Osnove 3D modeliranjaIzbirni predmet

Helena Gabrijelčič Tomc

Univerzitetni in visokošolski študijski programi

Low Poly Art

http://www.radialpixelstudios.com/product/sample-3d-service

http://forum.evageeks.org/thread/12428/ART-3d-model-of-Unit-01-looking-for-feedback/

http://cgi.tutsplus.com/tutorials/secrets-to-creating-low-poly-illustrations-in-blender--cg-31770

https://www.youtube.com/watch?v=zacusqIKcdc

Stopnja detajlov (LOD), povzeto po predavanju Nika Maierla

- video igre

- okoli 10.000 poly

- kratek čas upodabljanja

Low poly

Nik Maierle

- animacije, reklame, video produkcija...

- okoli 20.000 in več poligonov

- dolg čas upodabljanja

High poly

Nik Maierle

Level of Detail (LOD)

Nik Maierle

Primer

Nik Maierle

LOD0

2230 Poly

LOD1

1029 Poly

Nik Maierle

LOD1

1029 Poly

LOD2

604 Poly

Nik Maierle

Nik Maierle

Nik Maierle

Nik Maierle

Primer

Nik Maierle

Nik Maierle

Nik Maierle

Nik Maierle

Primer

Nik Maierle

Nik Maierle

Nik Maierle

Nik Maierle

https://www.youtube.com/watch?v=8yGgeb2lCiU

Primer: Fani (Valentina Jančič)

Valentina Jančič: Fani

Valentina Jančič: Fani

Valentina Jančič: Fani

Modeliranje s subdivizijo (subdivision surface modeling)

http://vimeo.com/2650080

Subdivizija (Porazdeljene ploskve)

• definicija (deljenje ploskev na nova oglišča in površine)• matematično: rekurziven proces, površine krivulj s singularnostmi• lega novih oglišč se določa na podlagi lege starih ali novih oglišč• rezultira v gostejši poligonski mreži (velja ločljivost)• pogoj: topologija mora biti čista (brez prehodov preko enega roba=manifold)

kontrolna kletka (Control Cage)

http://www.blendernewbies.com/tools/subdivisionmodeling/subd_PRIMER/page2.html6

Subdivizija (Porazdeljene ploskve)

kontrolna kletka (Control Cage)

• z interpolacijo (shema zahteva ujemanje z lego verteksev v originalni mreži)• z aproksimacijo (določi lego verteksev, kot je potrebno za najboljši rezultat, rezultati so bolj gladke površine)• definirana za različne vrste poligonov

za kvadrisete za trisete

Delitev

kontrolna kletka (Control Cage)

Z aproksimacijo:• Catmull-Clark (bi-cubic uniform B-spline)• Doo-Sabin (bi-quadratic uniform B-spline surface)• Loop, Triangles Loop (quadric box-spline)• Mid-edge (four directional box- spline)• 3 (za trisete)

Z interolacijo:

• Butterfly (triseti)• Midedge (kvadriseti)• Kobbelt (kvadriseti)

https://doc.cgal.org/4.2/CGAL.CGAL.3D-Surface-Subdivision-Methods/html/index.html

Delitev

Delovanje

http://graphics.pixar.com/opensubdiv/docs/subdivision_surfaces.html

Feature Adaptive SubdivisionUniform Subdivision

http://http.developer.nvidia.com/GPUGems2/gpugems2_chapter07.html

http://www.youtube.com/watch?v=ckOTl2GcS-E

Catmull-Clark

Catmull-Clark

http://yoshihitoyagi.com/projects/mesh/subdiv/catmull/

Catmull-Clark

http://www.holmes3d.net/graphics/subdivision/

Doo-Sabin

http://graphics.cs.ucdavis.edu/education/CAGDNotes/Doo-Sabin/Doo-Sabin.html

Doo Sabin

Loop

http://en.wikipedia.org/wiki/Loop_subdivision_surface

Loop subdivizija

• za mreže iz trisetov

http://www.holmes3d.net/graphics/subdivision/

Loop subdivizija

Catmull-Clark

Midedge

Midedge subdivizija

• najenostavnejša metoda (sredina robov)

Dr. Scott Schaefer

http://www.slideworld.com/slideshow.aspx/3D-Modeling-Subdivision-Surfaces-ppt-2201128

Primer modeliranja

Digital Modeling, Wiliam Vaugham

http://www.youtube.com/watch?v=k_S1INdEmdI

Uporaba: sprememba geometrije objekta nizkoločljivostno modeliranje + subdivizija detajli

Slabosti: ni neskončnih krivulj deluje najbolje na kvadrisetih ni uporaben za tehnične objekte

3D modeling & surfacing : modeling and surfacing / Bill Fleming

Modeliranje s krivuljami

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

Soraya, Unielle

http://www.superyachts.com/semi-custom-yacht-616/soraya-46-video.htm

• http://www.youtube.com/watch?v=HJez_QaCQ0U

• CAD• CAM• CAE

Modeliranje s krivuljamiUL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

https://www.youtube.com/watch?v=m9U_XmnHQMU

Pretvorba krivulje - poligoniUL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

kontrolna točka tangentna točka, kontrolna ročica krivulja v numerični analizi je to posebna krivulja, ki je določena deloma s polinomi

