Czym jest model 3D?

Jako model 3D rozumiemy zazwyczaj siatkę wielokątówwielokąt (face, polygon)wielokątów (ang. polygons), które razem układają się w siatkęsiatka (mesh)siatkę (ang. mesh). W zależności od zastosowania modelu liczba tych wielokątów ulega zmianie. Proste modele mogą zawierać ich kilkadziesiąt, a skomplikowane sceny przeznaczone do wysokobudżetowych produkcji nawet kilka milionów.

1

Sama siatka wielokątów, nazywana często także geometrią, to nie wszystko. Na realistyczny model składają się także tekstury, oświetlenie, postprodukcja i wiele innych czynników.

W pracy nad złożonymi projektami zespoły są zwykle podzielone na mniejsze grupy specjalistów, z których każda odpowiada za określone zadania. Są ludzie zajmujący się modelowaniem, animacją, teksturowaniem albo symulacją zjawisk fizycznych. Każda z tych specjalizacji to odrębna gałąź produkcji grafiki 3D, wymagająca wielu lat praktyki. Mają jednak wspólne fundamenty, z którymi zapoznasz się w toku tego e‑materiału.

Proces produkcji grafiki 3D przebiega zazwyczaj według reguł przedstawionych poniżej.

R1YCgVkRkFGel1
{image#obrazek1}{alt#Na ilustracji przekrój poprzeczny przez gałkę oka. Widoczna jest soczewka, nerw wzrokowy, źrenica i mięśnie wokół gałki ocznej.}{position#lewo} {audio#nagranie lektorskie 1} Na tym etapie zbieramy obrazy referencyjne obiektu, który będziemy modelować. Dodatkowo zapoznajemy się z informacjami na jego temat i poznajemy jego sposób działania. Im więcej wiemy o danym przedmiocie, tym łatwiej będzie go realistycznie odwzorować. ### {image#obrazek2}{alt#Na ilustracji trójwymiarowy model gałki oka ludzkiego zaprojektowany w programie do grafiki 3D. Model skonstruowany jest z wielu kwadratów, tworzących wypukłą płaszczyznę w centralnej części każdego z kwadratów znajduje się kropka. Przez centralną część płaszczyzny przebiega czerwona linia.}{position#prawo} {audio#nagranie lektorskie 2} Za pomocą programu do modelowania 3D tworzymy tzw. geometrię obiektu, a więc trójwymiarowy kształt każdego z jego elementów składowych. ### {image#obrazek3}{alt#Na zdjęciu widok panelu oprogramowania służącego do edycji grafiki 3D. Edytowana jest tekstura jednego z elementów modelu gałki ocznej.} {position#lewo} {audio#nagranie lektorskie 3} Aby model wyglądał atrakcyjnie i realistycznie, potrzebne są mu tekstury. To rodzaj opakowania, które obejmuje stworzony przez nas kształt. Tekstury możemy tworzyć sami w programie graficznym lub znaleźć je w internecie.Materiały, które definiujemy bezpośrednio w oprogramowaniu do modelowania 3D, to informacja o tym, jak nasz model powinien reagować na światło, cienie i odbicia. ### {image#obrazek4}{alt#Na zdjęciu efekt pracy w dedykowanym oprogramowaniu czyli model gałki ocznej w 3D.}{position#prawo} {audio#nagranie lektorskie 4} Na tym etapie zapisujemy model w postaci pojedynczego pliku graficznego lub ich sekwencji, jeśli tworzymy animację. Ten proces, w zależności od szczegółowości modelu i procesora, jakim dysponujemy, może zająć chwilę lub nawet wiele godzin. Efekty specjalne, do których przywykliśmy dziś w filmach, często są renderowane całymi tygodniami na komputerach spiętych w sieci przeznaczone specjalnie do tego celu (render-farmy). ### {image#obrazek5}{alt#Na obrazku panel oprogramowania do projektowania grafiki 3D. W programie edytowane są kolory modelu gałki ocznej.}{position#lewo} {audio#nagranie lektorskie 5} Końcową obróbkę obrazów, np. korekcję kolorów lub dodanie napisów, przeprowadza się w innych programach graficznych, m.in. w programie Photoshop (dla pojedynczych obrazów) lub After Effects (dla animacji). W ten sposób zaoszczędzamy czas potrzebny na wielokrotne renderowanie w programie 3D.

