Примери за полигонално моделиране в 3ds max. Урок: Просто многоъгълно моделиране на телевизор

Какво е полигонално 3D моделиране и за какво се използва?

Полигоналното 3D моделиране (Polygonal modeling) е неразделна част от нашето ежедневие. Съвременният човек се сблъсква с това почти всеки ден, може би дори без да го осъзнава. Кино, анимация, компютърни игри, виртуална реалност и др. - всичко това са посоки, в които се използва полигонална 3D графика.

С появата на 3D принтерите, полигоналните модели се използват и за 3D печат на обекти.

Поради нарастващата популярност на 3D принтерите и относително по-простото 3D моделиране в сравнение с повърхностни/твърди, форматите на полигонални модели са станали по-използвани от разработчиците на CNC програми за компютърно числово управление (CNC) машини. Основно CNC за дърво, пластмаса и меки метали.

За да имате правилно разбиране на 3D моделирането и правилно да поставите задачата на дизайнера, достатъчно е да знаете няколко основни принципа.

Днес има две основни направления в развитието на 3D моделиране на обекти: многоъгълно и плътно (повърхностно).

Основната посока, в която се използва полигонално 3D моделиране, е 3D графиката. Твърдо състояние/повърхност - Индустриален дизайн.

В зависимост от това какъв краен продукт искате да получите, можете да изберете твърдотелно (повърхностно) 3D моделиране или полигонално моделиране.

Например, ако искате да отпечатате играчка на 3D принтер или да изрежете 3D релеф на дървена картина на фрезова машина, тогава трябва да изберете полигоналния формат на 3D модела. Ако ще пуснете някакъв индустриален продукт, тогава ще трябва да изберете твърдотелен формат. (Вижте раздел "Технологии" Твърдо/повърхностно 3D моделиране).

Разликите между двата формата се крият в принципите на формиране на 3D обект. При полигонално 3D моделиране обектите се изграждат от полигони, при твърдо/повърхностно 3D моделиране обектите се изграждат от геометрични елементи като линии. криви, сплайни и др., като на базата на тези елементи се изграждат различни геометрични фигури.

Многоъгълникът е единичен повърхностен елемент, представен като триъгълник или четириъгълник, който е поставен в триизмерна координатна система. Всъщност полигоналното моделиране е потомък на двуизмерно растерно изображение (добре познат пиксел), но в триизмерна координатна система.

Качеството на полигоналния 3D модел определя броя на полигоните и как ръбовете им пасват заедно. Винаги важи правилото – колкото повече полигони, толкова по-висока е детайлността на полигоналния 3D модел.

При 3D моделиране, с много детайлен полигонален модел, не е много важно да сдвоявате ръбове, ако ще направите този продукт на 3D принтер или на фрезова машина. По правило системите с ЦПУ на машини, които приемат този формат, имат алгоритми, които правят такива грешки в полигоналния 3D модел незначителни.

Многоъгълните модели не се използват за производството на сложни части на металорежещи машини поради невъзможността за обработка на детайла с различни инструменти по време на механична обработка. А това е изключително важно условие, ако се обработва индустриална част. Много е вероятно лицензираният CNC софтуер за съвременни металообработващи машини дори да няма внос на многоъгълни модели.

Така че, ако имате задача да произведете продукт с висока точност, с равномерни отвори, резби и т.н., тогава трябва да изберете повърхностно/твърдотелно 3D моделиране.

Най-разпространеният формат на полигонален 3D модел, възприеман от повечето CNC програми, за формиране на управляващи програми за металорежещи машини е *.STL (Binary).

По-рядко срещани са *.3DS, *.OBJ, *.ASC, *.PLY, *.FCS.

Бихме искали да обърнем внимание на факта, че в момента няма ефективен конвертор за преобразуване на STL в IGS, STP (твърдотелен модел). Всички решения дават посредствен резултат, който не може да се използва без допълнителни модификации на 3D модела.

Преобразуването на полигонален 3D модел от един многоъгълен формат в друг обикновено се извършва чрез повторно запазване на файла на 3D модела в необходимия формат.

Не забравяйте, че правилният избор на формат на данните преди започване на симулацията и правилното поставяне на задачата за изпълнителя на вашата поръчка е основата за получаване на очакваното качество на продукта!

