Моделирование объектов способы моделирования

Моделирование объектов

Написано с участием Игоря Катричека katrichek@gmail.com

Введение

4-Д объем, его проекции и интерпретация должны быть согласованы друг с другом. Для того, чтобы понять, как с их помощью можно смоделировать то, что мы обычно понимаем под объектом, рассмотрим наше представление об объекте.

Объект можно определить тремя способами:

1. Как объем, заключенный внутри поверхности.
2. Как результат синтеза конструкции: поселок как объект есть синтез домов поселка.
3. Как результат анализа конструкции: антенна есть часть комплекса наведения ракет.

Объект как объем

Объект в сознании субъекта не есть статичная замершая картинка. Объект движется, изменяется. Но начнем мы по традиции со статичного объекта.

Обычно мы представляем себе 3-Д объект так: поверхность и что-то неизвестное внутри нее. Возможность представлять себе поверхность 3-Д объема обусловлена нашим стереоскопичным зрением. Мы имеем два глаза, способные построить стереопару, и специальный алгоритм обработки. В практических задачах моделирования поверхностей строят столько проекций, сколько требуется. Количество проекций определяет способность различать детали поверхности. Современные методы позволяют моделировать поверхности при помощи векторов (фактически, дельт), что сильно экономит ресурсы.

Для создания представления о динамике поверхности, мы сравниваем стереопары, разделенные во времени. Мы можем увеличивать или уменьшать время между съемками, проявляя детали, или, наоборот, обобщая наше представление. Современные фильмы демонстрируют нам этот способ моделирования поверхностей. В какой-то момент времени сюжет останавливается, и камера начинает двигаться по сцене, меняя угол обзора (строятся разные проекции одной поверхности).

В проекционном моделировании такого рода конструкция может быть смоделирована следующими способами:

1. При помощи временной структуры, состоящей из «конечного» числа временных конструкций, каждую из которых можно трактовать как переход объекта из одного положения в следующее. При этом для обеспечения связанности между положениями, конечное положение одного перехода совпадает с начальным положением другого перехода.
2. При помощи временной структуры, состоящей из «конечного» количества временных интервалов, каждый из которых можно трактовать как положение объекта. При этом для обеспечения связанности между положениями, последовательность положений определена последовательностью интервалов во времени.
3. При помощи временной субстанции, состоящей из «бесконечного» количества временных конструкций, каждую из которых можно трактовать как переход объекта из одного положения в следующее. При этом для обеспечения связанности между положениями, конечное положение одного перехода совпадает с начальным положением другого перехода.
4. При помощи временной субстанции, состоящей из «бесконечного» количества временных интервалов, каждый из которых можно трактовать как положение объекта. При этом для обеспечения связанности между положениями, последовательность положений определена последовательностью интервалов во времени.

В главе, посвященной моделированию функций, мы увидим, что два последних способа — это способы моделирования функции. Фактически, таким способом мы определили функцию существования объекта.

Объект как результат синтеза или результат анализа

Объект можно синтезировать на основе представления о структуре. Например, можно сказать: это множество домов называется поселком. Моделирование такого объекта сводится к моделированию конструкции. Или можно сказать, что антенна — это часть установки по обнаружению целей. Как моделировать такое определение объекта, я пока не знаю.

Получается, что существуют критерии выделения объекта. Мы выбираем его на основании удовлетворения одному или нескольким критериям:

1. Узнаваемость формы
2. Узнаваемость состава или конструкции
3. Сохранения места в конструкции

Связь между объектом, его конструкцией и конструкцией, в которою он включен

Объект как объем связан с объектом как конструкция только в сознании у субъекта. Когда мы говорим: «объект и его конструкция», мы связываем эти два представления только тем, что нам кажется, что такая конструкция объясняет свойства объекта как объема. Объективной связи между объектом, конструкцией и конструкцией, частью которой является объект, нет.

