3D-modelcomponenten - hoekpunten, randen, polygonen en meer

3D-modellen zijn een van de essentiële bouwstenen van 3D-computergraphics. Zonder hen zou er geen computeranimatie zijn - nee Toy Story , Nee Wall-E , geen grote groene boeman.

Er zou geen 3D-gaming zijn, wat betekent dat we Hyrule nooit hebben mogen verkennen Ocarina of Time en Master Chief was nooit op Halo. Er zou geen zijn transformers films (tenminste zoals we ze vandaag kennen) en auto-commercials kunnen er onmogelijk zo mooi uitzien als vandaag.

Elk object, elk personage en elke omgeving, in elke computeranimatiefilm of 3D-videogame, bestaat uit 3D-modellen. Dus ja, ze zijn behoorlijk belangrijk in de wereld van CG.

Wat is een 3D-model?

Een 3D-model is een wiskundige weergave van elk driedimensionaal object (reëel of ingebeeld) in een 3D-softwareomgeving. In tegenstelling tot een 2D-afbeelding kunnen 3D-modellen vanuit elke hoek in gespecialiseerde softwarereeksen worden bekeken en kunnen ze worden geschaald, geroteerd of vrij worden gewijzigd. Het proces van het maken en vormgeven van een 3D-model staat bekend als 3D-modellering.

Soorten 3D-modellen

Er zijn twee primaire typen 3D-modellen die worden gebruikt in de film- en gamesindustrie, waarbij de duidelijkste verschillen liggen in de manier waarop ze worden gemaakt en gemanipuleerd (er zijn ook verschillen in de onderliggende wiskunde, maar dat is uiteindelijk minder belangrijk -gebruiker).

1. NURBS Surface: Een niet-uniform rationeel B-spline of NURBS-oppervlak is een model met een glad oppervlak dat is gemaakt door het gebruik van Bezier-curven (zoals een 3D-versie van de MS Paint-pentool). Om een ​​NURBS-oppervlak te vormen, tekent de kunstenaar twee of meer curven in de 3D-ruimte, die kan worden bewerkt door handvatten, besturingsknobbels (CV's) langs de x-, y- of z-as te verplaatsen.
   1. De softwaretoepassing interpoleert de ruimte tussen curves en creëert een vloeiend maaswerk ertussen. NURBS-oppervlakken hebben het hoogste niveau van wiskundige precisie en worden daarom het meest gebruikt bij het modelleren van engineering en auto-ontwerp.
2. Veelhoekig model: Veelhoekige modellen of 'meshes' zoals ze vaak worden genoemd, zijn de meest voorkomende vorm van 3D-modellen in de animatie-, film- en gamesindustrie, en ze zullen de soort zijn waar we ons op zullen richten voor de rest van de artikel.

De componenten van een veelhoekig model

• Faces: De bepalende eigenschap van een veelhoekig model is dat (in tegenstelling tot NURBS Surfaces) veelhoekige mazen zijn gefacetteerde , wat betekent dat het oppervlak van het 3D-model bestaat uit honderden of duizenden geometrische vlakken.

In goede modellering zijn polygonen ofwel vierzijdig ( quads - de norm in karakter / organische modellering) of driezijdig ( tris - vaker gebruikt in spelmodellering). Goede modelers streven naar efficiëntie en organisatie, en proberen het aantal polygonen zo laag mogelijk te houden voor de beoogde vorm. Het aantal polygonen in een mesh wordt de poly-count, terwijl de dichtheid van polygonen wordt genoemd resolutie. De beste 3D-modellen hebben een hoge resolutie? waar meer details vereist zijn - zoals de handen of het gezicht van een personage en lage resolutie in gebieden met weinig details van de mesh. Meestal geldt hoe hoger de algehele resolutie van een model, hoe vloeiender deze in een uiteindelijke weergave wordt weergegeven. Mazen met een lagere resolutie zien er boxy uit (onthoud Mario 64 ?).

• randen: Een rand is een punt op het oppervlak van een 3D-model waar twee veelhoekige vlakken samenkomen.
• hoekpunten: Het snijpunt tussen drie of meer randen wordt een hoekpunt genoemd ( pl. hoekpunten ). Manipulatie van hoekpunten op de x-, y- en z-assen (liefdevol aangeduid als "drukken en trekken van verts") is de meest gebruikelijke techniek om een ​​veelhoekig gaas in zijn uiteindelijke vorm te vormen in traditionele modelleringspakketten zoals Maya, 3Ds Max, enz. . (Technieken zijn heel, heel anders in beeldhouwtoepassingen zoals ZBrush of Mudbox.)

Veelhoekige modellen lijken erg veel op de geometrische vormen die je waarschijnlijk op de middelbare school hebt geleerd. Net als een geometrische basiskubus bestaan ​​3D-veelhoekige modellen uit gezichten, randen en hoekpunten. In feite beginnen de meest complexe 3D-modellen als een eenvoudige geometrische vorm, zoals een kubus, bol of cilinder. Deze basis 3D-vormen worden genoemd object primitieven. De primitieven kunnen vervolgens gemodelleerd, gevormd en gemanipuleerd worden in elk object dat de kunstenaar probeert te creëren (hoezeer we ook in detail willen gaan, we zullen het proces van 3D-modellering in een apart artikel bespreken).

Er is nog een onderdeel van 3D-modellen dat moet worden aangepakt:

Texturen en Shaders

Zonder texturen en shaders zou een 3D-model er niet zo veel uitzien. In feite zou je het helemaal niet kunnen zien. Hoewel texturen en shaders niets te maken hebben met de algemene vorm van een 3D-model, hebben ze alles te maken met de visuele uitstraling ervan.

• shaders: Een arcering is een reeks instructies die op een 3D-model wordt toegepast en waarmee de computer weet hoe het moet worden weergegeven. Hoewel shading-netwerken handmatig kunnen worden gecodeerd, hebben de meeste 3D-softwarepakketten hulpmiddelen waarmee de kunstenaar de shader-parameters met gemak kan aanpassen. Met behulp van deze hulpmiddelen kan de kunstenaar bepalen hoe het oppervlak van het model in wisselwerking staat met licht, inclusief ondoorzichtigheid, reflectiviteit, spiegelende highlights (glans) en tientallen andere.
• structuren: Texturen dragen ook in grote mate bij tot de visuele uitstraling van een model. Texturen zijn tweedimensionale afbeeldingsbestanden die kunnen worden toegewezen aan het 3D-oppervlak van het model via een proces dat bekend staat als textuur afbeelding . Texturen kunnen variëren in complexiteit van eenvoudige platte kleurstructuren tot volledig fotorealistische oppervlaktedetails.

Texturen en schaduwen zijn een belangrijk aspect van de computergrafiekpijplijn en goed worden in het schrijven van shader-netwerken of het ontwikkelen van texture maps is een specialiteit op zich. Textuur- en arceringstekenaars zijn net zo instrumentaal in het algemene uiterlijk van een film of afbeelding als modelers of animators.

Concluderen

Hopelijk weet u op dit moment een beetje meer over 3D-modellen en hun belangrijkste kenmerken. In de kern zijn 3D-modellen slechts complexe geometrische vormen met honderden kleine veelhoekige gezichten. Hoewel het ongetwijfeld leuk is om over 3D-modellen te lezen, is het nog spannender om ze zelf te maken.