Триизмерното моделиране е техника, която се имплементира успешно в компютърната графика за производството на 3D цифрово представяне на обекти или повърхности. Художник използва специален софтуер за манипулиране на точки във виртуалното пространство, които се наричат върхове, за да образува мрежа, която е колекция от върхове, образуващи обекти.
Тези обекти съответно могат да бъдат генерирани автоматично или да бъдат създадени ръчно чрез деформиране на мрежата или по други манипулационни начини. За по-доброто овладяване на общата употреба на термина обаче, е хубаво да се знае какво точно значи думата ‚‘‘ моделиране ‘‘.
Това е за цел да бъдат възприети основните му принципи, тъй като те имат много по-широко значение от обикновено. Също така 3D моделите се използват за различни среди, включително видео игри, филми, архитектура, илюстрация, инженерството и търговските реклами. Типичен пример за технологията можем да дадем с известният филм „ Avatar ’’, където се използват много от концепциите на 3D моделирането, за да се създаде света на Пандора.
Същност на 3D моделирането
Процесът на 3D моделирането представлява, произвеждането на цифров обект, който е напълно способен да бъде анимиран, което го прави съществена технология за анимация на персонажи и специални ефекти. Ядрото на модела е мрежата, която най-добре се описва, като колекция от точки в пространството.
Тези точки пък се картографират в триизмерни решетки и се съединяват, като многоъгълни форми, обикновено триъгълници или четириъгълници. Всяка точка или връх има свое собствено положение върху решетката и чрез комбиниране на тези точки във форми се създава повърхността на обект.
Моделите често се изнасят в друг софтуер за използване в игри или филми. Но някои програми за 3D моделиране позволяват, създаването на 2D изображение с помощта на процес, наречен триизмерна визуализация. Тази техника е фантастична за създаването на хиперреалистични сцени, използвайки сложни алгоритми за осветление.
Приложение и функционалност на 3D моделирането
Моделирането е използването на специален софтуер, пригоден специфично за създаването на виртуален триизмерен модел на някакъв физически обект. Тази технология се използва и заема застъпило приложение в много различни световни индустрии, като виртуалната реалност, видео игрите, 3D принтирането, маркетинга, филми, научните и медицинските практики и включително при компютърното проектиране и производство на CAD/CAM.
3D софтуерът за моделиране посредством генерира модел чрез различните си инструменти на разположение и подходи.
Като те са основно четири вида :
- Многоъгълници
- Геометрични примитиви
- Сплайнови криви
- NURBS ( неравномерен рационален b-сплайн )
Също важно нещо, което трябва да отбележим е, че 2D геометричните форми на многоъгълника се използват широко в ефектите на движеща се картина и в 3D изкуството за видеоигри. Създаването на мащабни форми, направени чрез многоъгълници е много по-ефективен метод в растерните графики, които са най-необходими за триизмерните игри в реално време.
Ниво на трудност
Този тип моделиране е доста забавен, но и същевременно изключително труден метод за изпълнение. За разлика от многото области на графичното изкуство, 3D моделирането има съществена крива на обучение и включва овладяването на доста сложни специализирани софтуери.
Начинаещите в тази сфера може бързо да се откажат от идеята си за развитие в този сектор, поради факта че времето нужно за усвояването на тази технология е доста дълго. Но с търпение, както се казва всичко се постига и в зависимост от упоритостта им ще могат да се научат да създават анимации, структурни рендери и графики за видеоигри. Също така софтуерът който ще изберат е от доста важно значение.
Видове софтуери
Както споменахме вече хиляди пъти софтуерът е неизменна част, като дори е най-важната съставка към успешната работа с 3D моделирането. Той позволява да проектирате основни триизмерни модели, независимо дали те са герои или просто обекти.
Пълнофункционалните програми предоставят необходимите инструменти за работа, за да разгърнете ефикасно вашите дизайни с реалистични детайли. На пазарите преобладават доста платформи за този процес, които са забележителни сами по себе си, както по ниво на трудност, така и по функционалност. Едни от тях са следните няколко вида:
AutoCAD
Този професионален търговски софтуер съществува още от 1982 г. и правеше 3D много преди да стане изобщо популярен. Също така той се счита за златен стандарт от много дизайнери. Предлага се за операционните системи на Windows и macOS.
ZBrush
Тази програма е собственост на фирмата Pixologic и включва техники за извайване на глина в своя софтуер на професионално ниво. Процесът отнема много часове за овладяване, така че не е препоръчителен за начинаещи. Същите разработчици произвеждат и Sculptris, което е подобно, но по-елементарно безплатно приложение за триизмерно моделиране, напълно подходящо за новопостъпилите в сектора.