Предубеждения

Для моделирования объектов надо преодолеть два предубеждения. Первое — это то, что объект реален, потому что его вещественный состав постоянен. Достаточно вспомнить такой объект, как пожарный шланг, по которому протекает вода, чтобы понять, что это не так. Но шланг с водой имеет узнаваемую форму. Второе предубеждение — мы думаем, что объекты должны быть плотными и непрерывными. Под плотностью я понимаю невозможность двух объектов быть в одном месте пространства. Но, как газы смешиваются, так и объекты — тоже смешиваются. Объекты могут быть прозрачными друг для друга. Непрерывность связана с идеей о том, что объект должен плавно перемещаться в пространстве. Преодолеть это предубеждение несколько сложнее, чем согласиться с тем, что состав объекта может меняться. Но представьте себе, что стала возможна телепортация, и объект стал иметь разрывы. Разрывы нужны для моделирования таких объектов, как директор предприятия. Этот объект рвется, когда происходит смена руководства.

Источник

Виды моделирования. Основы скульптинга, ретопологии и развертки

В этой статье мы поговорим про скульптинг, ретопологию и развертку. Но сначала нужно определиться с целью. Что мы будем моделировать, и каким способом?

Предположим, что мы решили создавать персонажа для игры, но что если это будет окружение, архитектура или что-то еще? Сначала нужно узнать какие бывают способы моделирования и понять какой нам больше подходит.

Способы моделирования

1. Полигональное моделирование

Это, наверное, самый популярный способ разработки 3D модели. Суть заключается в создании и редактировании сетки из полигонов, которые состоят из вершин и ребер. Нажимая на левую клавишу мыши мы создаем новую вершину, которая соединяется ребром.

Такой процесс моделирования можно представить как форму, например, лица, покрытую прямоугольниками с разной степенью перспективного искажения.

Говоря простым языком: «Мы создаем сетку, которая состоит из примитивных фигур (примитивов)». В результате получается многогранник. Чтобы лучше ассоциировать, можно вспомнить как в фильмах и анимации много маленьких роботов превращались в одного большого. Так же и с полигональным моделированием. Много примитивов составляют одну большую модель.

Кстати, чаще всего у полигона четыре грани, но бывает и три. Примитивы с тремя гранями используются только в определенных случаях, а вот больше четырех граней быть не может. Привязки к реальным единицам измерения нет, поэтому модель получается неточной. Соответственно, такой способ не подходит для моделирования каких-то деталей или архитектурных проектов, где важен каждый миллиметр.

Вы просто передвигаете вершину, ребро или весь полигон, ориентируясь на внешний вид. Полигональное моделирование хорошо подойдет, если вы моделируете художественную вещь, и вам не важны точные размеры. Это может быть персонаж, локация уровня игры или животное.

2. NURBS моделирование

Основное отличие этого способа от полигонального моделирования в плавности. NURBS модель состоит не из полигонов, а из кривых (сплайнов), однако при визуализации все равно преобразуется в полигоны, хотя внутри системы моделирования остается в кривых. Используется для создания плавных органических форм и моделей.

Допустим, нужно представить сложную трехмерную поверхность природного происхождения. Ее можно описывать вершинами и разбивать на примитивы, но на это уйдет много времени, а изменять кривизну поверхности в полигонах будет просто не удобно. В таких случаях как раз и применим способ NURBS моделирования.

3. Точное моделирование в Сапрах

В этом способе модель задается математическими формулами, поэтому поверхность модели будет абсолютно гладкая при любом приближении, а настроить ее можно с точностью до миллиметра.

Используется, когда важна точность, а не художественная выразительность. Чисто теоретически, таким способом можно создать персонажа, но но это займет огромное количество времени и усилий, в отличие от полигонального моделирования и скульптинга.

Про полигоны

Возвращаемся к полигона. Почему в каких-то моделях их больше, а в каких-то меньше?

Дело в том, что модели делятся по количеству полигонов:

• Hi-poly — большое количество полигонов (примерно, 1 — 3 миллиона).
• Mid-poly — среднее количество полигонов.
• Low-poly — малое количество полигонов (примерно 5 — 10 тысяч).

Соответственно чем больше полигонов, тем более детализирована модель, но требует больше ресурсов. Таким образом hi-poly — самая детализированная.

В играх на ПК и консоли чаще всего используют mid-poly, иногда hi-poly (в AAA проектах), а в мобильных играх low poly.

