Что такое полигональная модель
3ds Max. Часть 4. Основы полигонального моделирования
Без знания основ полигонального моделирования невозможно спроектировать чуть более сложные объекты, чем примитивы. Разбираемся с вертексами и рёбрами.
Перед тем как начать моделирование такого сложного 3D-объекта, как автомобиль, нужно понимать основные принципы полигонального моделирования и знать назначение и функциональные возможности инструментов.
Что такое полигон
Полигон — плоскость, состоящая из нескольких точек в пространстве, соединённых рёбрами.
Автор статей по дизайну. В веб-дизайн пришел в 2013 году, осознанно начал заниматься с 2015 года. Параллельно освоил верстку. Время от времени публикую переводы на хабре.
Что такое полигональное моделирование (polygonal modeling)
Полигональное моделирование — это один из видов трёхмерного моделирования, позволяющий моделировать любой объект (ну или почти любой) и за счёт соединения полигонов создавать из них группы и формировать нужный облик модели. Например так:
Разбираемся с полигональным моделированием на примере
Давайте создадим примитив box, конвертируем его в Editable Poly (редактируемые полигоны) и на этом примере детально рассмотрим, что такое полигон и из чего он состоит. В этом уроке вы можете посмотреть, как создать примитив.
Чтобы конвертировать объект в редактируемые полигоны, нажмите правой кнопкой мыши в активном окне проекции и в контекстном меню выберите Convert To — Convert to Editable Poly.
Итак, вы создали примитив box и перевели его в Editable Poly. Далее рассмотрим, из каких подобъектов состоит Editable Poly.
Уровень подобъектов Editable Poly
Нажмите стрелку на командной панели во вкладке Modify перед названием Editable Poly, чтобы перейти на уровень подобъектов. Их мы и будем сейчас разбирать.
Vertex (вершины)
Чтобы работать с этим уровнем подобъектов, нажмите клавишу 1 на клавиатуре. Вершина — это одномерный объект (точка) в пространстве. Если соединить, например, две вершины, получится ребро.
Edge (рёбра)
Нажмите на клавишу 2 на клавиатуре, чтобы работать с этим уровнем подобъектов. Ребро — это двумерный объект, который определяется двумя вершинами и представляет собой линию. Три ребра и более образуют многоугольник.
Border (граница)
Нажмите на клавишу 3 на клавиатуре, чтобы работать с этим уровнем подобъектов.
В том виде, в котором сейчас представлен наш объект, Border выделить не получится. Border — это граница, где что-то должно заканчиваться, а у нас объект замкнутый.
Перейдите на подобъект, выделите любой видимый полигон и удалите его по нажатию на Del на клавиатуре. Теперь края удалённого полигона и будут тем самым бордером.
Polygon (полигон)
Polygon вызывается по клавише 4 на клавиатуре. Состоит из трёх и более рёбер.
Element (элемент)
Element вызывается по клавише 5 на клавиатуре. Этот подобъект необходим в случае, когда нужно выделить целиком весь объект.
В свитке Selection иконками представлены все подобъекты Editable Poly. Когда вы выбираете один из подобъектов, там активируется нужная иконка, и наоборот: когда вы нажимаете на какую-либо из иконок, у вас будет выделяться один из подобъектов в списке.
Модели из бумаги
Содержание
Бумажное моделирование – увлекательное хобби для детей и взрослых, неудивительно, что сейчас оно находится на пике популярности, хотя имеет многовековую историю. Впервые бумажные модели живых и неживых предметов начали делать в 15 веке во Франции. Конечно, сначала это были плоские изображения.
В это же время стало очень популярным вырезание профиля человека из цветной бумаги. В отличие от холста и красок, бумага – дешевый и более доступный материал. Постепенно модели приобрели объем, более сложную конструкцию и стали в основном детской забавой. Например, в 19 веке по подписке через журналы можно было приобрести картонные и бумажные модели для сборки животных, людей, кораблей, техники, а также панорамы известных исторических событий.
В 20 веке пластмассовые, металлические и деревянные модели ненадолго вытеснили бумажные, поскольку они обладали большей прочностью, чем бумажные. Но сегодня бумажное моделирование пользуется заслуженной популярностью и любовью многих детей и взрослых. Бумага, сложенная определенным образом, превращается в уникальную и красивую вещь, оригинальное украшение интерьера. Кроме того, этот материал позволяет бесконечно экспериментировать с формой и размером, как угодно и без особых усилий, чего нельзя сказать о металле, дереве или пластике.
