Úvod do 3D modelovacích technik
Na této stránce jsme měli šanci pokrýt oba povrchy a vykreslování v relativní hloubce a nedávno jsme diskutovali o anatomii 3D modelu . Je nám však líto, že jsme dosud zanedbávali, že poskytneme nějaké podrobné informace o procesu 3D modelování.
Aby bylo možné správně nastavit věci, bylo těžké pracovat při přípravě několika článků, které se zaměřují jak na uměleckou, tak na technickou stránku 3D modelování. Přestože jsme poskytli obecný úvod k modelování v naší diskusi o? počítačové grafické potrubí , nebylo daleko od komplexní. Modelování je rozsáhlé téma a malý odstavec může sotva poškrábat povrch a spravit předmět spravedlnosti.
V nadcházejících dnech poskytneme informace o některých běžných technikách a úvahách, které musí modeláři pracovat na vašich oblíbených filmech a hrách.
Pro zbytek tohoto článku začneme zavedením sedmi společných technik používaných k vytvoření 3D aktiva pro průmysl počítačové grafiky:
Společné modelovací techniky
Modelování skříně / dělení
Box modelování je polygonální modelovací technika, ve které umělec začíná geometrickým primitivním nástrojem (kostka, koule, válec atd.) A poté upravuje svůj tvar, dokud se nedosáhne požadovaného vzhledu.
Modeláři krabic často pracují postupně, začínají s oky s nízkým rozlišením, upravují tvar a pak rozdělují síť tak, aby vyhlazovaly tvrdé hrany a přidávaly detaily. Proces rozdělování a rafinace se opakuje, dokud oka neobsahuje dostatečné množství polygonálních detailů, aby řádně předala zamýšlenou koncepci.
Modelování boxů je pravděpodobně nejběžnější formou polygonálního modelování a je často používáno ve spojení s technikami modelování okrajů (o kterém budeme diskutovat jen za chvíli). Podrobněji prozkoumáme proces modelování boxů / okrajů.
Edge / Contour Modeling
Modelování okrajů je další polygonální technika, i když se zásadně liší od modelu pro modelování boxů. Při modelování okrajů, spíše než počínaje primitivním tvarem a rafinací, je tento model v podstatě postaven kus po kousku tím, že se smyčky polygonálních obličejů nacházejí podél prominentních obrysů a pak se vyplňují mezery mezi nimi.
To může zněžit zbytečně komplikované, ale určité sítě jsou obtížně dokončitelné pomocí modelování boxů, což je dobrý příklad lidské tváře. Správné modelování obličeje vyžaduje velmi přísné řízení toku hran a topologie a přesnost poskytovaná modelováním obrysů může být neocenitelná. Spíše než snažit se tvarovat dobře definovanou oční objímku z pevné polygonální krychle (která je matoucí a proti-intuitivní), je mnohem snazší vytvořit si obrys oka a pak zbytek modelovat odtamtud. Jakmile jsou hlavní modely (oči, rty, obruba, nos, čelistní linie) modelovány, zbytek má tendenci klesat na místo téměř automaticky.
Modelování NURBS / Spline
NURBS je modelovací technika, která se nejvíce využívá pro automobilové a průmyslové modelování. Na rozdíl od polygonální geometrie nemá síťka NURBS žádné plochy, hrany ani vrcholy. Místo toho modely NURBS sestávají z hladce interpretovaných ploch, vytvořených "lofting" oka mezi dvěma nebo více Bezierovými křivkami (také známými jako splines).
Křivky NURBS jsou vytvořeny s nástrojem, který funguje velmi podobně jako nástroj pro pero v barvě MS nebo Adobe Illustrator. Křivka je nakreslena ve 3D prostoru a editována pohybem řady úchytů nazývaných CV (kontrolní vrcholy). Chcete-li modelovat povrch NURBS, umisťuje křivky podél prominentních obrysů a software automaticky interpoluje prostor mezi nimi.
Alternativně může být povrch NURBS vytvořen otočením profilové křivky kolem centrální osy. Jedná se o běžnou (a velmi rychlou) modelovací techniku pro předměty, které jsou radiální v přírodě - sklenice na víno, vázy, talíře atd.