Скульптинг

Приступаем к части моделирования под названием «Скульптинг». Это первый 3D этап в создании персонаж. В нем персонаж лепится как из глины, отсюда и название. На этом этапе можно окунуться в творчество и лепить не задумываясь о полигонах. А их будет много. Не волнуйтесь, позже все это дело мы упростим. Кстати, для обучения скульптингу хорошо бы приобрести графический планшет.

И так, плавно переходим к основной теме статьи. Но я ничего же не сказал про программы. Предлагаю взять Zbrush для скульптинга и 3D Coat для ретопологии и развертки. Первым делом нужно запустить Zbrush. Мы попадаем в основной экран программы. Сначала нам нужно создать сферу.

Во вкладке Tool, которая находится в правой части экрана, выбираем пункт «Sphere3D». Вытягиваем сферу в рабочей области нажатием лкм.

Для перемещения используем горячие клавиши:

• лкм — вращение.
• лкм + alt — перемещение.
• ctrl + пкм — приближение.

Нажимаем «Load Next User Interface Layout».

Появляется панель с кистями. Для редактирования сферы нажимаем «Edit».

Чтобы не получать такое сообщение нужно нажать «Make PolyMesh 3D » в панели Tool.

Теперь можно скульптить. Осталось только включить симметрию на клавишу «X». При нажатии на alt кисть начинает работать в обратную сторону. Если кисть выдавливала, то наоборот будет вдавливать. Для ушей, глаз, носа лучше всего создавать отдельные сферы и скульптить их отдельно. Со временем сетка будет меняться и понадобится пересчитать полигоны. Для этого во вкладке Geometry нужно нажать DynaMesh.

Если работать только с одной сферой, то вся детализация сойдет на нет при пересчете полигонов. Так что лучше делать это отдельными объектами, а под конец работы объединить.

Если нет идей для скульптинга, можно зайти на artstation.com и найти понравившуюся работу. Можно найти концепт-арты, добавить Zbrush и использовать как референс для тренировки.

В процессе работы над моделью может понадобиться инструмент «маска». Применить его можно нажав на ctrl. Маска — это область на которую не реагирует кисть. Таким образом можно лепить много чего интересного.

Под конец работы над моделью получится примерно 1 — 3 миллиона полигонов. Такую модель будет сложно открыть в другой программе, поэтому нужно сократить количество полигонов. Для этого во вкладке Zplugin выберем пункт «Decimation Master» и нажмем на Pre-process All. Zbrush запустит процесс и сократит количество полигонов.

Готовую модель можно вывести в формате obj. Его кушают практически все редакторы. Сохранить можно нажав на «Export» в панели Tool.

Ретопология

После скульптинга у нас появится файл с моделью в расширении .obj. Открываем 3D Coat и перетаскиваем туда файл.

В нашей модели еще достаточно много полигонов. Чтобы упростить нужно как бы покрыть модель полигонами вручную, сохраняя форму. Это и есть процесс ретопологии. Чтобы приступить, нужно перейти во вкладку Retopology. Тут нам нужно фактически вручную рисовать полигоны. Вот пример того, как они должны располагаться.

Вокруг глаз и рта полигоны выстраиваем кругом. На месте сгибов добавляем больше полигонов, а на неподвижных частях полигоны могут быть большие и в малом количестве, например, на затылке и лбе.

Развертка

Развертка или UV mapping очень важный процесс в разработке модели. На этом этапе мы уже подготавливаем модель к текстурированию.В чем суть? Представьте картонную коробку, которую разложили на плоскости. Коробку разобрали и теперь она в виде одного листа картона. Так же и с нашей моделью, мы разложили ее в 2D пространстве.

Нажимаем на вкладку uv mapping. 3D Coat показывает развертку модели на данный момент. Синим и красным цветом отмечены артефакты. Чтобы текстура без проблем ложилась на модель нужно, чтобы во вкладке UV Preview был только серый цвет. Как это сделать? На shift + лкм нужно удалить ненужные швы так, чтобы модель разделилась на части. UV развертка нужна для удобства текстурирования и экономии ресурсов.

После того, как на модели не останется артефактов нужно нажать упаковать UV, а потом применить UV раскладку. Поздравляю, модель окончательно готова к анимации и текстурированию.

Источник