Primeri poligonalnega modeliranja v 3ds max. Lekcija: Enostavno modeliranje televizijskih poligonov

Kaj je poligonalno 3D modeliranje in za kaj se uporablja?

Poligonalno 3D modeliranje je sestavni del našega vsakdana. Sodobni človek se z njo srečuje skoraj vsak dan, morda ne da bi se tega sploh zavedal. Kino, animacija, računalniške igre, virtualna resničnost itd. – vse to so področja, kjer se uporablja poligonalna 3D grafika.

S pojavom 3D tiskalnikov so poligonalne modele začeli uporabljati tudi za 3D tiskanje predmetov.

Zaradi vse večje priljubljenosti 3D-tiskalnikov in relativno enostavnejšega 3D-modeliranja v primerjavi s površinskim/trdnim stanjem so razvijalci CNC programov za stroje z računalniškim numeričnim krmiljenjem (CNC) vse bolj začeli uporabljati formate poligonalnih modelov. Predvsem CNC obdelava lesa, plastike in mehkih kovin.

Da bi pravilno razumeli 3D modeliranje in pravilno postavili nalogo oblikovalcu, je dovolj poznati nekaj osnovnih načel.

Danes obstajata dve glavni smeri razvoja 3D modeliranja objektov: poligonalna in trdna (površinska).

Glavna smer, kjer se uporablja poligonalno 3D modeliranje, je 3D grafika. Solid State/Surface – industrijsko oblikovanje.

Glede na to, kakšen končni izdelek želite dobiti, se lahko odločite za polno (površinsko) 3D modeliranje ali poligonalno modeliranje.

Na primer, če želite natisniti igračo na 3D tiskalniku ali izrezati 3D relief slike iz lesa na rezkalnem stroju, potem izberite poligonalni format 3D modela. Če boste izdali kakršen koli industrijski izdelek, se boste morali odločiti za polprevodniški format. (glejte razdelek »Tehnologije« 3D modeliranje trdnih/površinskih modelov).

Razlika med obema formatoma je v principu oblikovanja 3D objekta. Pri poligonalnem 3D modeliranju so objekti zgrajeni iz poligonov; pri 3D modeliranju so objekti zgrajeni iz geometrijskih elementov, kot so črte. krivulje, zlepki itd., na podlagi teh elementov pa se gradijo različni geometrijski liki.

Poligon je en površinski element, predstavljen v obliki trikotnika ali štirikotnika, ki je umeščen v tridimenzionalni koordinatni sistem. Pravzaprav je poligonalno modeliranje potomec dvodimenzionalne rastrske slike (dobro znani piksel), vendar v tridimenzionalnem koordinatnem sistemu.

Kakovost poligonalnega 3D modela je določena s številom poligonov in načinom, kako se njihovi robovi povezujejo med seboj. Vedno velja pravilo - več kot je poligonov, večja je podrobnost poligonalnega 3D modela.

Pri 3D modeliranju, pri visoki detajlnosti poligonalnega modela, parjenje robov ni veliko pomembno, če boste ta izdelek izdelovali na 3D tiskalniku ali na rezkalnem stroju. Praviloma imajo CNC sistemi na strojih, ki sprejemajo ta format, algoritme, zaradi katerih so takšne napake v poligonalnem 3D modelu nepomembne.

Poligonalni modeli se ne uporabljajo za izdelavo kompleksnih delov na obdelovalnih strojih zaradi nezmožnosti obdelave dela z različnimi orodji med postopkom obdelave. In to je izjemno pomemben pogoj, če se obdeluje industrijski del. Velika verjetnost je, da licenčna CNC programska oprema za sodobne stroje za obdelavo kovin ne bo imela niti uvoza poligonalnih modelov.

Torej, če je vaša naloga izdelava izdelka z visoko natančnostjo, z ravnimi luknjami, navoji itd., potem morate izbrati površinsko/polprevodniško 3D modeliranje.