Rozbijanie atomu, czyli najmniejsze cząstki grafiki 3D

Każdy model składa się z podstawowych elementów: wierzchołkówwierzchołek (vertex)wierzchołków, krawędzikrawędź (edge)krawędziwielokątówwielokąt (face, polygon)wielokątów. To ich układ i wzajemne relacje decydują o tym, co widzimy na ekranie monitora. Poniższa grafika pomoże ci zapoznać się z ich charakterystyką.

ep2019.contentplus.io:R1SCWLKIKnPkq1

Pozycja w przestrzeni trójwymiarowej

RvVmVjHeeEWya1
Źródło: Contentplus.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Pozycję punktu w dwuwymiarowej przestrzeni określamy, podając jego współrzędne na osiach X i Y. Przy tworzeniu grafiki 3D potrzebna jest jednak kolejna oś – oś Z.

Programy 3D za punkt zerowy uznają środek sceny, a to, która z powyższych liter oznacza pozycję na płaszczyźnie, a która wysokość obiektu, zależy od oprogramowania.

Podpowiedź co do układu współrzędnych jest jednak zawsze widoczna na ekranie.

Manipulatory

U podstaw modelowania 3D leżą trzy główne manipulacje. Przesuwanie, skalowanie i obracanie. Operacje te można wykonywać na całych scenach, modelach, obiektach, a nawet wielokątachwielokąt (face, polygon)wielokątach, krawędziachkrawędź (edge)krawędziachwierzchołkachwierzchołek (vertex)wierzchołkach.

Więcej na ich temat dowiesz się z poniższej grafiki.

1

Program Blender

Istnieje sporo aplikacji przeznaczonych do tworzenia grafiki 3D. Wiele z nich ma bardzo konkretne zastosowania, np. przygotowanie modeli do druku 3D, projekty architektoniczne, gry lub animacje. Programy te wyposażone są we własne interfejsy i metodologie pracy, ale podstawy ich obsługi są wspólne. Opanowanie jednego z nich znacznie ułatwi późniejszą naukę kolejnego.

Poznajmy bliżej program Blender. Jest to darmowe oprogramowanie rozwijane przez samych użytkowników. Powstało jako alternatywa dla bardzo drogich aplikacji komercyjnych. Program umożliwia modelowanie, animację, przeprowadzanie symulacji i wiele innych. Jest bardzo popularny, stąd w internecie z łatwością znaleźć można wielu pasjonatów dzielących się swoją wiedzą, udostępniających tutoriale i modele.

W momencie opracowywania tego e‑materiału program nie miał pełnej polskiej wersji językowej, dlatego użyto angielskiej terminologii i polskich tłumaczeń (jeśli przetłumaczenie danego terminu było możliwe).

Edytory

Interfejs programu Blender złożony jest z Edytorów (ang. Editors). Na poniższym obrazku widocznych jest pięć Edytorów, które zobaczysz po uruchomieniu programu. Zaznaczono je kolorami.

RDfQG6nfyfHeG1
Zrzut ekranu z programu Blender. Widoczne jest okno główne wraz z paskiem menu, linią czasu i obiektem poddawanym edycji.
Wygląd głównego okna programu Blendera
Źródło: Contentplus.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Kolorem zielonym zaznaczono Menu. To podstawowy pasek, który prawie zawsze znajduje się na ekranie w tym, czy innym obszarze.