3DS Max
Собственост на Autodesk, софтуерът е популярен сред разработчиците на видео игри и художниците с визуални ефекти. Въпреки че може да се справи с анимация и инженеринг, функциите на програмата изискват да бъдат задълбочено заучени, за да бъдат овладени максимално. Освен това 3DS Max работи с Windows.
Геометрична теория
Изобретяването на Декартовата координативна система през 17-ти век направи съществена революция в математиката, като предостави първата връзка между Евклидовата геометрия и алгебрата. Математическият клон предимно се занимава със свойствата и отношенията на точки, линии, повърхности, твърди частици и аналози с по-големи размери.
Тази система от своя страна служи точно, за да уточни, че всяка точка в равнината може да бъде представена с двойка координати, които съответно се намират в двете оси х и у. В компютърната графика много приложения трябва да променят или манипулират картина, например, като променят нейният размер, позиция или ориентация. Това съответно може да се изпълни точно благодарение на Геометричната теория.
Освен това Геометричната теория е неизменна част от моделирането на триизмерни обекти. Тя се върти главно около създаването и редактирането на тези обекти, като има множество различни елементи, които влизат в този процес – върхове, ръбове, многоъгълници, мрежи стандартни примитиви и много други.
Характеристика на теорията
В 3D компютърната графика Полигоналното моделиране е подход за моделиране на обекти чрез представяне или сближаване на техните повърхности с помощта на многоъгълни мрежи. Това моделиране е напълно подходящо за Рендъринг. Основният обект, използван при мрежовото моделиране е върха, който съответно е точка в триизмерното пространство.
Два върха свързани с права линия стават ръб, а три върха свързани помежду си с три ръба, образуват триъгълник който е най-простият многоъгълник в евклидовото пространство. По-сложните такива могат да бъдат създадени от повече върхове. Също така многоъгълниците, свързани помежду си чрез споделени върхове, обикновено се наричат елементи. Всеки един от тях, съставящ елемент се нарича лице.
В евклидовата геометрия всички три неколинеарни точки определят равнина, но това обаче не е вярно за по-сложните многоъгълници. Много програми за моделиране не прилагат стриктно геометричната теория, например възможно е два върха да съществуват на едни и същи пространствени координати или две лица да съществуват на едно и също място. Тези ситуации обикновено не са желателни и много от приложенията поддържат функция за автоматично почистване. Ако някои не притежават тази опция, то тогава ще бъде нужно грешките да бъдат изтрити ръчно.
От друга страна мрежа наричаме група от многоъгълници, които са свързани от споделени върхове. За да изглежда мрежата привлекателна при рендиране желателно е тя да не се пресича, което означава, че никой ръб не бива да преминава през многоъгълника. Въпреки че се изграждат ръчно в голям процент от случаите, специалистите използват специални инструменти за тази цел. Те съответно се разделят на два вида – Box Modeling и Extrusion Modeling.
Box Modeling
Този вид моделиране използва основно два прости инструмента. Единият притежава способност да разделя лицата и ръбовете на по-малки парчета, добавяйки нови върхове. За по- ясна представа можем да дадем квадрат който да бъде разделен чрез добавяне на един връх в центъра и един на всеки ръб, създавайки по този начин четири по-малки квадрата.
Инструмента за екструдиране тук се прилага единствено върху лице или група от лица. Той създава новото лице съответно със същия размер и форма, което е свързано с всеки от съществуващите ръбове. По този начин екструдирането върху лицето би създало куб, свързан с повърхността на мястото на образа.
Extrusion Modeling
Вторият общ метод за моделиране понякога може да бъде срещнат под наименованието ‚‘‘Inflation Modeling ’’. При него потребителят създава 2D форма, която проследява очертанията на обект от снимка или рисунка. След това се използва второ изображение на предмета, но този път от различен ъгъл.
Това е за цел формата му да се екструдира в 3D, следвайки очертанията му. Този метод е особено често срещан при създаването на лица и глави. Като цяло работникът ще моделира половината от главата на дадения предмет или фигура и след това ще дублира върховете, за да обърне местоположението им спрямо някаква равнина и ще свърже двете части заедно. Това от своя страна гарантира, че моделът ще бъде симетричен.
Предимства и недостатъци на геометричната теория
За основно предимство на геометричната теория може да се отбележи, факта че многоъгълниците са доста по-бързи за разлика от другите елементи, използвани по време на реализирането на моделирането. Но въпреки това съществуват и множество недостатъци, свързани с използването на многоъгълниците.
Те не са в състояние да представят извити повърхности, така че голям брой от тях трябва да се използват за приближаване на кривите. Също така, използвайки по-сложни модели скоростта на процеса сериозно намалява. Често пъти програмистите се справят с този проблем, използвайки множество модели с различни нива на детайлност, за да представят един и същи обект, намалявайки изобразяването на многоъгълниците.