Что такое полигональное моделирование, и каким оно бывает
Сейчас особенно популярно полигональное моделирование из бумаги, когда объемная модель представляет собой многогранник, выстроенный по всем правилам геометрии. Его грани – это полигоны, отсюда и название. Строго говоря, это 3D-моделирование. Оно появилось, когда люди научились определять точки в пространстве и задавать координаты по трем осям X, Z, Y.
Если в этих координатах поставить точки как вершины и соединить их ребрами, то мы получим как раз полигон. Соединив несколько полигонов, мы получим полигональную сетку. Таким образом, можно создать какие угодно модели – животных, людей, популярных персонажей, неживых предметов, техники и т. д. Готовая модель смотрится очень эффектно.Другое название техники – паперкрафт.
Различают следующие виды полигонального моделирования.
Полигональные модели служат прекрасным оригинальным украшением интерьера, помогают стильно и со вкусом оформить праздник, а также их можно использовать как детские игрушки, которые ребенок с удовольствием сделает своими руками.
Где брать схемы для моделирования?
На языке моделистов схемы, по которым складывают модели, называются развертками, так как они печатаются на листе бумаги в развернутом виде. Развертки можно приобрести в наборах для моделирования, скачать в Интернете или создать самостоятельно.
Сделать бесплатные схемы можно самому, используя специальные компьютерные программы для 3D-моделирования, например:
С их помощью можно выполнить 3D-модель и преобразовать ее в развертку, настроить масштаб печати под силу даже новичку. Никаких специальных навыков и сложных вычислений не требуется. Изучение этих редакторов и проработка всех деталей займут определенное время, но великолепный результат стоит затраченных усилий.
Как сделать развертку в программе PepakuraDesigner, показано в этом видео:
Как построить модель из бумаги
Итак, развертка создана и распечатана, теперь давайте разберемся, что же делать с ней дальше. Рассмотрим основные приемы работы с моделью.
Если вы хотите, чтобы у модели были четкие очертания, перед сгибанием проведите по линиям, слегка надавливая, карандашом или старой непишущей ручкой. Это лучше всего сделать еще до вырезания. В случае, когда нужны очень острые грани, то по линиям сгиба проводят канцелярским ножом. Делать это нужно очень осторожно, чтобы не прорезать бумагу насквозь.
Развертку каждой детали вырезают острыми ножницами или канцелярским ножом по сплошным линиям. Последний удобен для вырезания отверстий. Работайте при хорошем освещении, чтобы не упустить ни одной детали. Поверхность стола следует застелить специальным макетным ковриком или старой толстой клеенкой. Если на развертке много изгибов, то следует поворачивать не руку, а сам лист. Так получится быстрее. И еще один совет: вырезайте детали по мере надобности, чтобы ничего не потерялось.
Существует два вида сгибов – внешний и внутренний. Первый обозначается пунктирной линией (точки). Деталь сгибается так, чтобы получилось что-то вроде горы, линия сгиба должна находиться выше, чем сгибаемые стороны. Внутренний сгиб обозначается штрих пунктирной линией (точка-тире). Деталь сгибается так, чтобы получилась долина, а линия сгиба оказалась ниже сгибаемых сторон.
Клей наносится только на специальные вкладки. На них обычно нанесены цифры, которые есть либо на распечатанной развертке, либо их можно посмотреть в электронном файле. Логика простая: вкладку с цифрой 1 склеиваем с вкладкой 1, вкладку 567 – с вкладкой 567 и так далее. Наносите клей капелькой и распределяйте ее по бумаге кисточкой или зубочисткой. Излишки осторожно промокайте салфеткой. Если одна деталь соединяется с другой, то клей наносят на одну из боковых граней.
Если в модели есть детали цилиндрической формы, то перед склеиванием их надо закруглить. Для этого проведите по внутренней стороне краем карандаша или линейкой. Для мелких деталей берут зубочистку. В результате бумага станет более податливой и сама примет нужную форму.
