3D-modellen zijn een van de essentiële bouwstenen van 3D-computergraphics. Zonder hen zou er geen computeranimatie zijn – geen ‘Toy Story’, geen ‘Wall-E’, geen grote groene boeman. Er zou ook geen 3D-gaming zijn, en autoreclames zouden er niet zo goed uitzien als tegenwoordig. Elk object, personage en elke omgeving in elke computergeanimeerde film of 3D-videogame bestaat uit 3D-modellen. In deze gids splitsen we de belangrijkste componenten van een 3D-model op, met uitleg over vlakken, randen, hoekpunten en meer.
Wat is een 3D-model?
Een 3D-model is een wiskundige weergave van elk driedimensionaal object (echt of ingebeeld) in een 3D-softwareomgeving. In tegenstelling tot een 2D-afbeelding kunnen 3D-modellen in gespecialiseerde softwaresuites vanuit elke hoek worden bekeken, waar ze kunnen worden geschaald, geroteerd of vrij gewijzigd. Het proces van het maken en vormgeven van een 3D-model staat bekend als 3D-modellering.
Soorten 3D-modellen
In de film- en game-industrie worden twee primaire typen 3D-modellen gebruikt. Het duidelijkste verschil tussen beide is de manier waarop ze zijn gemaakt en gemanipuleerd (er zijn ook verschillen in de onderliggende wiskunde, maar dat is minder belangrijk voor de eindgebruiker).
NURBS-oppervlak
Een niet-uniforme rationale B-spline, of NURBS, is een glad oppervlakmodel dat is gemaakt door het gebruik van Bezier-curven (zie het als een 3D-versie van de MS Paint-pentool). Om een NURBS-oppervlak te vormen, tekent de kunstenaar twee of meer curven in een 3D-ruimte, die worden gemanipuleerd door bewegende handgrepen, control vertices (CV’s) genaamd, langs de x-, y- of z-as. De softwaretoepassing interpoleert de ruimte tussen curven en creëert een vloeiende mesh ertussen. NURBS-oppervlakken hebben het hoogste niveau van wiskundige precisie en worden het meest gebruikt bij modellering voor engineering en auto-ontwerp.
Veelhoekig model
Veelhoekige modellen, of ‘meshes’ zoals ze vaak worden genoemd, zijn de meest voorkomende vorm van 3D-modellen in de animatie-, film- en game-industrie, en dit is het soort waarop we ons in de rest van het artikel zullen concentreren. .
De componenten van een veelhoekig model
Bij goede modellering zijn polygonen ofwel vierzijdig (quads—de norm in karakter/organische modellering) of driezijdig (tris– vaker gebruikt bij het modelleren van games). Goede modelbouwers 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 heet de poly-telling, terwijl polygoondichtheid wordt genoemd oplossing. De beste 3D-modellen hebben een hoge resolutie waar meer detail nodig is, zoals de handen of het gezicht van een personage, en een lage resolutie in gebieden met weinig detail van de mesh. Meestal geldt: hoe hoger de algehele resolutie van een model, hoe vloeiender het eruitziet in een uiteindelijke weergave. Meshes met een lagere resolutie zien er boxy uit (onthoud: Mario 64?). Veelhoekige modellen lijken erg 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 meeste complexe 3D-modellen als een eenvoudige geometrische vorm, zoals een kubus, bol of cilinder. Deze basis 3D-vormen heten object primitieven. De primitieven worden vervolgens gemodelleerd, gevormd en gemanipuleerd tot welk object dan ook dat de kunstenaar probeert te creëren.
- Gezichten: Het bepalende kenmerk van een veelhoekig model is dat (in tegenstelling tot NURBS-oppervlakken) veelhoekige mazen gefacetteerd, wat betekent dat het oppervlak van het 3D-model bestaat uit honderden of duizenden geometrische vlakken.
- Randen: Een rand is elk 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 (liefkozend aangeduid als “duwen en trekken verts”) is de meest gebruikelijke techniek om een veelhoekige mesh in zijn uiteindelijke vorm te vormen in traditionele modelleringspakketten zoals Maya, 3Ds Max , enz.
Technieken zijn heel, heel verschillend in beeldhouwtoepassingen zoals ZBrush of Mudbox.
Texturen en shaders
Zonder texturen en shaders zou een 3D-model er niet uitzien. Sterker nog, je zou het helemaal niet kunnen zien. Hoewel texturen en shaders niets te maken hebben met de algehele vorm van een 3D-model, hebben ze alles te maken met het visuele uiterlijk.
- Shaders: Een arcering is een reeks instructies die op een 3D-model wordt toegepast en die de computer laat weten hoe het moet worden weergegeven. Hoewel schaduwnetwerken handmatig kunnen worden gecodeerd, hebben de meeste 3D-softwarepakketten tools waarmee de artiest de shader-parameters met groot gemak kan aanpassen. Met behulp van deze tools kan de kunstenaar de manier waarop het oppervlak van het model interageert met licht bepalen, inclusief ondoorzichtigheid, reflectiviteit, spiegelende highlights (glans) en tientallen andere.
- texturen: Texturen dragen ook in hoge mate bij aan de visuele uitstraling van een model. Texturen zijn tweedimensionale afbeeldingsbestanden die op het 3D-oppervlak van het model worden afgebeeld via een proces dat bekend staat als textuurtoewijzing. Texturen kunnen in complexiteit variëren van eenvoudige effen kleurtexturen tot volledig fotorealistische oppervlaktedetails.
Texturing en shading zijn een belangrijk aspect van de pijplijn van computergraphics, en goed worden in het schrijven van shader-netwerken of het ontwikkelen van texture maps is een specialiteit op zich. Textuur- en shader-artiesten zijn net zo instrumenteel in het algehele uiterlijk van een film of afbeelding als modelbouwers of animators.