst herzustellen.