3D-модели являются одним из основных строительных блоков компьютерной графики 3D . Без них не было бы компьютерной анимации — ни «Истории игрушек», ни «Wall-E», ни большого зеленого людоеда. Не было бы и 3D-игр, и реклама автомобилей не выглядела бы так же хорошо, как сегодня.
Каждый объект, персонаж и окружение в каждом компьютерном анимационном фильме или 3D-видеоигре состоит из 3D-моделей. В этом руководстве мы разбиваем основные компоненты трехмерной модели, объясняя грани, ребра, вершины и многое другое.
Что такое 3D-модель?
3D-модель — это математическое представление любого трехмерного объекта (реального или воображаемого) в программной среде 3D. В отличие от 2D-изображения , 3D-модели можно просматривать в специализированных программных пакетах под любым углом, где их можно масштабировать, поворачивать или свободно изменять.
Процесс создания и формирования 3D-модели известен как 3D-моделирование.
Типы 3D моделей
Два основных типа 3D-моделей используются в кино и игровой индустрии. Наиболее очевидное различие между ними заключается в способе их создания и манипулирования (также есть различия в основной математике, но это менее важно для конечного пользователя).
NURBS Поверхность
Неоднородный рациональный B-сплайн, или NURBS , представляет собой модель гладкой поверхности, созданную с помощью кривых Безье (представьте ее как трехмерную версию инструмента MS Paint Pen). Чтобы сформировать поверхность NURBS, художник рисует две или более кривых в трехмерном пространстве, которыми манипулируют, перемещая маркеры, называемые управляющими вершинами (CV) вдоль оси x, y или z.
Программное приложение интерполирует пространство между кривыми и создает гладкую сетку между ними. Поверхности NURBS имеют высочайший уровень математической точности и чаще всего используются при моделировании для проектирования и проектирования автомобилей.
Полигональная модель
Полигональные модели, или «сетки», как их часто называют, являются наиболее распространенной формой трехмерных моделей в анимации, кино и игровой индустрии, и именно на них мы сосредоточимся в остальной части статьи. ,
Компоненты полигональной модели
В хорошем моделировании полигоны бывают либо четырехсторонними ( четырехугольники — норма в моделировании персонажей / органических персонажей), либо трехсторонними ( трис — чаще используются в игровом моделировании). Хорошие моделисты стремятся к эффективности и организации, стараясь, чтобы количество полигонов было как можно ниже для предполагаемой формы.
Количество полигонов в сетке называется поли-счетчик , в то время как плотность многоугольника называется разрешением . Лучшие 3D-модели имеют высокое разрешение, где требуется больше деталей, например руки или лицо персонажа, и низкое разрешение в областях сетки с низкой детализацией.
Как правило, чем выше общее разрешение модели, тем более гладкой она будет выглядеть при окончательном рендеринге . Сетки с более низким разрешением выглядят квадратными (помните Mario 64 ?).
Полигональные модели очень похожи на геометрические фигуры, о которых вы, вероятно, узнали в средней школе. Так же , как основной геометрический куб, 3D полигональные модели состоят из граней , ребер , и вершин . Фактически, самые сложные 3D-модели начинаются с простой геометрической формы, например, куба, сферы или цилиндра. Эти основные трехмерные фигуры называются объектными примитивами . Затем примитивы моделируются, формируются и манипулируются тем объектом, который пытается создать художник.
- Лица . Определяющей характеристикой полигональной модели является то, что (в отличие от поверхностей NURBS) полигональные сетки являются гранеными , то есть поверхность 3D-модели состоит из сотен или тысяч геометрических граней.
- Края . Край — это любая точка на поверхности 3D-модели, где встречаются две многоугольные грани.
- Вершины : Точка пересечения трех или более ребер называется вершиной ( pl. Вершины ). Манипуляции с вершинами по осям x, y и z (ласково именуемые «толкание и вытягивание вершин») — наиболее распространенный метод формирования многоугольной сетки в ее окончательную форму в традиционных пакетах моделирования, таких как Maya, 3Ds Max. , и т.д.
Техники очень и очень разные в таких приложениях, как ZBrush или Mudbox.
Текстуры и шейдеры
Без текстур и шейдеров 3D-модель выглядела бы не очень. На самом деле, вы не сможете увидеть это вообще. Хотя текстуры и шейдеры не имеют ничего общего с общей формой 3D-модели, они имеют непосредственное отношение к ее внешнему виду.
- Шейдеры . Шейдер — это набор инструкций, применяемых к 3D-модели, который позволяет компьютеру узнать, как он должен отображаться. Хотя сети шейдеров можно кодировать вручную, большинство программных пакетов 3D имеют инструменты, которые позволяют художнику с легкостью настраивать параметры шейдера. Используя эти инструменты, художник может контролировать то, как поверхность модели взаимодействует со светом, включая непрозрачность, отражательную способность, зеркальное выделение (глянцевитость) и десятки других.
- Текстуры : Текстуры также вносят большой вклад в внешний вид модели. Текстуры — это файлы двухмерных изображений, которые отображаются на трехмерной поверхности модели с помощью процесса, известного как наложение текстуры . Текстуры могут варьироваться по сложности от простых плоских цветных текстур до полностью фотореалистичных деталей поверхности.
Текстурирование и затенение являются важным аспектом конвейера компьютерной графики , и умение писать шейдерные сети или разрабатывать карты текстур — отдельная специальность. Художники текстур и шейдеров играют такую же важную роль в общем виде фильма или изображения, как и моделисты или аниматоры.