  • Kolorem czerwonym zaznaczono 3D View, a więc trójwymiarowy widok sceny. To twoja przestrzeń robocza, gdzie odbywa się większa część pracy nad modelem.

  • Kolorem niebieskim oznaczono Outliner. To lista obiektów widocznych na scenie. Stąd możesz je zaznaczać, ukrywać i ponownie pokazywać.

  • Kolorem fioletowym zaznaczono Properties Editor, a więc edytor ustawień. Poszczególne zakładki tego Edytora pozwalają na zmianę ustawień zarówno wskazanego obiektu, jak i całej sceny;

  • Kolorem żółtym zaznaczono Timeliner, czyli linię czasu. To Edytor przydatny w tworzeniu animacji.

R4cmbVBc4aj4O
Wygląd menu zmiany edytora
Źródło: Contentplus.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Blender różni się od pozostałych programów 3D tym, że kształt jego interfejsu zależy w całości od preferencji użytkownika. Sami możemy zdecydować, jaki Edytor gdzie wyświetlić. Dokonujemy tego, klikając na rozwijaną listę w lewym górnym rogu Edytora i wybierając interesującą nas pozycję.

Manipulacje w Blenderze

Wiemy już, czym są podstawowe manipulacje, czyli przesuwanie, skalowanie i obracanie. A tak działają one w programie Blender:

RLu4uTT2jNIHw
Animacja: Manipulacje w Blenderze. Zaprezentowano przesuwanie obiektu - sześcianu, obracanie, powiększanie i pomniejszanie.

Usuwanie

Zanim rozpoczniemy pracę, warto pozbyć się sześcianu, który program domyślnie tworzy w każdym nowym pliku. Aby usunąć obiekt, klikamy go, a następnie wciskamy klawisz X lub Delete na klawiaturze. Potwierdzamy chęć usunięcia obiektu.

Ri355CeMlBURC
Potwierdzanie usunięcia obiektu w programie Blender
Źródło: Contentplus.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Bryły podstawowe

Pracę nad modelem możemy rozpocząć od utworzenia bryły podstawowejbryły podstawowe (primitives)bryły podstawowej (ang. primitives). W programie Blender mamy do wyboru następujące bryły:

RStZ6t0PJM9pH1
Źródło: Contentplus.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Plane (płaszczyzna),

  • Cube (sześcian),

  • Circle (okrąg),

  • UV SphereIco Sphere (obie to kule, a różnice między nimi na razie pominiemy),

  • Cylinder (walec),

  • Cone (stożek),

  • Torus (bryła powstała przez obrót okręgu wokół prostej leżącej w płaszczyźnie tego okręgu i nieprzecinającej go. Wyobrażeniem może być opona lub pączek z dziurką).

RLYY6AojAd8RU1
Kursor w programie Blender

Zacznijmy od umieszczenia kursora w miejscu, gdzie chcemy utworzyć kształt. Dokonamy tego klikając prawym przyciskiem myszy.

Poniższy film pokazuje, jak dodawać bryły podstawowe.

R1EDGNjWVejhL
Nagranie filmowe: dodawanie brył podstawowych (primitives) w Blenderze.

Wiemy już, jak stworzyć i manipulować bryłami podstawowymi. Możemy teraz przejść do ćwiczeń.

Słownik

wielokąt (face, polygon)
wielokąt (face, polygon)

pojedyncza ściana modelu; łączy ze sobą co najmniej trzy wierzchołki i krawędzie, odbija światło i rzuca cienie

siatka (mesh)
siatka (mesh)

siatka wielokątów tworząca kształt

wierzchołek (vertex)
wierzchołek (vertex)

pojedynczy punkt w przestrzeni; od niego wychodzą i w nim łączą się krawędzie

krawędź (edge)
krawędź (edge)

odcinek łączący ze sobą dwa wierzchołki

bryły podstawowe (primitives)
bryły podstawowe (primitives)

predefiniowane geometryczne kształty stanowiące bazę do dalszego modelowania