Материалы и инструменты
Для создания объемной полигональной модели потребуется следующее:
Для распечатки развертки следует выбирать достаточно плотную бумагу или тонкий картон, чтобы готовая модель хорошо держала форму, и в то же время, было легко делать сгибы. Лучше всего подойдут:
Можно сразу взять цветную бумагу или картон или потом покрасить готовое изделие краской на нитро основе из баллончика. Краски на водной или масляной основе лучше не брать, так как они деформируют бумагу.
Бумага – идеальный материал для начинающих. Опытные мастера часто используют для 3D-моделирования пластик или металл.
Что касается клея, то лучше всего взять клеящий карандаш или прозрачный клей-момент. Главное, чтобы он не имел водной основы, быстро схватывался и не оставлял следов на бумаге. В труднодоступных местах для нанесения используйте зубочистку. Некоторые умельцы соединяют детали при помощи двустороннего скотча, но он не всегда удобен.
Этапы создания полигональной модели
Приготовьте все инструменты и материалы, положите на стол коврик для моделирования и настройте освещение рабочего места.
Так как клей часто имеет резкий неприятный запах, работайте в хорошо проветриваемом помещении.
Мастер-класс: как сделать полигональную фигурку своими руками
Для начала попробуем создать красивую кошку в технике паперкрафт. Скачайте выкройку вот здесь и распечатайте ее на плотной бумаге, можно взять цветную или белую.
Если что-то осталось непонятным, посмотрите вот это видео. Здесь наглядно показан каждый этап работы.
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:
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:
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
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.
Полигональное моделирование
На сегодняшний момент разработано множество компьютерных программ, позволяющих работать с 3D графикой. Люди разных профессий: дизайнеры, конструкторы, визуализаторы, применяют их в проектировании. Самый первый метод, используемый в конструировании 3D объектов – полигональное моделирование, оно же самое распространённое при проектировании интерьеров, зданий, среды обитания человека.
Программы полигонального моделирования часто используется в архитектуре, проектировании предметов интерьера, в дизайне среды и конструировании малых объёмных форм.
Что собой представляет эта технология?
Специфика метода заключается в построении 3D объектов, с помощью специальных плоскостей (полигонов). С его помощью в 3D Max, можно создавать ряд объектов, без которых любой интерьер был бы пустым. В 3D Max полигональное моделирование, выполняет основную функцию, без этого способа построение объектов становится не возможным.
Любые полигональные фигуры, состоят из граней плоскостей (полигонов), объединённых в один элемент с помощью вершин:
Все объёмные тела имеют свой каркас, который составляет основу модели: с его помощью можно редактировать изделие, менять форму, вытягивать, передвигать и т. п.
В проектировании архитектурных сооружений, дизайне малых форм и т. п, там, где требуется передать точное сходство с прототипом, часто применяется метод полигонального моделирования.
В зависимости от поставленных задач, 3D объекты могут иметь различное количество полигонов.
На начальном этапе конструирования, создаются низкополигональные модели, что даёт возможность сократить время на обработку данных. При этом уровень детализации будет невысоким.
Что бы создать модель с более проработанной детализацией, необходимо увеличить число полигонов, такое изделие будет называться высокополигональным. Метод применяется, когда необходимо создать точную копию объекта.
Конструирование происходит в несколько уровней, по стандартной схеме, путём постепенного увеличения полигонов.
Несмотря на то, что полигональное моделирование считается самым распространённым способом построения 3D объектов, но это не единственный метод, используемый в создании трёхмерных изображений. Так, например: при проектировании объектов животного мира или растений, лучше всего использовать сплайновое моделирование.
Сплайновое и полигональное моделирование, основные отличия
Сплайновое моделирование – создание объёмных фигур, с применением специального лекала (сплайнов). Сплайнами могут быть кривые, имеющие любую геометрическую форму: дуги, окружности, прямоугольники и т.п. Каркас, служит основой для создания огибающей поверхности. Метод позволяет создавать модели, с высокой степенью детализации, при этом, поверхность становится боле гладкой. В отличие от полигонов, сплайновое моделирование не требует больших затрат энергии, необходимой для обработки информации. Поэтому, этот способ, часто используют при создании, сложных объектов. Всегда есть возможность вернуться к исходному состоянию.
Нередко, эти виды сравнивают с векторной и растровой графикой. В первом случае, фигуры создаются из точек и направляющих, такое изображение получается плоским, но зато при изменении масштаба, качество картинки не изменяется. Графика на основе растров кажется объёмной, но при увеличении масштаба, качество картинки ухудшается, детали становятся размытыми.
