Saltar al contenido

Στοιχεία τρισδιάστατων μοντέλων – κορυφές, άκρα, πολύγωνα και άλλα

16 de abril de 2021

Σε αυτό το άρθρο

Τα μοντέλα 3D είναι ένα από τα βασικά δομικά στοιχεία των τρισδιάστατων γραφικών υπολογιστών. Χωρίς αυτούς, δεν θα υπήρχε κινούμενη εικόνα στον υπολογιστή – όχι «Toy Story», όχι «Wall-E», χωρίς μεγάλη πράσινη ogre. Δεν θα υπήρχε τρισδιάστατο παιχνίδι και οι διαφημίσεις αυτοκινήτων δεν θα φαινόταν τόσο υπέροχες όσο σήμερα. Κάθε αντικείμενο, χαρακτήρα και περιβάλλον σε κάθε ταινία κινουμένων σχεδίων με υπολογιστή ή 3D βιντεοπαιχνίδι αποτελείται από τρισδιάστατα μοντέλα. Σε αυτόν τον οδηγό, αναλύουμε τα κύρια στοιχεία ενός τρισδιάστατου μοντέλου, εξηγώντας πρόσωπα, άκρα, κορυφές και άλλα.

Τι είναι ένα μοντέλο 3D;

Ένα 3D Μοντέλο είναι μια μαθηματική αναπαράσταση οποιουδήποτε τρισδιάστατου αντικειμένου (πραγματικό ή φανταστικό) σε ένα περιβάλλον λογισμικού 3D. Σε αντίθεση με μια εικόνα 2D, τα μοντέλα 3D μπορούν να προβληθούν σε ειδικές σουίτες λογισμικού από οποιαδήποτε γωνία, όπου μπορούν να κλιμακωθούν, να περιστραφούν ή να τροποποιηθούν ελεύθερα. Η διαδικασία δημιουργίας και διαμόρφωσης ενός τρισδιάστατου μοντέλου είναι γνωστή ως τρισδιάστατη μοντελοποίηση.

Τύποι τρισδιάστατων μοντέλων

Δύο βασικοί τύποι τρισδιάστατων μοντέλων χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ταινιών και παιχνιδιών. Η πιο εμφανής διαφορά μεταξύ τους είναι ο τρόπος δημιουργίας και χειρισμού τους (υπάρχουν επίσης διαφορές στα υποκείμενα μαθηματικά, αλλά αυτό είναι λιγότερο σημαντικό για τον τελικό χρήστη).

Επιφάνεια NURBS

Ένα μη ομοιόμορφο ορθολογικό B-spline, ή NURBS, είναι ένα μοντέλο ομαλής επιφάνειας που δημιουργήθηκε με τη χρήση καμπυλών Bezier (σκεφτείτε το ως τρισδιάστατη έκδοση του εργαλείου MS Paint pen). Για να σχηματίσει μια επιφάνεια NURBS, ο καλλιτέχνης σχεδιάζει δύο ή περισσότερες καμπύλες σε ένα τρισδιάστατο χώρο, οι οποίες χειρίζονται με μετακίνηση λαβών που ονομάζονται κορυφές ελέγχου (CV) κατά μήκος του άξονα x-, y- ή z. Η εφαρμογή λογισμικού παρεμβάλλει το διάστημα μεταξύ καμπυλών και δημιουργεί ένα ομαλό πλέγμα μεταξύ τους. Οι επιφάνειες NURBS έχουν το υψηλότερο επίπεδο μαθηματικής ακρίβειας και χρησιμοποιούνται συνήθως στη μοντελοποίηση για τη μηχανική και τον σχεδιασμό αυτοκινήτων.

Πολυγωνικό μοντέλο

Τα πολυγωνικά μοντέλα, ή «πλέγματα», όπως λέγονται συχνά, είναι η πιο κοινή μορφή τρισδιάστατου μοντέλου που βρίσκεται στη βιομηχανία κινουμένων σχεδίων, ταινιών και παιχνιδιών και είναι το είδος στο οποίο θα επικεντρωθούμε για το υπόλοιπο άρθρο .

