Στοιχεία τρισδιάστατου μοντέλου - Κατακόρυφα, άκρα, πολύγωνα και άλλα

Τα τρισδιάστατα μοντέλα είναι ένα από τα βασικά δομικά στοιχεία των 3D γραφικών υπολογιστών. Χωρίς αυτούς, δεν θα υπήρχε animation υπολογιστή - όχι Η ιστορία των παιχνιδιών , όχι Wall-E , κανένα μεγάλο πράσινο κακό.

Δεν θα υπήρχαν τρισδιάστατα παιχνίδια, πράγμα που σημαίνει ότι ποτέ δεν πήραμε να εξερευνήσουμε τον Hyrule μέσα Ocarina of Time , και ο κύριος αρχηγός δεν ήταν ποτέ στο Halo. Δεν θα υπήρχε Μετασχηματιστές ταινίες (τουλάχιστον τον τρόπο που τις γνωρίζουμε σήμερα) και οι διαφημίσεις αυτοκινήτων δεν θα μπορούσαν να φαίνονται τόσο μεγάλες όσο κάνουν σήμερα.

Κάθε αντικείμενο, χαρακτήρας και περιβάλλον, σε κάθε κινηματογραφική ταινία με υπολογιστή ή σε 3D βιντεοπαιχνίδι, αποτελείται από τρισδιάστατα μοντέλα. Έτσι ναι, είναι πολύ σημαντικές στον κόσμο της CG.

Τι είναι ένα μοντέλο 3D;

Ένα 3D μοντέλο είναι μια μαθηματική αναπαράσταση οποιουδήποτε τρισδιάστατου αντικειμένου (πραγματικού ή φανταστικού) σε περιβάλλον 3D λογισμικού. Σε αντίθεση με μια εικόνα 2D, τα τρισδιάστατα μοντέλα μπορούν να προβληθούν σε εξειδικευμένες σουίτες λογισμικού από οποιαδήποτε γωνία και μπορούν να κλιμακωθούν, να περιστραφούν ή να τροποποιηθούν ελεύθερα. Η διαδικασία δημιουργίας και διαμόρφωσης ενός τρισδιάστατου μοντέλου είναι γνωστή ως 3D μοντελοποίηση.

Τύποι τρισδιάστατων μοντέλων

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι τρισδιάστατων μοντέλων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ταινιών και παιχνιδιών, με τις πιο εμφανείς διαφορές να είναι ο τρόπος με τον οποίο δημιουργούνται και χειραγωγούνται (υπάρχουν και διαφορές στο υποκείμενο μαθηματικό, αλλά αυτό είναι λιγότερο σημαντικό στο τέλος -χρήστης).

1. NURBS Επιφάνεια: Μια μη ομοιόμορφη ορθολογική επιφάνεια B-spline ή NURBS είναι ένα μοντέλο ομαλής επιφάνειας που δημιουργείται με τη χρήση καμπυλών Bezier (όπως μια 3D έκδοση του εργαλείου MS Paint pen). Για να σχηματίσει μια επιφάνεια NURBS, ο καλλιτέχνης αντλεί δύο ή περισσότερες καμπύλες σε 3D χώρο, ο οποίος μπορεί να μετακινηθεί με μετακινούμενες λαβές που ονομάζονται κορυφές ελέγχου (CVs) κατά μήκος του άξονα x, y ή z.
   1. Η εφαρμογή λογισμικού παρεμβάλλει το διάστημα μεταξύ των καμπυλών και δημιουργεί ένα ομαλό πλέγμα μεταξύ τους. Οι επιφάνειες NURBS έχουν το υψηλότερο επίπεδο μαθηματικής ακρίβειας και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται πιο συχνά στη μοντελοποίηση για μηχανική και αυτοκινητοβιομηχανία.
2. Πολυγωνικό μοντέλο: Τα πολυγωνικά μοντέλα ή τα "μάτια" όπως συχνά ονομάζονται, είναι η πιο συνηθισμένη μορφή τρισδιάστατου μοντέλου που βρίσκεται στη βιομηχανία κινούμενων σχεδίων, ταινιών και παιχνιδιών και θα είναι το είδος στο οποίο θα επικεντρωθούμε για το υπόλοιπο της άρθρο.

Τα συστατικά ενός πολυγωνικού μοντέλου

• Πρόσωπα: Το καθοριστικό χαρακτηριστικό ενός πολυγωνικού μοντέλου είναι ότι (σε ​​αντίθεση με τις επιφάνειες NURBS) είναι πολυγωνικά μάτια πολύπλευρη , που σημαίνει ότι η επιφάνεια του 3D μοντέλου αποτελείται από εκατοντάδες ή χιλιάδες γεωμετρικά πρόσωπα.

Στην καλή μοντελοποίηση, τα πολύγωνα είναι είτε τετράπλευρα ( quads - ο κανόνας του χαρακτήρα / βιολογική μοντελοποίηση) ή τρεις όψεις ( tris - χρησιμοποιούνται συχνότερα στη μοντελοποίηση παιχνιδιών). Οι καλοί μοντελιστές επιδιώκουν την αποτελεσματικότητα και την οργάνωση, προσπαθώντας να διατηρήσουν τις μετρήσεις πολυγώνων όσο το δυνατόν χαμηλότερες για το προβλεπόμενο σχήμα. Ο αριθμός των πολύγωνων σε ένα πλέγμα, ονομάζεται πολυ-μέτρηση, ενώ ονομάζεται πυκνότητα πολυγώνου ανάλυση. Τα καλύτερα τρισδιάστατα μοντέλα έχουν υψηλή ανάλυση; όπου απαιτούνται περισσότερες λεπτομέρειες - όπως τα χέρια ή το πρόσωπο ενός χαρακτήρα, και η χαμηλή ανάλυση σε περιοχές χαμηλής λεπτομέρειας του πλέγματος. Τυπικά, όσο μεγαλύτερη είναι η συνολική ανάλυση ενός μοντέλου, τόσο πιο ομαλή θα εμφανιστεί σε μια τελική απόδοση. Τα μάτια χαμηλότερης ανάλυσης φαίνονται μικρά (θυμηθείτε Mario 64 ?).