Najpogostejši format poligonalnega 3D modela, ki ga sprejema večina CNC programov za generiranje krmilnih programov za strojna orodja, je *.STL (binarni).

Manj pogosti so *.3DS, *.OBJ, *.ASC, *.PLY, *.FCS.

Opozarjamo vas na dejstvo, da trenutno ni učinkovitega pretvornika za pretvorbo STL v IGS, STP (solid-state model). Vse rešitve dajejo povprečne rezultate, ki jih ni mogoče uporabiti brez dodatnih modifikacij 3D modela.

Pretvorba poligonalnega 3D-modela iz enega poligonskega formata v drugega se običajno izvede tako, da se datoteka 3D-modela znova shrani v želeni format.

Ne pozabite, da je pravilna izbira formata podatkov pred začetkom modeliranja in pravilna formulacija naloge izvajalcu vašega naročila osnova za pridobitev pričakovane kakovosti izdelka!

Ta vadnica za modeliranje poligonov 3ds Max pokriva najpogosteje uporabljene 3D operacije z uporabo modifikatorja Edit Poly (ali Editable Poly). Ta metoda je odlična za ustvarjanje skoraj vseh predmetov v 3ds Max.

Najprej ustvarimo preprost primitiv Box s proporci pravega televizorja.

Slika 1. Ustvaril prvotno 3D primitivo - Box

Uporabimo modifikator za našo škatlo Uredi Poly

Slika 2. Modifikator uporabljen Uredi Poly

S pritiskom na tipko F4 Na tipkovnici v 3ds Maxu vklopimo prikaz robov našega poligonalnega modela.

V modifikatorskem skladu gremo na raven poligona, da začnemo z modeliranjem. In izberite sprednji poligon, kjer bomo začeli ustvarjati zaslon.

Slika 3. Šli smo na nivo poligona in v perspektivnem oknu izbrali sprednjega

Uporabite operacijo na izbranem poligonu Vložek da ustvarite obraz, kot je prikazano na sliki. Služil bo kot osnova za ustvarjanje zaslona.

Slika 4. Uporaba operacije na mnogokotniku Vložek

Nastali mnogokotnik z ukazom pritisnemo navznoter Ekstrudirajte.

Slika 5. Z operacijo stisnili deponijo Ekstrudirajte

Dvojno pritisnjen poligon razdelimo z operacijo Tesselate(Podrazdelitev), s čimer se povečajo podrobnosti sprednje strani za možnost njene nadaljnje deformacije. Na splošno ni priporočljivo zlorabljati te operacije v vaših modelih.

Slika 6. Z operacijo povečamo podrobnosti obraza Tesselate

Pojdite na raven oglišča in izberite osrednje oglišče zaslona.

Slika 7. Izbrano osrednje oglišče

Aktivirajte način mehke izbire Mehka izbira(Zahvaljujoč njej bomo lahko bolj gladko deformirali predmet). Bodite pozorni na možnosti Falloff in Bubble. Padec je odgovoren za širino območja zajemanja sosednjih vozlišč. Mehurček- za obliko porazdelitve uteži. Obarvanost jasno kaže stopnjo ujetosti.

Zdaj premaknimo osrednjo točko nekoliko naprej, da zaokrožimo zaslon. Ko končate, ne pozabite zapustiti načina mehke izbire.

Slika 8. Premaknite osrednjo točko nekoliko naprej v načinu mehke izbire

Zaslon je pripravljen, zdaj moramo pripraviti zadnjo steno. Vrnite se na raven poligona in izberite zadnjo stran.

Slika 9. Izbran je zadnji rob televizorja

Uporabite operacijo na izbranem poligonu Bevel(Fevel extrusion).
Višina- količina iztiskanja
Oris- stopnja zožitve

Slika 10. Izbran je zadnji rob televizorja

Z operacijo ponovno iztisnemo zadnji rob Ekstrudirajte.
Višina- količina iztiskanja

Razmislite o glavnih komponentah teorije poligonalnega modeliranja.

