3D моделирането намира все по-голямо приложение в съвременния ни свят. Както може би някои от вас вече знаят 3D моделите са главните градивни елементи на компютърната графика.
Благодарение на тях сега разполагаме с компютърни анимации, видео игри и филми със специални ефекти, каквито ще откриете в “Трансформърс” и “Аватар”.
Освен при създаването на филми, компютърните анимации се използват и при реклами на автомобили. Освен за анимации, 3D моделите се използват и за създаване на графики за видео игри и структурни рендери.
Какво е 3D модел?
За тези от вас, които не знаят, един 3D модел представлява математическо представяне на всеки триизмерен обект, който може да бъде реален или въображаем в 3D софтуерна среда.
Художник обработва точки във виртуалното пространство, които се наричат върхове, като използва за тази цел специализиран софтуер. По този начин от върховете се образува мрежа, която съответно формира триизмерни обекти.
Един 3D модел е съставен от релационна и геометрична информация, като тази информация се съхранява под формата на многоъгълници (наречени още полигони в сферата на 3D моделирането).
Казано с други думи, 3D моделите са сложни геометрични фигури, които притежават стотици полигонални лица с малки размери. Хората, които създават модели се наричат моделисти, художници или проектанти.
Предимството на 3D моделите пред 2D моделите е това, че могат да бъдат гледани в специализирани софтуерни пакети от всякакъв ъгъл. В тях те могат да бъдат завъртяни, мащабирани или модифицирани по желан от нас начин.
Всички процеси, които влизат в създаването и обработката на 3D модел се наричат – 3D моделиране.
Съществува голям брой софтуери за 3D моделиране, от които най-известните са :
- AutoCAD
- ZBrush
- ZBrush
- 3D Coat
- Mudbox
- 3DS Max
- Autodesk Maya
- Lightwave
- Blender
- Cinema 4D
- 3D Slicer
- Meshmixer и много други
Нека да разгледаме и основните видове 3D модели.
Кои са основните видове 3D модели и характерните им особености?
Съществуват четири основни вида 3D модели и те се прилагат във филмовата индустрия и при създаването на игри. Различават се един от друг по начина, по който се създават и обработват, както и в математическото им представяне.
Многоъгълници (полигонални модели)
Полигоналните модели, които се наричат още “мрежи”. Те са най-известният вид 3D модели и имат широко приложение в създаването на филми, анимации, видео игри. Също както и геометричните фигури този вид 3D модели се състоят от ръбове, лица и върхове.
Многоъгълниците биват тристранни или четиристранни. Тристранните многоъгълници (познати също като “Tris”) се използват най-често при създаване на игри, а пък четиристранните се използват обикновено за органично моделиране.
Изграждането на мащабни форми от многоъгълници е ефективен метод за създаване растерни графики, които са нужни на триизмерните игри в реално време.
При създаване на 3D модели, професионалните моделисти се стараят да поддържат възможно най-малък брой полигони за зададената форма.
Триизмерните обекти са изградени от мрежи от многоъгълници и техният брой се нарича “поли”(число). Многоъгълниците имат плътност, която се нарича “разделителна способност”.
Добре направените 3D модели имат висока разделителна способност, тъй като с нейна помощ се постига висока детайлност на изработката. Високата детайлност е важен фактор при изобразяване на области, където детайлите са от значение, като например лицето или ръцетe на даден персонаж.
Но 3D моделите също така имат ниска резолюция на тези места, където се изисква ниска детайлност на мрежата, тъй като няма нужда от визуализиране на всички детайли на моделирания обект.
По правило по-високата обща разделителна способност на даден модел означава, че готовият обект ще се характеризира с гладка повърхност.
Интересен факт е, че 2D геометричните форми на многоъгълниците имат широко приложение при създаването на видео игри чрез 3D технология.