Този урок за моделиране на полигони 3ds Max обхваща най-често използваните 3d операции при използване на модификатора Edit Poly (или Editable Poly). Този метод е чудесен за създаване на почти всеки обект в 3ds Max.

Първо, нека създадем прост примитив Box с пропорциите на истински телевизор.

Фиг. 1. Създаден първоначален 3d примитив - Box

Нека приложим модификатор към нашата кутия EditPoly

фиг.2. Приложен е модификатор EditPoly

С натискане на клавиш F4на клавиатурата в 3ds Max включваме дисплея на ръбовете на нашия многоъгълен модел.

В стека с модификатори отидете на нивото на полигона, за да започнете моделирането. И изберете предния многоъгълник, където ще започнем да създаваме екрана.

фиг.3. Преместен на ниво полигон и избран предния в прозореца за перспектива

Приложете операцията към избрания многоъгълник Вложказа да създадете лице, както е показано на фигурата. Той ще служи като основа за създаване на екрана.

фиг.4. Прилагане на операцията към многоъгълника Вложка

Натиснете получения многоъгълник навътре с командата екструдиране.

фиг.5. Натисна операцията на депото екструдиране

Разделете двойно вградения многоъгълник с операцията Теселат(Подразделяне), като по този начин се увеличава детайлността на предната повърхност за възможността за нейната по-нататъшна деформация. По принцип не се препоръчва да злоупотребявате с тази операция във вашите модели.

фиг.6. Увеличете детайлите на лицето с операцията Теселат

Отидете на нивото на върха и изберете централния връх на екрана.

фиг.7. Избрал се централният връх

Активирайте режима на мек избор Мека селекция(Благодарение на него ще можем да деформираме обекта по-гладко). Обърнете внимание на опциите Falloff и Bubble. изпадаме отговорен за ширината на зоната на улавяне на съседни върхове. балон- за формата на разпределение на тежестите. Засенчването на цветовете ясно показва степента на улавяне.

Сега нека преместим централния връх малко напред, за да направим екрана по-закръглен. Не забравяйте да излезете от режима на мек избор, когато сте готови.

фиг.8. Преместете централния връх малко напред с режим на мек избор

Екранът е готов, сега трябва да подготвим задната стена. Върнете се на нивото на полигона и изберете задната страна.

фиг.9. Избрахте гърба на телевизора

Приложете операцията към избрания многоъгълник скосяване(екструдиране на скосяване).
Височина- количество екструдиране
контур- степен на свиване

фиг.10. Избрахте гърба на телевизора

Екструдирайте задната страна отново с операцията екструдиране.
Височина- количество екструдиране

Помислете за основните компоненти на теорията на полигоналното моделиране.

Четворки срещу трис ин-гончета

И така, каква е разликата между quad, tris и N-gon? Е, четириъгълник е многоъгълник, който има 4 страни, трис е многоъгълник, който има 3 страни, N-ъгълник е многоъгълник, който има повече от 4 страни.

Когато моделирате, най-добре е да се придържате към четириъгълници или четириъгълници. Основно поради факта, че те се изобразяват по-предвидимо, деформират се по-добре в анимацията и текстурите са най-малко изкривени.

Тризите или триъгълниците се използват най-добре там, където са най-малко видими.

Но използването на N-ъгълници е по-добре да се избягва напълно, тъй като те могат да образуват странни артефакти върху рендера и е почти невъзможно да нарисувате кожата с полигони добре по време на такелаж.

Също така в софтуер за дигитално скулптуриране като ZBrush и Mudbox е най-удобно да се работи с модел, състоящ се от четворки.

Радостта на многоъгълниците и тъгата на многоъгълниците

Униформа- геометрия

Еднородната геометрия означава, че по време на процеса на моделиране се опитвате да се придържате към четворки или четворки колкото е възможно повече, като ги поставяте възможно най-равномерно. Ще бъде удоволствие да направите платформа с такава геометрия, тя ще се деформира перфектно при анимация. И докато добрите текстури зависят много от добрите UV лъчи, те ще бъдат изкривени още по-малко, ако геометрията се състои от четворки.

Maya има прекрасен инструмент Sculpt Geometry, който, когато е настроен на режим Relax, може да изглади добре ръбовете.