Quads vs Trisesn-gon

Torej, kakšna je razlika med quad, tris in N-gon? No, štirikotnik je mnogokotnik, ki ima 4 stranice, tris je mnogokotnik, ki ima 3 stranice, N-kotnik je mnogokotnik, ki ima več kot 4 stranice.

Pri modeliranju se je najbolje držati štirikolesnikov ali štirikolesnikov. Predvsem zato, ker se bolj predvidljivo delijo, pri animaciji se bolje deformirajo, teksture pa so najmanj popačene.

Trikotnike ali trikotnike je najbolje uporabiti tam, kjer so najmanj vidni.

Toda bolje se je popolnoma izogniti uporabi N-kotnikov, saj lahko tvorijo nenavadne artefakte v upodabljanju in je skoraj nemogoče dobro naslikati kožo s poligoni, ko je nameščena.

Poleg tega je v programih za digitalno kiparjenje, kot sta ZBrush in Mudbox, najbolj priročno delati z modelom, sestavljenim iz štirikotnikov.

Veselje poligonov in žalost poligonov

Uniforma-geometrija

Enotna geometrija pomeni, da se med postopkom modeliranja poskušate čim bolj držati štirikolesnikov ali štirikolesnikov in jih postaviti čim bolj enakomerno. Takšno geometrijo bo z veseljem opremiti, med animacijo se bo popolnoma deformirala. In kljub dejstvu, da so dobre teksture v veliki meri odvisne od dobrega UV preslikave, bodo popačene še manj, če je geometrija sestavljena iz štirikotnikov.

Maya ima čudovito orodje Sculpt Geometry, ki lahko popolnoma zgladi robove, če greste v način Relax.

Uporaba orodjaKiparjenje Geometrija lahko zgladite robove

Topologija

Na prvi pogled lokacija robov ni pomembna. Ampak to ni res.

Pri modeliranju realističnih likov je vredno preučiti človeško anatomijo. V tem primeru morata smer robov in topologija ustrezati lokaciji mišic na človeškem telesu, kar bo ustvarilo pravilnejšo deformacijo geometrije.

Pri bolj risanih in stiliziranih likih je manevrskega prostora več, a poznavanje anatomije tudi v tem primeru ne bo odveč.

Za pravilne deformacije mora biti topologija ustrezna s potrebnimi robnimi zankami

Nerazličengeometrija

Geometrija brez razdelilnika lahko vsebuje različne napake, ki so nastale med procesom modeliranja. To so lahko viseči robovi (brez obrazov); robovi, skupni trem ali več ploskev; normale sosednjih ploskev, usmerjene v nasprotne smeri; število ploskev, ki se stekajo v eno točko, se lahko razlikuje od števila ploskev, ki izhajajo iz te tocke, itd.

Ustvarite na primer kocko, izberite enega od njenih robov in zaženite Edit Mesh > Extrude. Torej, imamo nerazličen objekt. Če bi šlo za kos papirja, bi nastala guba, ki bi se je težko znebila. Če na takšni kocki izvedete logično operacijo, bo vse takoj postalo jasno.

Geometrija brez mnogoterosti je lahko boleča, zato se ji poskušajte izogniti. Orodje za čiščenje, ki se nahaja v meniju Mesh, bo pomagalo rešiti številne težave, povezane z geometrijo brez razdelilnika.

Geometrija brez mnogoterosti je lahko boleča

Vsak rob naj bo na svojem mestu

Idealno je, če proces modeliranja začnemo s preprostim primitivom, na primer s kocko, ki ji nato dodamo robne zanke, ekstruzijo itd.

Pomembno je ohraniti preprosto zapletenost in dodati podrobnosti samo tam, kjer je to res potrebno. Manj je lahko več. Sčasoma boste bolje razumeli, kako optimizirati model, a za zdaj samo nadaljujte z modeliranjem.