Τα συστατικά ενός πολυγωνικού μοντέλου

Στην καλή μοντελοποίηση, τα πολύγωνα είναι είτε τετράπλευρης (τετράκλινα– ο κανόνας στο χαρακτήρα / οργανική μοντελοποίηση) ή τριών όψεων (τρισ– χρησιμοποιείται πιο συχνά στη μοντελοποίηση παιχνιδιών). Οι καλοί μοντελιστές επιδιώκουν την αποτελεσματικότητα και την οργάνωση, προσπαθώντας να διατηρήσουν το πλήθος των πολυγώνων όσο το δυνατόν χαμηλότερα για το επιθυμητό σχήμα. Ο αριθμός των πολυγώνων σε ένα πλέγμα ονομάζεται πολυ-μετρητής, ενώ λέγεται πυκνότητα πολυγώνου ανάλυση. Τα καλύτερα μοντέλα 3D έχουν υψηλή ανάλυση όπου απαιτούνται περισσότερες λεπτομέρειες, όπως τα χέρια ή το πρόσωπο ενός χαρακτήρα και χαμηλή ανάλυση σε περιοχές με χαμηλή λεπτομέρεια του πλέγματος. Συνήθως, όσο υψηλότερη είναι η συνολική ανάλυση ενός μοντέλου, τόσο πιο ομαλή θα εμφανίζεται σε μια τελική απόδοση. Τα πλέγματα χαμηλότερης ανάλυσης φαίνονται boxy (θυμηθείτε Μάριο 64;). Τα πολυγωνικά μοντέλα μοιάζουν πολύ με τα γεωμετρικά σχήματα για τα οποία πιθανώς μάθατε στο γυμνάσιο. Ακριβώς όπως ένας βασικός γεωμετρικός κύβος, τα πολυγωνικά μοντέλα 3D αποτελούνται από πρόσωπα, άκρες, και κορυφές. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα πολύπλοκα μοντέλα 3D ξεκινούν ως ένα απλό γεωμετρικό σχήμα, όπως ένας κύβος, μια σφαίρα ή ένας κύλινδρος. Αυτά τα βασικά τρισδιάστατα σχήματα ονομάζονται πρωτόγονα αντικειμένων. Τα πρωτόγονα στη συνέχεια μοντελοποιούνται, διαμορφώνονται και χειρίζονται σε οποιοδήποτε αντικείμενο προσπαθεί να δημιουργήσει ο καλλιτέχνης.

  • Πρόσωπα: Το καθοριστικό χαρακτηριστικό ενός πολυγωνικού μοντέλου είναι ότι (σε ​​αντίθεση με τις επιφάνειες NURBS) τα πολυγωνικά πλέγματα είναι πολύπλευρη, που σημαίνει ότι η επιφάνεια του τρισδιάστατου μοντέλου αποτελείται από εκατοντάδες ή χιλιάδες γεωμετρικά πρόσωπα.
  • Ακρες: Ένα άκρο είναι οποιοδήποτε σημείο στην επιφάνεια ενός τρισδιάστατου μοντέλου όπου συναντώνται δύο πολυγωνικές όψεις.
  • Οι κορυφές: Το σημείο τομής μεταξύ τριών ή περισσότερων άκρων ονομάζεται κορυφή (παρακαλώ κορυφές). Η χειραγώγηση των κορυφών στους άξονες x, y και z , και τα λοιπά.

Οι τεχνικές είναι πολύ, πολύ διαφορετικές σε εφαρμογές γλυπτικής όπως το ZBrush ή το Mudbox.

Υφές και Shaders

Χωρίς υφές και σκιάσεις, ένα τρισδιάστατο μοντέλο δεν θα μοιάζει πολύ. Στην πραγματικότητα, δεν θα μπορούσατε να το δείτε καθόλου. Παρόλο που οι υφές και οι shaders δεν έχουν καμία σχέση με το συνολικό σχήμα ενός 3D μοντέλου, έχουν να κάνουν με την οπτική του εμφάνιση.

  • Shaders: Το shader είναι ένα σύνολο οδηγιών που εφαρμόζονται σε ένα μοντέλο 3D που επιτρέπει στον υπολογιστή να γνωρίζει πώς πρέπει να εμφανίζεται. Αν και η σκίαση των δικτύων μπορεί να κωδικοποιηθεί χειροκίνητα, τα περισσότερα πακέτα λογισμικού 3D διαθέτουν εργαλεία που επιτρέπουν στον καλλιτέχνη να τροποποιεί τις παραμέτρους shader με μεγάλη ευκολία. Χρησιμοποιώντας αυτά τα εργαλεία, ο καλλιτέχνης μπορεί να ελέγξει τον τρόπο με τον οποίο η επιφάνεια του μοντέλου αλληλεπιδρά με το φως, συμπεριλαμβανομένης της αδιαφάνειας, της ανακλαστικότητας, του specular highlight (στιλπνότητα) και δεκάδων άλλων.
  • Υφές: Οι υφές συμβάλλουν επίσης σημαντικά στην οπτική εμφάνιση ενός μοντέλου. Οι υφές είναι δισδιάστατα αρχεία εικόνας που χαρτογραφούνται στην επιφάνεια 3D του μοντέλου μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως χαρτογράφηση υφής. Οι υφές μπορεί να κυμαίνονται από πολυπλοκότητα, από απλές επίπεδες χρωματικές υφές έως εντελώς φωτορεαλιστικές λεπτομέρειες επιφάνειας.

Η υφή και η σκίαση είναι μια σημαντική πτυχή του αγωγού γραφικών υπολογιστών, και το να γίνετε καλοί στο να γράφετε shader-network ή να αναπτύσσετε χάρτες υφής είναι μια από μόνη της ειδικότητα. Οι καλλιτέχνες υφής και shader είναι εξίσου καθοριστικοί στη συνολική εμφάνιση μιας ταινίας ή εικόνας, όπως οι μοντελιστές ή οι εμψυχωτές.