Digitální sochařství
Technologický průmysl rád mluví o určitých průlomových technologiích, které označují jako rušivé technologie . Technologické inovace, které mění způsob, jakým přemýšlíme o dosažení určitého úkolu. Automobil změnil způsob, jakým se dostáváme kolem. Internet změnil způsob přístupu k informacím a komunikaci. Digitální sochařství je rušivou technologií v tom smyslu, že pomáhá svobodným modelářům před obtížnými omezeními topologie a okrajového toku a dovoluje jim intuitivně vytvářet 3D modely podobně jako u sochařské digitální hlíny.
Při digitálním skulptování jsou oky vytvořeny ekologicky, za použití tabletovacího zařízení (Wacom) k tvarování a tvarování modelu téměř přesně tak, jako by sochař použil štětinové štětce na skutečném kusu hlíny. Digitální sochařství si vzala postavu a modelování stvoření na novou úroveň, čímž proces usnadnil a umožnil umělcům pracovat s oky s vysokým rozlišením obsahujícími miliony polygonů. Skulptovaná oka jsou známá pro dříve nepředstavitelné úrovně detailů povrchu a přirozenou (dokonce i spontánní) estetiku.
Procesní modelování
Slovo procedurální v počítačové grafice odkazuje na něco, co je generováno algoritmem, spíše než ručně vytvořené umělcem. Při procedurálním modelování jsou scény nebo objekty vytvořeny na základě pravidel nebo parametrů definovaných uživatelem.
V populárních modelech pro modelování prostředí Vue, Bryce a Terragen lze celá krajina vytvářet nastavením a úpravou parametrů prostředí, jako je hustota listů a výšky, nebo výběrem z krajinných dárků jako je poušť, alpské, pobřežní atd.
Procesní modelování se často používá pro organické konstrukce, jako jsou stromy a listy, kde je skoro nekonečná variace a složitost, které by umělce ručně zajistil (nebo to vůbec nebylo možné). Aplikace SpeedTree používá algoritmus založený na rekurzivním algoritmu a vytváří jedinečné stromy a křoviny, které lze upravovat pomocí editovatelných nastavení pro výšku kufru, hustotu větve, úhel, kroužek a desítky, ne-li stovky dalších možností. CityEngine využívá podobné techniky k vytváření procedurálních městských scenérií.
Image-Based Modeling
Image-based modeling je proces, pomocí kterého jsou transformovatelné 3D objekty algoritmicky odvozeny ze sady statických dvourozměrných obrazů. Modelování založené na obrázcích se často používá v situacích, kdy časová nebo rozpočtová omezení neumožňují ručně vytvořit plně realizované 3D dílo.
Snad nejznámějším příkladem modelování založeného na obrázcích bylo v The Matrix , kde tým neměl ani čas ani prostředky k modelování kompletních 3D sad. Natočili akční sekvence s 360stupňovými kamerovými poli a poté použili interpretační algoritmus umožňující "virtuální" 3D pohyb kamery prostřednictvím tradičních reálných sad.
3D skenování
3D skenování je metoda digitalizace objektů reálného světa, kdy je vyžadována neuvěřitelně vysoká úroveň fotorealismu. Objekt (nebo dokonce herec) v reálném světě je naskenován, analyzován a surové data (obvykle cloud point, x, y, z) se používají k vytvoření přesné polygonální sítě nebo sítě NURBS. Skenování se často používá, když je požadováno digitální zastoupení reálného světa, jak je tomu v případě podivuhodného případu Benjamina Buttona, kde hlavní postava (Brad Pitt) stárne v celém filmu.
Než začnete starat o 3D skenery, které nahrazují tradiční modeláře, zvážte na chvíli, že většina objektů modelovaných pro zábavní průmysl nemá žádný ekvivalent v reálném světě. Dokud nepoznáme kosmické lodě, mimozemšťany a kreslené postavičky, které běží kolem, je bezpečné předpokládat, že pozice modeláře v průmyslu CG je pravděpodobně bezpečné.