Ne naredite modela preveč zapletenega, dodajte podrobnosti le tam, kjer so res potrebni

Raziskujte svet okoli sebe

Vse, kar poskušamo programsko poustvariti, je odraz resnično obstoječih stvari. Zato bi bil najpomembnejši nasvet, da preučujete svet okoli sebe.

In to ne velja samo za modelarje, ampak tudi za monterje, animatorje, oblikovalce luči itd. Pomislite, kako je strukturiran ta ali oni predmet, kako je osvetljen, deformiran itd. Iskanje odgovorov na takšna vprašanja bo veliko olajšalo življenje.

Želite izvedeti več? Pridite k nam

Uvod v poligone

Poligoni so ena od vrst geometrije, ki se uporablja za ustvarjanje 3D modelov v programu Autodesk® Maya®. Poleg tega ima Maya še dve vrsti površin - NURBS in hierarhično (podrazdelitev).

Poligoni se uporabljajo za ustvarjanje številnih vrst 3D modelov in se pogosto uporabljajo za oblikovanje 3D objektov v filmih, video igrah in internetu.

Poligonska terminologija

Poligoni so oblike z ravnimi stranicami (3 ali več stranicami), ki jih določajo točke v 3D prostoru ( vozlišča) in črte, ki povezujejo te točke (rob)). Notranja površina poligona se imenuje obraz. Oglišča robov in ploskev so osnovne komponente mnogokotnikov. Poligone lahko izbirate in spreminjate z uporabo osnovnih komponent.

Pri izdelavi poligonalnih modelov se najpogosteje uporabljajo tristrani (trikotniki) ali štiristrani (štirikotniki) poligoni. Maya podpira tudi mnogokotnike z več stranicami, vendar se uporabljajo veliko manj pogosto.

Posamezen mnogokotnik se imenuje tudi obraz in je definiran kot območje, omejeno s tremi ali več oglišči in njihovimi ustreznimi robovi. Če je veliko ploskev povezanih med seboj, se tak predmet imenuje mnogokotnik mreža (poligonska mreža) oz poligonalni objekt. Poligonsko mrežo lahko ustvarite na različne načine. Za več informacij o ustvarjanju poligonskih funkcij glejte spodaj.

Običajno so v poligonski mreži oglišča in robovi razdeljeni med različne ploskve. V tem primeru se imenujejo deljena vozlišča oz skupni robovi.

Poligonske mreže so lahko sestavljene iz nepovezanih delov, imenovanih školjke. Zunanji robovi mreže se imenujejo mejni robovi.

Uporaba teksture na poligonalni model

Teksturo je mogoče uporabiti za poligonalne modele z UV koordinatami. Za več informacij si oglejte ločeno vadnico o delu s koordinatami teksture.

Pregled poligonskega modeliranja

V Mayi obstajajo različne tehnike za ustvarjanje poligonskih modelov:

• Primitive so 3D geometrijske oblike, ki jih lahko ustvarite v Mayi. Primitivni vključujejo na primer kroglo, kocko, valj, stožec, ravnino in številne druge. Osnovne atribute primitive lahko spremenite, da postane bolj zapletena. Prav tako lahko izrežete, iztisnete, združite ali odstranite različne komponente primitive, da spremenite njeno obliko. Mnogi 3D umetniki uporabljajo primitive kot izhodišče za ustvarjanje modelov. Ta tehnika se imenuje modeliranje iz primitive.
• Posamezne poligone lahko ustvarite z orodjem Create Polygon Tool. To orodje vam omogoča, da na sceno postavite oglišča, ki določajo obliko poligonalne ploskve. Obraz poligona lahko tudi izrežete ali iztisnete, da dodate nove obraze obstoječemu. Ta tehnika se običajno uporablja, če morate najbolj natančno zgraditi model vzdolž dane konture. Opisano tehniko lahko na primer uporabite, če morate zgraditi kompleksen 3D logotip z uporabo uvožene 2D slike kot reference.
• Poligone je mogoče ustvariti tudi s preoblikovanjem obstoječih NURBS ali delitvenih površin z uporabo menija Spremeni.