• Ακρες: Μια άκρη είναι οποιοδήποτε σημείο στην επιφάνεια ενός μοντέλου 3D, όπου συναντώνται δύο πολυγωνικά πρόσωπα.
• Όρνιθες: Το σημείο τομής μεταξύ τριών ή περισσοτέρων ακμών ονομάζεται κορυφή ( pl. κορυφές ). Η χειραγώγηση των κορυφών στους άξονες x, y και z είναι η πιο κοινή τεχνική για τη διαμόρφωση ενός πολυγωνικού πλέγματος σε τελική μορφή σε παραδοσιακά πακέτα μοντελοποίησης όπως Maya, 3Ds Max, κ.λπ. (Οι τεχνικές είναι πολύ, πολύ διαφορετικές στις εφαρμογές γλυπτικής όπως το ZBrush ή το Mudbox.)

Τα πολυγωνικά μοντέλα είναι πολύ παρόμοια με τα γεωμετρικά σχήματα που μάλλον μάθατε στο γυμνάσιο. Ακριβώς όπως ένας βασικός γεωμετρικός κύβος, αποτελούνται από 3D πολυγωνικά μοντέλα τα πρόσωπα, τις άκρες και τις κορυφές. Στην πραγματικότητα, τα πιο σύνθετα 3D μοντέλα ξεκινούν ως ένα απλό γεωμετρικό σχήμα, όπως ένας κύβος, σφαίρα ή κύλινδρος. Αυτά τα βασικά 3D σχήματα καλούνται αντικείμενο πρωτόνια. Τα πρωτόγονα μπορούν στη συνέχεια να μοντελοποιηθούν, να διαμορφωθούν και να μετατραπούν σε οποιοδήποτε αντικείμενο που προσπαθεί να δημιουργήσει ο καλλιτέχνης (όσο θα θέλαμε να βρούμε λεπτομέρειες, θα καλύψουμε τη διαδικασία της τρισδιάστατης μοντελοποίησης σε ξεχωριστό άρθρο).

Υπάρχει ένα ακόμα συστατικό των τρισδιάστατων μοντέλων που πρέπει να αντιμετωπιστούν:

Υφές και σκίαση

Χωρίς υφές και shaders, ένα τρισδιάστατο μοντέλο δεν θα έμοιαζε πολύ. Στην πραγματικότητα, δεν θα μπορούσατε να το δείτε καθόλου. Αν και οι υφές και οι shaders δεν έχουν καμία σχέση με το γενικό σχήμα ενός 3D μοντέλου, έχουν τα πάντα για να κάνουν με την οπτική τους εμφάνιση.

• Shaders: Ο shader είναι ένα σύνολο οδηγιών που εφαρμόζονται σε ένα 3D μοντέλο που επιτρέπει στον υπολογιστή να γνωρίζει πώς πρέπει να εμφανίζεται. Παρόλο που τα συστήματα σκίασης μπορούν να κωδικοποιηθούν με το χέρι, τα περισσότερα πακέτα λογισμικού 3D διαθέτουν εργαλεία που επιτρέπουν στον καλλιτέχνη να τροποποιήσει τις παραμέτρους του shader με μεγάλη ευκολία. Χρησιμοποιώντας αυτά τα εργαλεία, ο καλλιτέχνης μπορεί να ελέγξει τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρά η επιφάνεια του μοντέλου με το φως, συμπεριλαμβανομένης της αδιαφάνειας, της ανακλαστικότητας, της κατοπτρικής προβολής (glossiness) και δεκάδων άλλων.
• Υφές: Οι υφές συμβάλλουν επίσης σε μεγάλο βαθμό στην εμφάνιση ενός μοντέλου. Οι υφές είναι δισδιάστατα αρχεία εικόνας που μπορούν να χαρτογραφηθούν πάνω στην 3D επιφάνεια του μοντέλου μέσω μιας διαδικασίας που είναι γνωστή ως χαρτογράφηση υφής . Οι υφές μπορεί να κυμαίνονται σε πολυπλοκότητα από απλές επίπεδες χρωματικές υφές μέχρι εντελώς φωτορεαλιστικές λεπτομέρειες επιφάνειας.

Η υφή και η σκίαση είναι μια σημαντική πτυχή του αγωγού γραφικών ηλεκτρονικών υπολογιστών και η ευημερία στο γράψιμο δικτύων shader ή η ανάπτυξη χαρτών υφής είναι μια εξειδικευμένη ιδιότητα. Οι καλλιτέχνες υφής και σκίασης είναι εξίσου σημαντικές για τη συνολική εμφάνιση μιας ταινίας ή μιας εικόνας ως μοντέλων ή εμψυχωτών.

Να συμπεράνω

Ας ελπίσουμε ότι σε αυτό το σημείο γνωρίζετε λίγο περισσότερο τα τρισδιάστατα μοντέλα και τα κύρια χαρακτηριστικά τους. Στον πυρήνα τους, τα τρισδιάστατα μοντέλα είναι απλώς πολύπλοκα γεωμετρικά σχήματα με εκατοντάδες μικρές πολυγωνικές όψεις. Ενώ είναι αναμφίβολα διασκεδαστικό να διαβάσετε σχετικά με τα τρισδιάστατα μοντέλα, είναι ακόμα πιο συναρπαστικό να τα κάνετε μόνοι σας.