3D modely jsou jedním ze základních stavebních kamenů 3D počítačové grafiky. Bez nich by neexistovala počítačová animace-žádná „Toy Story“, žádná „Wall-E“, žádný velký zelený zlobr. Nebylo by ani 3D hraní a reklamy na auta by nevypadaly tak skvěle jako dnes. Každý objekt, postava a prostředí v každém počítačově animovaném filmu nebo 3D videohře se skládá z 3D modelů. V této příručce rozebereme hlavní součásti 3D modelu, vysvětlíme tváře, hrany, vrcholy a další.
Co je 3D model?
3D model je matematická reprezentace jakéhokoli trojrozměrného objektu (skutečného nebo imaginárního) v 3D softwarovém prostředí. Na rozdíl od 2D obrazu lze 3D modely prohlížet ve specializovaných softwarových sadách z jakéhokoli úhlu, kde je lze měnit, otáčet nebo libovolně upravovat. Proces vytváření a tvarování 3D modelu je známý jako 3D modelování.
Typy 3D modelů
Ve filmovém a herním průmyslu se používají dva primární typy 3D modelů. Nejviditelnějším rozdílem mezi nimi je způsob, jakým jsou vytvářeny a manipulovány (existují také rozdíly v základní matematice, ale to je pro koncového uživatele méně důležité).
NURBS Surface
Nerovnoměrný racionální B-spline nebo NURBS je hladký povrchový model vytvořený pomocí Bezierových křivek (představte si to jako 3D verzi nástroje MS Paint pen). Pro vytvoření povrchu NURBS kreslí umělec dvě nebo více křivek ve 3D prostoru, s nimiž se manipuluje pomocí pohyblivých úchytů nazývaných řídicí vrcholy (CV) podél osy x, y nebo z. Softwarová aplikace interpoluje prostor mezi křivkami a vytváří mezi nimi hladkou síť. Povrchy NURBS mají nejvyšší úroveň matematické přesnosti a nejčastěji se používají v modelování pro strojírenství a automobilový design.
Polygonální model
Polygonální modely neboli „sítě“, jak se jim často říká, jsou nejběžnější formou 3D modelu, který se nachází v animačním, filmovém a herním průmyslu, a právě na ně se zaměříme po zbytek článku. .
Součásti polygonálního modelu
V dobrém modelování jsou polygony buď čtyřstranné (čtyřkolky—Norma v charakterovém/organickém modelování) nebo třístranná (tris—Užívá se častěji při modelování her). Dobří modeláři usilují o efektivitu a organizaci a snaží se udržet počty polygonů co nejnižší pro zamýšlený tvar. Počet polygonů v síti se nazývá poly počet, zatímco se nazývá hustota polygonu řešení. Nejlepší 3D modely mají vysoké rozlišení tam, kde jsou požadovány více detailů, jako jsou ruce nebo tvář postavy, a nízké rozlišení v oblastech s malými detaily sítě. Obvykle platí, že čím vyšší je celkové rozlišení modelu, tím plynuleji bude vypadat v konečném vykreslení. Sítě s nižším rozlišením vypadají hranatě (pamatujte Mario 64?). Polygonální modely jsou velmi podobné geometrickým tvarům, o kterých jste se pravděpodobně dozvěděli na střední škole. Stejně jako základní geometrická krychle se skládají z 3D polygonálních modelů tváře, hrany, a vrcholy. Ve skutečnosti většina složitých 3D modelů začíná jako jednoduchý geometrický tvar, jako krychle, koule nebo válec. Tyto základní 3D tvary se nazývají objektové primitivy. Primitivové jsou pak modelováni, tvarováni a manipulováni do jakéhokoli předmětu, který se umělec snaží vytvořit.
- Tváře: Definující charakteristikou polygonálního modelu je, že (na rozdíl od povrchů NURBS) polygonální sítě jsou fazetovaný, což znamená, že povrch 3D modelu se skládá ze stovek nebo tisíců geometrických ploch.
- Hrany: Hrana je jakýkoli bod na povrchu 3D modelu, kde se setkávají dvě polygonální plochy.
- Vrcholy: Průsečíku mezi třemi nebo více hranami se říká vrchol (pl. vrcholy). Manipulace vrcholů na osách x, y a z (láskyplně označované jako „tlačení a tažení vertů“) je nejběžnější technikou pro tvarování polygonální sítě do konečného tvaru v tradičních modelovacích balíčcích, jako je Maya, 3Ds Max , atd.
Techniky jsou velmi, velmi odlišné v sochařských aplikacích, jako je ZBrush nebo Mudbox.
Textury a shadery
Bez textur a shaderů by 3D model moc nevypadal. Ve skutečnosti byste to vůbec nemohli vidět. Přestože textury a shadery nemají nic společného s celkovým tvarem 3D modelu, mají vše co do činění s jeho vizuálním vzhledem.
- Shadery: Shader je sada pokynů aplikovaných na 3D model, která umožňuje počítači vědět, jak by měl být zobrazen. Přestože stínící sítě lze kódovat ručně, většina 3D softwarových balíků má nástroje, které umělci umožňují snadno upravit parametry shaderu. Pomocí těchto nástrojů může umělec ovládat způsob, jakým povrch modelu interaguje se světlem, včetně neprůhlednosti, odrazivosti, zrcadlového zvýraznění (lesklosti) a desítek dalších.
- Textury: Textury také významně přispívají k vizuálnímu vzhledu modelu. Textury jsou dvourozměrné obrazové soubory, které jsou mapovány na 3D povrch modelu procesem známým jako mapování textur. Textury se mohou pohybovat ve složitosti od jednoduchých plochých barevných textur až po zcela fotorealistické povrchové detaily.
Texturování a stínování jsou důležitým aspektem kanálu počítačové grafiky a stát se dobrým v psaní shaderových sítí nebo vývoji texturových map je samostatná specialita. Umělci textur a shaderů jsou v celkovém vzhledu filmu nebo obrázku stejně nápomocní jako modeláři nebo animátoři.