Сплайнови криви
NURBS Surface – неравномерен рационален b-сплайн (NURBS повърхност)
NURBS представлява модел на гладка повърхност, който е създаден чрез криви на Bezier. При създаването на NURBS повърхност задачата на художника е да нарисува две или повече криви в 3D пространство. Тези криви могат да се променят чрез така наречените контролни върхове (CV) по осите x, y и z.
Софтуерното приложение, което се използва за този вид 3D модел, създава гладка мрежа между кривите чрез интерполиране на пространството.
NURBS повърхностите се характеризират с голяма математическа точност и поради тази причина се прилагат най-често при инженерни проекти и създаване на автомобилен дизайн.
Геометрични/обективни примитиви
Геометричните примитиви са основни 3D форми и се явяват базата на повечето сложни 3D модели. В началото те са обикновени геометрични фигури като – куб, цилиндър или сфера. Примитивите се оформят, моделират и манипулират във всеки вид обект, който е зададен на моделиста.
3D моделиране на полигонални модели
При 3D моделиране на полигонални модели е важно моделите да бъдат конструирани чрез Quads и Tris.
Tris (triangles)
Tris е краткото наименование на обикновен полигон с три страни, наречен също триъгълен полигон. Той разполага с точно три върха и три ъгъла, където се пресичат неговите оси. Триъгълните полигони са най-малката форма, която е нужна за създаването на полигонално лице.
Quads (quadrangles)
Quads е наименованието за квадратен или правоъгълен полигон. Той представлява четиристранен полигон и има точно четири ъгъла и четири върха свързани помежду си. Четиристранният полигон е най-предпочитаният вид полигон при създаване на дигитални модели.
Някои художници предпочитат да създават 3D моделите си изцяло от квадратни полигони, тъй като това им помага да създадат модели изградени от по-сложни мрежи.
N-Gons
N-Gon е полигон с повече от четири върха и четири ъгли. Поради геометричните си особености N-Gon полигон може да бъде разделен на триъгълници и правоъгълници поотделно или в комбинации от две фигури – триъгълник и правоъгълник. Това съответно позволява да бъдат премахвани фигури на желаните места.
Въпреки че с тях може да се прави бързо 3D моделиране, обикновено се препоръчва N-Gon полигоните да се избягват, тъй като създават неподходяща топология, дори при плоски зони и създават проблеми при процеса на деформация на модела.
Също така N-Gon полигоните нарушават организацията на топологията и създават неравномерно свързване на ръбовете на полигоните изграждащи модела. Този вид полигони не се подразделят по желания равномерен и прецизен начин за разлика от Quads и Tris полигоните.
Моделирането с полигони N-Gons също така прави маркирането на вериги от върхове по-трудно. И като резултат имаме странно рендиране и артефакти, които са трудни или почти невъзможни за почистване.
Кое от трите е най-добре да се използва и защо?
Тристранните (Tris) и четиристранните (Quad) полигони са за предпочитане пред тези с повече от четири страни, тъй като те се подразделят по-прецизно и равномерно и при тях няма такъв риск да получим по-различен резултат от този, който искаме.
Ако трябва да сравним Tris със Quads, може би Quads се представят по-добре при създаване на 3D модели за анимации. Това е така, защото правоъгълните полигони могат да формират вериги и когато обработвате дадения модел при почти всички видове софтуери можете да изберете цяла верига от Quad полигони.
Също така, когато става въпрос за създаване на 3D модели на човешки лица, при използване на Quads вместо Tris се получава по-добър резултат след деформация на модела.
Друга причина е фактът, че не всички видове 3D софтуери могат да работят с N-Gons. При някои можем да получим системни предупреждения, когато искаме да импортираме модел, в който има N-Gons, тъй като ще се получи нежелан резултат.
Така че е по-добре да не добавяме изобщо N-gon полигони в 3D моделите си. Ако пък сте добавили N-Gons към даден модел, то има лесен начин да ги откриете.
Специализираните 3D софтуери разполагат с опция за локализиране на N-Gons. След като вашият софтуер открие N-Gon полигони, може да му се зададе да ги конвертира в Quads или Tris полигони.