Krivulje in mreža krivulj (splines, patches)

3D modeling & surfacing : modeling and surfacing / Bill Fleming

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

kontrolna točka s faktorjem vpliva (control point, weight) vozelni, kontrolni vektor (control knot): kako na krivuljo vplivajo kontrolne točke red krivulje (NURBS order): nižji red – krivulja sledi linijam med kont. točkami; višji red – gladkejša krivulja primer Blender: Uniform, Endpoint, Bezier

Sestavni deli krivulje (Blender)IN

TE

RN

A U

PO

RA

BA

http://en.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9zier_curve

Kerlow, Isaac Victor: The art of 3-D computer animation and imaging

Konstrukcija Bézierove krivulje 1., 2., 3. in 4. reda

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

kontrolne točke (control points) urejevalne točke (edit points)

i – št. kontrolnih točk n – stopnja osnovne funkcije

N i,n (u)

NURBS (Non Uniform Rational Basis (B-) Spline)UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

• neenakomerna racionalna osnovna krivulja

kontrolna točka

UV parametrični prostor je UV koordinatni sistem izoparametri so križajoče se linije

površina (patch)

krivulja (spline)

NURBS površine (NURBS Patches)UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

isokrivulja

spline-patchingupodabljanje: E. Catmull [CATM74]

NURBS krivulje (Blender), kontrolni vektorji (vozli)

http://wiki.blender.org/index.php/Doc:2.6/Manual/Modeling/Surfaces

kontrolni vozelni vektor na u in v osi vrste površin (Blender:Uniform, Endpoint, Bezier)

http://wiki.blender.org/index.php/Doc:2.6/Manual/Modeling/Surfaces

Primitivi (Blender)

http://docs.mcneel.com/rhino/5/help/en-us/commands/curvatureanalysis.htm

Analiza krivulj (Curvature Analysis)

Rinocheros, NURBS modleing for Windows

Geometrična kontinuirnost, kontrola kontinuiirnosti

Positional continuity (G0): površine se ujemajo v legi, vektorjev ne (odboji svetlobe?!) Tangential continuity (G1): površine se ujemajo v legi in tangentah, končni vektorji krivulj ali površin so vzporedni, kažejo v isto smer Curvature continuity (G2): površine se ujemajo v legi, tangentah in krivuljnih paranmetrih, vektorji krivulj so enako veliki, kažejo v enako smer (perfektno gladke krivulje)

Rinocheros, NURBS modleing for Windows, Rhino level2.pdf

Zebra analiza (Zebra Analysis)iirnosti

http://www.youtube.com/watch?v=3BCan5rxQgk

Derakhshani D.:Introducing Maya 3D 8 for beginners

Loftii

neskončna natančnost krivulj matematična določljivost z ustreznimi algoritmi fleksibilnost pri modeliranju, dodajanje kontrolnih točk brez spremembe geometrije hitra pretvorba v poligone manjše napake pri deformacijah krivulj možna hitra numerična ocena s pomočjo algoritmov kvaliteta je imuna na transformacije (rotacija, translacije se izvajajo na kontrolnih točkah) porabijo zelo malo spomina pri shranjevanju

Prednosti uporabe krivuljUL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

krivulja - poligon

problem detajlov, ostrih robov, deformacij pred upodabljanjem pretvorba v poligone (interakcija poligoni svetloba in ne krivulja svetloba) kompleksen delokrog intuitivnost uporabe kontrolnih točk (?!) luknje 3D modeling & surfacing : modeling and surfacing / Bill Fleming

Slabosti uporabe krivuljUL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

Implicitne površine - Metakrogle in meta objekti

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

• James F. Blinn leta 1982: Cosmos – Blobby models• Terminator 2 (1991): T-1000 Liquid Metal Cyborg• tekočine, mehki objekti (statično, animiranje)

Opisne krogle, metakrogle UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

https://www.youtube.com/watch?v=u8h8d2XLWKY

porazdelitev gostote ali potencial (določen z določenim pragom, treshold)

1. geometrija 2. sistem delcev (Partikli)3. s pomočjo drugih pomagal (Helpers)

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

Generiranje metakrogel

• iz krivulj, poligonov• izopovršine (enake lastnosti po celotni površini, sferična oblika)• moč privlaka (+) ali odboja (-) • lega, velikost, močBlender for Dummies

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

blob: adicija blob: subtrakcija

• http://www.youtube.com/watch?v=Dz_oG7sm2HI&feature=related

• http://www.youtube.com/watch?v=W1tl1S-9Ikw

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

• tekočine, mehka telesa • hitro animiranje • interakcija med meta kroglami

PrednostiUL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

• problem medsebojnega delovanja pri modeliranju• problem detajlov• povečevanje objektov • linearni modeli, mehanični- tehnični objekti

SlabostiUL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

Metaobjekti

Ble

nder fo

r Dum

mie

s

UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja

http://www.delta3d.org/filemgmt_data/files/12_Intro%20Blender%20Mesh%20Modeling-MetaBalls.pdf

Metaobjekti UL, NTF, OT, Helena Gabrijelčič Tomc, Osnove 3D modeliranja