Poligonske normale

Normala je namišljena črta, pravokotna na površino mnogokotnika. V Mayi se normale uporabljajo za določanje orientacije ploskve poligona (normale ploskev) ali za izračun senčenja ploskev (normale oglišč).

Normalni obraz

Sprednjo stran ploskve mnogokotnika grafično predstavlja vektor, pravokoten nanjo, imenovan normala ploskve.

Vrstni red, v katerem so navedena oglišča, ki obdajajo ploskev, določajo njegovo smer (na katero stran je obrnjena ploskev in v katero smer je obrnjena ploskev). To dejstvo je lahko pomembno, ker so poligoni vidni le s sprednje strani, čeprav Maya privzeto naredi vse poligone vidne z obeh strani. To funkcijo lahko onemogočite za katero koli poligonsko mrežo.

Pri senčenju ali upodabljanju poligonov normale določajo odboj svetlobe od ploskev in s tem barvo modela poligona.

Normale oglišč

Normale vozlišč nadzirajo gladkost senčenja med ploskvami mnogokotnikov, v nasprotju z normalami ploskev, ki nadzirajo, ali je poligon viden ali neviden.

Normale oglišč so predstavljene s črtami, ki se začnejo na oglišču, ena za vsako ploskev, ki uporablja to oglišče.

• Če imajo vse normale enega vozlišča popolnoma enako smer (v tem primeru se imenujejo splošne ali mehke normale), bo barvni prehod od ploskve do ploskve gladek.

• Če normale oglišč kažejo v isto smer za vsako ploskev (v tem primeru se imenujejo trde normale), bo barvni prehod med ploskvami oster, kar ustvarja učinek fasetirane površine.

Napredni uporabniki lahko ročno manipulirajo z normalami oglišč, da ustvarijo videz trdih robov (gub) in senc brez uporabe dodatne geometrije. Za to operacijo uporabite element Vertex Normal Edit Tool v meniju Normals. Če je normalno ročno urejeno, je zamrznjeno. Če odmrznete predhodno urejeno normalo, bo Maya samodejno znova izračunala njeno smer in jo vrnila na privzeti položaj.

Ta vadnica je dober začetek za vsakogar, ki se želi naučiti modelirati vrhunske like. Jahirul Amin, znan v svojem krogu, bo govoril o pomenu pravilne topologije, enotne mreže, pomenu štirikotnih poligonov in še veliko več.

Pred potopom v 3D whirlpool predlagam kratek izobraževalni program in čofotanje v plitvi vodi. Spodaj se bomo dotaknili osnov poligonalnega modeliranja, brez znanja o katerem je nesmiselno nadaljevati.

Uvod

Ko geometrija postane pomoč modelarju ali animatorju, je idealna postavitev mreže na prvem mestu. Po tem bi morala priti v poštev dobra topologija, ki zmanjša število napak v animaciji znakov. Z drugimi besedami, pravilno (in pravočasno) izdelan poligon vam bo prihranil ne le ure, ampak dneve vašega življenja.

3-kot proti 4-kotniku proti N-kotniku

Kakšna je torej razlika med 3-, 4- in N-kotniki? Odgovor je očiten: prva ima 3 stranice, druga 4, tretja pa poljubno število, več kot 4. Če modelirate lik za nadaljnjo animacijo, priporočamo uporabite samo štirikotnike. Postopek deformiranja in deljenja štirikotnih poligonov je veliko lažji in naleteli boste na manjše popačenje teksture.

Priporočljivo je, da trikotnike skrijete pred svojimi očmi in očmi drugih ljudi. Na primer v pazduhah ali v predelu dimelj lika. Po drugi strani pa je za poligone uvedena neizrečena prepoved - ne bi smeli obstajati. Povzročajo popačenje in povzročajo veliko težav, ko gre za nameščanje in urejanje skupin vozlišč (tudi »slikanje teže«).