С инструментскулптура геометрия можете да изгладите краищата

Топология

На пръв поглед местоположението на ръбовете няма значение. Но не е така.

Когато моделирате реалистични герои, си струва да изучавате човешката анатомия. В този случай посоката на ръбовете и топологията трябва да съответстват на разположението на мускулите върху човешкото тяло, което ще създаде по-правилна деформация на геометрията.

В случай на по-анимационни и стилизирани герои има повече място за маневриране, но познанията по анатомия няма да са излишни дори в този случай.

За правилни деформации топологията трябва да е подходяща с необходимите ръбови бримки.

Немногообразенгеометрия

Немногообразната геометрия може да съдържа различни грешки, възникнали по време на процеса на моделиране. Това могат да бъдат висящи ръбове (без лица); ръбове, общи за три или повече лица; нормали на съседни лица, насочени в противоположни посоки; броят на лицата, които се събират в един връх, може да се различава от броя на лицата, произлизащи от този връх и т.н.

Например, създайте куб, изберете един от ръбовете му и изпълнете командата Редактиране на мрежа > Екструдиране. И така, имаме неколективен обект. Ако беше лист хартия, тогава щеше да е гънка, от която трудно ще се отървете. Ако извършите булева операция върху такъв куб, тогава всичко веднага става ясно.

Немногообразната геометрия може да бъде болка, така че се опитайте да я избегнете. Инструментът за почистване, намиращ се в менюто Mesh, ще ви помогне да решите много от проблемите, свързани с геометрията, която не е многообразна.

Немногообразната геометрия може да бъде болка

Всеки ръб трябва да е на мястото си

В идеалния случай започваме процеса на моделиране с обикновен примитив, като куб, към който след това добавяме ръбове, екструдирани и т.н.

В същото време е важно сложността да се поддържа проста, като се добавят детайли само там, където наистина е необходимо. По-малко може да бъде по-добре. С течение на времето ще добиете по-добра представа как да оптимизирате модела, но засега просто продължете да моделирате.

Не правете модела прекалено сложен, добавете детайли само там, където наистина имате нужда от него.

Изследвайте света около вас

Всичко, което се опитваме да пресъздадем програмно, е отражение на неща, които реално съществуват. Затова най-важният съвет ще бъде да изучаваме света около нас.

И това се отнася не само за моделисти, но и за монтажници, аниматори, дизайнери на осветление и т. н. Помислете как работи този или онзи обект, как е осветен, деформиран и т. н. Намирането на отговори на подобни въпроси ще улесни живота много.

Искате ли да знаете повече? Елате при нашите

Въведение в полигоните

Полигоните са един от видовете геометрия, използвани за създаване на 3D модели в Autodesk® Maya®. Освен това Maya има още два вида повърхности - NURBS и йерархични (подразделение).

Полигоните се използват за създаване на много видове 3D модели и се използват широко за проектиране на 3D обекти във филми, видео игри и интернет.

Терминология на полигоните

Многоъгълниците са форми с прави страни (3 или повече страни), дефинирани от точки в 3D пространство ( върхове) и линии, свързващи тези точки (ръб, край)). Вътрешността на многоъгълника се нарича лице. Върховете на ръба и лицето са основните компоненти на многоъгълниците. Можете да избирате и променяте полигони с помощта на основни компоненти.

При създаването на многоъгълни модели най-често се използват тристранни (триъгълници) или четиристранни (четириъгълници). Maya също поддържа многоъгълници с голям брой страни, но те се използват много по-рядко.

Единичен многоъгълник се нарича още лице и се дефинира като площ, ограничена от три или повече върха и съответните им ръбове. Ако много лица са свързани помежду си, тогава такъв обект се нарича многоъгълен. мрежа (многоъгълна мрежа)или многоъгълен обект. Многоъгълна мрежа може да бъде създадена по различни начини. Вижте по-долу за повече информация как да създавате многоъгълни функции.

Обикновено в многоъгълна мрежа върховете и ръбовете се споделят между различни лица. В този случай те се наричат споделени върховеили споделени ръбове.

Многоъгълните мрежи могат да се състоят от несвързани части, които се наричат черупки. Външните ръбове на мрежата се наричат гранични ръбове.

