3D-mallit ovat yksi 3D-tietokonegrafiikan olennaisista rakennuspalikoista. Ilman niitä ei olisi tietokoneanimaatiota – ei ‘Toy Story’ta’, ei ‘Wall-E’:tä, ei isoa vihreää ogrea. Ei olisi myöskään 3D-pelaamista, eivätkä automainokset näyttäisi yhtä hyvältä kuin nykyään. Jokainen esine, hahmo ja ympäristö jokaisessa tietokoneanimaatioelokuvassa tai 3D-videopelissä koostuu 3D-malleista. Tässä oppaassa erittelemme 3D-mallin pääkomponentit ja selitämme kasvoja, reunoja, pisteitä ja paljon muuta.
Mikä on 3D-malli?
3D-malli on matemaattinen esitys mistä tahansa kolmiulotteisesta kohteesta (todellisesta tai kuvitteellisesta) 3D-ohjelmistoympäristössä. Toisin kuin 2D-kuva, erikoistuneiden ohjelmistopakettien 3D-malleja voidaan tarkastella mistä tahansa kulmasta, jossa niitä voidaan skaalata, kiertää tai vapaasti muokata. 3D-mallin luomis- ja muotoiluprosessi tunnetaan nimellä 3D-mallinnus.
3D-mallien tyypit
Elokuva- ja peliteollisuudessa käytetään kahta päätyyppiä 3D-malleja. Ilmeisin ero näiden kahden välillä on tapa, jolla ne luodaan ja manipuloidaan (taustalla olevassa matematiikassa on myös eroja, mutta se on vähemmän tärkeää loppukäyttäjälle).
NURBS pinta
Epäyhtenäinen rationaalinen B-spline eli NURBS on tasaisen pinnan malli, joka on luotu Bezier-käyrillä (ajattele sitä 3D-versiona MS Paint -kynätyökalusta). NURBS-pinnan muodostamiseksi taiteilija piirtää 3D-avaruuteen kaksi tai useampia käyriä, joita manipuloidaan liikkuvilla kahvoilla, joita kutsutaan ohjauspisteiksi (CV) x-, y- tai z-akselia pitkin. Ohjelmistosovellus interpoloi käyrien välisen tilan ja luo tasaisen verkon niiden välille. NURBS-pinnoilla on korkein matemaattinen tarkkuus, ja niitä käytetään yleisimmin suunnittelussa ja autosuunnittelussa.
Monikulmio malli
Monikulmiomallit tai «verkot», kuten niitä usein kutsutaan, ovat yleisin 3D-mallinnuksen muoto animaatio-, elokuva- ja peliteollisuudessa, ja tähän keskitymme artikkelin loppuosassa. .
Monikulmiomallin komponentit
Hyvällä mallinnuksella polygonit ovat joko nelisivuisia (neloset-normi luonne/orgaanisessa mallintamisessa) tai kolmipuolinen (tris– käytetään yleisemmin pelin mallintamisessa). Hyvät mallintajat pyrkivät tehokkuuteen ja organisointiin ja pyrkivät pitämään polygonien määrän mahdollisimman pienenä aiottua muotoa varten. Verkon monikulmioiden lukumäärää kutsutaan poly countkun taas monikulmion tiheyttä kutsutaan ratkaisu. Parhaissa 3D-malleissa on korkea resoluutio siellä, missä tarvitaan enemmän yksityiskohtia, kuten hahmon kädet tai kasvot, ja alhainen resoluutio alueilla, joissa verkon yksityiskohtia on vähän. Yleensä mitä korkeampi mallin kokonaisresoluutio on, sitä tasaisemmalta se näyttää lopullisessa renderöinnissa. Pienemmällä resoluutiolla verkot näyttävät laatikollisilta (muista: Mario 64?). Monikulmiomallit ovat hyvin samankaltaisia kuin geometriset muodot, jotka olet todennäköisesti oppinut lukiossa. Kuten perusgeometrinen kuutio, 3D-monikulmiomallit koostuvat seuraavista: kasvot, reunat, ja kärjet. Itse asiassa monimutkaisimmat 3D-mallit alkavat olla yksinkertaisia geometrisia muotoja, kuten kuutiota, palloa tai sylinteriä. Näitä 3D-perusmuotoja kutsutaan objektiprimitiivit. Sen jälkeen primitiivit mallinnetaan, muotoillaan ja manipuloidaan mihin tahansa esineeseen, jonka taiteilija yrittää luoda.
- kasvot: Monikulmiomallin määrittävä ominaisuus on, että (toisin kuin NURBS-pinnat) monikulmioverkot fasettiTämä tarkoittaa, että 3D-mallin pinta koostuu sadoista tai tuhansista geometrisista tasoista.
- reunat: Reuna on mikä tahansa piste 3D-mallin pinnalla, jossa kaksi monikulmion pintaa kohtaavat.
- kärjet: Kolmen tai useamman reunan leikkauskohtaa kutsutaan kärjeksi (pl. kärjet). Pisteiden manipulointi x-, y- ja z-akseleilla (kutsutaan hellästi «työnnä ja vedä vertsiksi») on yleisin tekniikka monikulmion muodostamiseksi lopulliseen muotoonsa perinteisissä mallinnuspaketeissa, kuten Maya, 3Ds Max jne. .
Tekniikat ovat hyvin erilaisia veistosovelluksissa, kuten ZBrush tai Mudbox.
Tekstuurit ja varjostimet
Ilman tekstuureja ja varjostimia 3D-malli ei näyttäisi siltä. Itse asiassa et pystyisi näkemään sitä ollenkaan. Vaikka tekstuureilla ja varjostimilla ei ole mitään tekemistä 3D-mallin yleisen muodon kanssa, niillä on kaikki tekemistä visuaalisen ulkonäön kanssa.
- varjostimet: Luukku on 3D-malliin sovellettavia ohjeita, jotka kertovat tietokoneelle, kuinka se näytetään. Vaikka varjoverkot voidaan koodata manuaalisesti, useimmissa 3D-ohjelmistopaketeissa on työkaluja, joiden avulla taiteilija voi säätää shader-parametreja helposti. Näiden työkalujen avulla taiteilija voi hallita tapaa, jolla mallin pinta on vuorovaikutuksessa valon kanssa, mukaan lukien opasiteetti, heijastavuus, heijastavat kohokohdat (kiilto) ja kymmeniä muita.
- tekstuurit: Tekstuurit vaikuttavat myös suuresti mallin visuaaliseen ulkonäköön. Tekstuurit ovat kaksiulotteisia kuvatiedostoja, jotka kartoitetaan mallin 3D-pinnalle prosessilla, joka tunnetaan nimellä tekstuurikartoitus. Tekstuurit voivat olla monimutkaisia yksinkertaisista yksivärisistä tekstuureista täysin fotorealistisiin pintayksityiskohtiin.
Tekstuurit ja varjostukset ovat tärkeä osa tietokonegrafiikkaa, ja varjostusverkkojen kirjoittaminen tai pintakuviokarttojen kehittäminen on sinänsä erikoisuus. Tekstuuri- ja varjostajataiteilijat ovat yhtä tärkeitä elokuvan tai kuvan yleisilmeessä kuin mallintajat tai animaattorit.