Končno bo model, ki je sestavljen predvsem iz štirikotnikov, lažje izvoziti v druge programe za modeliranje, kot je Mudbox.

Radosti štirih in trikotnih mnogokotnikov ter groza N-kotnika

Konture obraza, ki po definiciji spominjajo na N-kotnik, je treba čim bolj približati štirikotnemu formatu. Malo od - lega poligonov naj bo načeloma čim bolj enotna. To je tisto, kar zahteva istoimenska geometrija. Upoštevanje teh pravil bo olajšalo prehod skozi fazo nameščanja in pomagalo pri deformaciji lika med postopkom animacije. Poleg tega se bo obseg popačenja, povezanega z uporabo tekstur, zmanjšal, čeprav tukaj ne smemo pozabiti na pomen samega UV skeniranja.

Za izvedbo opisane naloge Maya ponuja orodje Sculpt Geometry.

Orodje Sculpt Geometry v Mayi vam bo pomagalo "zgladiti" mrežo vašega modela

Odgovoren za gladek prehod vsakega posameznega roba (aka Edge Flow). Morda se sliši preprosto, a v praksi gre za zelo zahrbtno zadevo.

Če se odločite za ustvarjanje realističnega značaja, je priporočljivo, da pred začetkom dela preučite osnove anatomije. S sledenjem zgradbi človeškega telesa in naravnemu gibanju mišic animator na koncu dobi kopijo, ki je blizu originalu. To je še posebej jasno vidno med procesom deformacije. Priporočamo, da začnete s procesom nastajanja gub in raztezanja kože.

Za stilizirane in risane junake je Edge Flow veliko manj pomemben. Kljub temu toplo priporočam, da pridobite vsaj osnovno razumevanje človeške anatomije.

Da bo oblika realistična, ustvarite dobro topologijo in upoštevajte gladko smer mreže (robovi, poligoni).

Je tudi nerazličen. Pomeni, da tridimenzionalnega predmeta ni mogoče razrezati in narediti ploskega.

Primer: Ustvarite kocko, izberite poljuben rob (edge) in ga iztisnite Edit Mesh > Extrude. Pred vami je nekoliko oblikovan predmet. (Primer spodaj na levi) Če bi bila kocka narejena iz papirja, bi, ko bi jo razprli, dobili figuro v obliki križa z zlomljenimi proporci. Uporaba takega predmeta v logičnih operacijah je praktično nemogoča.
Če želite popraviti situacijo, uporabite orodje za čiščenje.

Kršitev geometrijske topologije lahko povzroči na desetine težav. Bodite pozorni in občasno preglejte figuro iz različnih zornih kotov.

Vsaka zanka (robni rob) mora imeti cilj

Praviloma se modeliranje začne s primitivno figuro (na primer kocko), katere struktura je naknadno zapletena z dodajanjem robnih zank.

Pomembno je, da je vsak nov element ustvarjen z določenim namenom. Obstajajo situacije, v katerih je "manj" enako "bolje". Razumevanje načel optimizacije modela pride le z izkušnjami, zato naj vas ne obupa in nadaljujte z delom.

Ne komplicirajte si življenja: podrobnosti naj bodo primerne

Vse, kar poskušamo narediti na zaslonu, je odraz sveta okoli nas v njegovih različnih oblikah in manifestacijah. Zato je tako pomembno, da občasno vstanemo od mize. Pomembno ne le za razvijalce, ampak tudi za animatorje, monterje, režiserje luči itd.

Pobližje si oglejte površino, njeno strukturo in senco. Kako odbija svetlobo? Kako poteka proces deformacije? Odgovor na ta in druga vprašanja vam bo pomagal sprejeti pravo odločitev pri modeliranju katerega koli predmeta.