Прилагане на текстура към многоъгълен модел

Полигоналните модели могат да бъдат текстурирани с помощта на UV координати. Вижте отделния урок за работа с текстурни координати за подробности.

Преглед на полигоналното моделиране

Има различни техники за създаване на многоъгълни модели в Maya:

• Примитивите са 3D геометрични форми, които можете да създавате в Maya. Примитивите включват например сфера, куб, цилиндър, конус, равнина и много други. Можете да промените основните атрибути на примитив, за да го направите по-сложен. Можете също да изрежете, екструдирате, слеете или премахнете различни компоненти на примитив, за да промените формата му. Много 3D художници използват примитиви като отправна точка за създаване на модели. Тази техника се нарича моделиране от примитив.
• Отделни полигони могат да бъдат създадени с помощта на инструмента Създаване на многоъгълник. Този инструмент ви позволява да поставите върхове в сцената, които определят формата на многоъгълно лице. Можете също да изрежете или екструдирате лице на многоъгълник, за да добавите нови лица към съществуващо. Тази техника обикновено се използва, ако трябва най-точно да изградите модел по даден контур. Например, можете да използвате описаната техника, ако трябва да изградите сложно 3D лого, като използвате импортирано 2D изображение като справка.
• Полигоните могат да бъдат създадени и чрез трансформиране на съществуващи NURBS или йерархични (подразделящи) повърхности с помощта на менюто Modify.

Многоъгълни нормали

Нормалът е въображаема линия, която е перпендикулярна на повърхността на многоъгълник. В Maya нормалите се използват за определяне на ориентацията на лице на многоъгълно лице (нормални на лицето) или за изчисляване на засенчването на лицето (нормални на върховете).

Нормално лице

Предната страна на многоъгълно лице е представена графично с вектор, перпендикулярен на него, наречен нормален на лицето.

Редът на изброяване на върховете около лицето определя неговата посока (в коя посока е обърнато лицето и в коя посока - грешната страна). Този факт може да е важен, тъй като полигоните се виждат само от предната им страна, въпреки че Maya прави всички полигони видими от двете страни по подразбиране. Можете да деактивирате тази функция за всяка мрежа.

При засенчване или изобразяване на многоъгълници, нормалите определят отражението на светлината от лицата, а оттам и цвета на полигоналния модел.

Вертексни нормали

Нормалите на върховете определят гладкостта на засенчването между лицата на многоъгълника, за разлика от нормалите на лицето, които определят дали многоъгълникът е видим или невидим.

Нормалите на върховете се изчертават като линии, започващи от един връх, по една за всяко лице, което използва този връх.

• Ако всички нормали на един връх имат точно една и съща посока (в този случай те се наричат ​​общи или меки нормали), тогава преходът на цвета от лице към лице ще бъде плавен.

• Ако нормалите на върховете сочат в една и съща посока за всяко лице (в този случай те се наричат ​​твърди нормали), цветният преход между лицата ще бъде остър, създавайки ефект на фасетирана повърхност.

Напредналите потребители могат ръчно да манипулират нормалите на върховете, за да създадат вид на твърди ръбове (гънки) и сенки без нужда от допълнителна геометрия. За тази операция се използва елементът Vertex Normal Edit Tool от менюто Normals. Ако нормата се редактира ръчно, тя е замразена. Ако размразите предварително редактиран нормален, Maya автоматично ще преизчисли посоката му и ще го върне в позицията по подразбиране.

Този урок ще послужи като добро начало за тези, които искат да се научат как да моделират първокласни герои. Известният в кръга си, Джахирул Амин ще говори за важността на правилната топология, равномерната мрежа, важността на четириъгълните многоъгълници и много други.

Преди да се гмурнете в 3D басейна, предлагам да организирате кратка образователна програма и да се пръснете в плитка вода. По-долу ще засегнем основите на полигоналното моделиране, без познаване на което е безсмислено да продължим.

Въведение

Когато геометрията се превърне в инструмент за моделист или аниматор, перфектното оформление на мрежата е на първо място. След това трябва да влезе в игра добра топология, намаляваща броя на дефектите в анимацията на героите. С други думи, правилно (и навреме) създаден многоъгълник ще спести не само часовете, но и дните от живота ви.