То же самое можно сказать и о моделировании с помощью лекал. Точно так же, как и векторная графика, сплайны способны передавать точность объекта, так как форма создаётся с помощью кривых, неоднократно описывающих экватор. Для точной проработки деталей, поверхность увеличивают в масштабе.
Объекты, созданные на основе полигонов, имеют разную степень детализации.
Чтобы добиться максимального сходства с прототипом, изделие должно иметь как можно больше полигонов, к примеру: объект, состоящий из 250 полигонов, будет иметь степень детализации в 35 градусов, кода аналогичный образец, но уже с 1500 полигонами, 10 градусов.
Хоть расстояние между гранями будет небольшим, и поверхность объекта будет казаться сглаженной, при увеличении масштаба на плоскости появятся шероховатости.
Методики построения полигональных моделей
В 3D Max полигональное моделирование – применяется при проектировании трёхмерных изображений. Способ позволяет создавать реалистичные модели с высокой степенью детализации, что даёт преимущество перед другими редакторами.
Создать полигональную модель можно разными способами:
Полигональное моделирование так же предусматривает и другие способы построения объектов.
Редактирование полигональных моделей осуществляется в окне одного меню Polygons Edit, с помощью этих окон, можно осуществлять другие команды. Они составляют основу любого 3D редактора. Кроме базовых окон, существуют дополнительные панели, без которых получить качественную модель невозможно, к ним относятся:
Для достижения удачного процесса моделирования следует помнить основное правило построения:
Приемы моделирования объектов
Конструирование с помощью вершин
Основу сетки составляют прямоугольные ячейки, каждая имеет свои вершины, с их помощью происходит редактирование. Что бы создать другой объект, необходимо произвести манипуляции с точками вершин.
В качестве наглядного примера, используется куб, затем, активировав F9, не снимая выделения, переходят в режим редактирования вершин. Задействовав инструмент Move Tool, верхние точки перемещаются, так, что бы примитив принял другую форму. При необходимости сохранить симметрию, удобней всего воспользоваться инструментом Scale Tool. Воспользовавшись различными инструментами можно добиться совершенно уникальных результатов, например, при вращении, вершинах приобретут спиралевидную форму.
Кроме всего прочего, для вершин существует уникальный метод стёсывания, позволяющий создавать множество граней из одной.
Использование рёбер в проектировании
Этот метод схож с предыдущим, редактирование рёбер осуществляется по тому же принципу, что и с вершинами. На практике это работает следующим образом: в качестве базового элемента создаётся куб, при нажатии клавиш F10 активизируется редактор рёбер. Далее, в качестве примера вытягивается одна и противоположных граней ребра. После чего, появится дополнительная плоскость, такую же операцию можно повторить и с соседними рёбрами.
Проектирование моделей с помощью полигонов
Сразу стоит отметить, это наиболее распространённый метод создания сложных объёмных конструкций. В этом случае работа проводится с полигонами, производя различные манипуляции можно менять форму, размер, создавать более сложные объекты. Как и в предыдущих примерах, редактирование происходит по аналогичному сценарию. Активизировав клавишу F11, запускается редактирование полигонов, предварительно выделив один из примитивов, можно работать с гранями, меняя их положение.
Дополнительно доступно множество приёмов по преобразованию граней.
При разбивании грани на две части, создаётся ещё одно ребро. После активации команды правка, курсор мыши изменится, после этого стоит выделить вершины нового ребра и выйти из режима правки, кликнув на пустом поле. После этого можно совершать любые действия относительно новых рёбер.
Применение полигонального моделирования
Область применения полигонального моделирования весьма обширная, от проектирования фигур человека, растений, животных, до создания сложных архитектурных форм, хотя могут применяться и сплайны, в зависимости от конкретных целей.
Недостатки метода
Несмотря на массу положительных качеств метода, недостатки всё же присутствуют.
Применяемые программы
На сегодняшний день, существует множество зd редакторов, трудно найти более популярный, чем Autodesk 3D Max. Программа подходит для создания трёхмерной графики, с её помощью были созданы спецэффекты ко многим фильмам. Сюда же можно добавить не менее известную программу Autodesk Maya, Autodesk Softimage и множество похожих редакторов.