3-ъгълник срещу 4-ъгълен срещу N-ъгъл

И така, каква е разликата между 3-, 4- и N-ъгълни многоъгълници? Отговорът е очевиден: първата има 3 страни, втората има 4, третата има произволен брой от тях, повече от 4. Ако моделирате валиден герой за по-нататъшната му анимация, тогава се препоръчва използвайте само четириъгълници. Процесът на деформиране и разделяне на четириъгълни многоъгълници е много по-лесен и също така ще срещнете по-малко изкривяване на текстурата.

Препоръчително е да скриете триъгълниците от собствените си и чужди очи. Например в местата на подмишниците или в ингвиналната област на героя. На свой ред се налага негласна забрана на полигоните - те не трябва да бъдат. Те причиняват изкривяване и много проблеми, когато става въпрос за монтиране и редактиране на групи от върхове (известно още като "рисуване на тежести").

И накрая, модел, който се състои предимно от четириъгълни полигони, ще бъде по-лесен за експортиране в друг софтуер за моделиране като Mudbox.

Радостите на четири и триъгълни многоъгълници и ужасът на N-ъгълника

Контурите на лицето, по дефиниция наподобяващи N-ъгълник, трябва да са възможно най-близо до четириъгълен формат. малко от - подреждането на многоъгълниците трябва да бъде възможно най-равномерно по принцип. Това изисква геометрията със същото име. Спазването на тези правила ще улесни преминаването през етапа на монтажа и ще помогне за деформацията на героя по време на процеса на анимация. Също така, количеството изкривяване, свързано с прилагането на текстури, ще бъде намалено, въпреки че значението на самото UV картографиране не трябва да се забравя тук.

За да изпълни тази задача, Maya предоставя инструмента Sculpt Geometry.

Инструментът Sculpt Geometry на Maya помага за изглаждане на мрежата на модела

Отговаря за плавния преход на всеки отделен ръб (известен още като Edge Flow). Може да звучи просто, но на практика е много коварно нещо.

Ако се стремите да създадете реалистичен персонаж, препоръчително е да изучите основите на анатомията, преди да започнете работа. Следвайки структурата на човешкото тяло и естественото движение на мускулите, аниматорът в крайна сметка получава копие, близко до оригинала. Това се вижда особено ясно в процеса на деформация. Съветваме ви да започнете с процеса на образуване на бръчки и разтягане на кожата.

За стилизирани и анимационни герои Edge Flow има по-малко значение. Но все пак силно препоръчвам да получите поне основно разбиране за човешката анатомия.

За да направите формата реалистична, създайте добра топология и не забравяйте да вземете предвид гладкостта на посоката на мрежата (ръбове, многоъгълници).

Освен това е неколективна. Означава, че триизмерен обект не може да бъде изрязан и превърнат в плосък.

Пример: създайте куб, изберете произволен ръб (ръб) и го екструдирайте Редактиране на мрежа > Екструдиране. Пред вас е малък предмет. (Пример по-долу вляво) Ако кубът беше направен от хартия, тогава при развиване ще получите непропорционална кръстообразна фигура. Използването на такъв обект в булеви операции е почти невъзможно.
За да коригирате ситуацията, използвайте инструмента за почистване.

Нарушаването на топологията на геометрията може да създаде десетки проблеми. Бъдете бдителни и периодично инспектирайте фигурата от различни ъгли.

Всеки цикъл (ръб на ръба) трябва да има цел

По правило моделирането започва с примитивна фигура (например с куб), чиято структура впоследствие се усложнява чрез добавяне на ръбови бримки.

Важно е всеки нов елемент да се създава с конкретна цел. Има ситуации, в които „по-малко“ означава „по-добро“. Разбирането на принципите на оптимизацията на модела идва само с опит, така че не се обезкуражавайте и продължавайте да работите.

Не усложнявайте живота си: детайлите трябва да са подходящи

Всичко, което се опитваме да правим на екрана, е отражение на света около нас в различните му форми и проявления. Ето защо е толкова важно от време на време да ставате от масата. Важно не само за разработчиците, но и за аниматори, монтажници, светлинни директори и др.

Погледнете по-отблизо повърхността, нейната структура и сянка. Как отразява светлината? Как протича процесът на деформация? Отговорът на тези и други въпроси ще ви помогне да вземете правилното решение, когато моделирате всеки обект.