Úvod do 3D modelování

EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FOND
Základy 3D modelování a animace
v CGI systémech
Cinema 4D – C4D
PRAHA & EU
INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI
Mgr. David Frýbert
2013
CGI systémy
Computer - generated imagery
- aplikace z oblasti počítačové 3D grafiky
- použití vizualizací a animací pro film, reklamu, prezentace, simulace, atd..
- viz.:
- ukázka produktů www
- použití systémů článek grafika.cz www
3D prezentace
WWW.OPPA.CZ
Použití ve filmu
Film Já, legenda
WWW.OPPA.CZ
Trocha historie
Výzkum 3D grafiky od 60.let v Utahu
- 1968 David Evans zakládá projekt pro rozvoj počítačové grafiky
- základní objevy:
- techniky a algoritmy renderingu
- mapování textur
- stínování těles
⇒ založení významných firem na poli počítačové grafiky:
Adobe Systems (1982), Pixar (1979 Graphics group, 86 Pixar) ,
Silicon Graphics (1982),….
=> nejslavnější model v historii počítačové grafiky
„konvice z Utahu“ viz. wiki
WWW.OPPA.CZ
konvice z Utahu
WWW.OPPA.CZ
Trocha historie
⇒ první grafika ve filmu: Futureworld (1976)
⇒ CGI grafika ve filmu TRON (1982)
⇒ první 3D film PIXAR – Andre and Wally (1984)
⇒ čistě programováno, 1frame = 3dny
⇒ počátky Wavefront – AliasFront – Maya (Autodesk)
⇒ Catmull Clark – základy NURB křivek
⇒ 1988 – Tin TOY - významný posun
⇒ RenderMan – pixar, 3D scan obličeje
⇒ první animovaný celovečerní film: Toy Story (1995) - Pixar
WWW.OPPA.CZ
Modelování
- proces tvarování a vytváření 3D modelu, který může být reprezentován
několika způsoby (metodami)
hraniční reprezentace:
- nejobvyklejší
reprezentace tvaru tělesa (CAD, CAM systémy – modelování, animace)
- boundary representation (B-rep)
- těleso je popsáno jako mnohostěn zcela určený svými hranicemi (stěnami, hranami, body)
metoda CSG (konstruktivní geometrie pevných těles)
- projektování a CAD systémy
- parametrické modelování (zadání přesných parametrů)
- konstruování pomocí primitivních geometrických těles (koule, kvádr, kužel, toroid,…)
- stromová struktura modelu
objemová reprezentace – sledování paprsku
- množina bodových vzorků získaných např. lékařským tomografem
nebo 3D scannerem
WWW.OPPA.CZ
Animace
- způsob vytváření zdánlivě pohybujících se věcí
- z původního slova znamenající oživení
3D animace
- nejde jen o definici pohybu objektů, ale i definice světla, stínů, úhlu kamery
a dalších prvků, které se mění v čase
Základní metody
keyframing
- nejjednodušší metoda 3D animace
- definice klíčových snímků a dotvoření doplňkového
pohybu (přechodu)
animace kostry modelu
- přirozený pohyb živých organismů - IK
- navázání jednotlivých částí
Další techniky: simulace fyzikálních jevů (vodní hladina, gravitace, …),
WWW.OPPA.CZ
motion capture (technika na zachycení reálného pohybu)
motion capture – film Pirates of the Caribbean: At World's End
WWW.OPPA.CZ
Základní pojmy
POLYGON
- jedna rovina z povrchu 3D modelů.
- většinou představována trojúhelníkem (čtyřúhelník, N-úhelník)
- skládáním takových polygonů vzniká povrchová reprezentace
3D objektu
WWW.OPPA.CZ
Základní pojmy
MATERIÁL - TEXTURA
- povrch objektu určující jeho různé vlastnosti. (barva, průhlednost,
geometrie povrchu, textura)
Technika aplikace textury
- mapování, projekce:
• kubická
• UVW mapování
• plošná,…
TEXEL - jeden barevný bod z textury
VERTEX - bod v prostoru z kterého se skládají další elementy
(hrany, polygony,..)
WWW.OPPA.CZ
Základní pojmy
Texturování – mapování textur
Textura: obrázek kterým je „obalen“ objekt
=> bod na objektu má souřadnice X,Y,Z a navíc souřadnice UV určující umístění
textury na daném místě
- technika,
která umožňuje dodat realistický vzhled virtuálnímu
trojrozměrnému modelu
- rastrové textury: klasický rastrový obrázek
- procedurální textury/ shadery: vyjádřeny pomocí matematické funkce
Normála – normálový vektor
- přímka kolmá na daný podprostor (polygon)
WWW.OPPA.CZ
Stínování – shading
drátěný model
flat shading
Gouraud shading
Phong shading
Flat shading - konstantní stínování
každá plocha objektu (polygon) má konstantní barvu
Gourand shading - pro každý polygon se barva vypočte v jeho vrcholech.
- barvy uvnitř ploch se lineárně interpolují.
Phong shading – barva se zjišťuje pro každý bod zvlášť NE jen pro vrcholy
polygonu – vyhlazení povrchu
WWW.OPPA.CZ
Postup tvorby modelu
WWW.OPPA.CZ
Základní pojmy
Rendering – renderování
• tvorba reálného obrazu na základě počítačového modelu scény
a dalších informací (poloha kamery, textury, světla = Radiozita,
Ray-tracing)
• rychlost provedení daných výpočtů je závislá na výkonnosti
daného HW a na optimalizaci scény (množství polygonů,
objektů, osvětlení,…)
WWW.OPPA.CZ
Programy pro 3D modelování a animace
http://www.maxon.net/
Autodesk Maya
blender.org/
http://usa.autodesk.com
3Ds Max Studio
Autodesk Softimage
http://www.newtek.com/lightwave/
http://www.pixologic.com/
WWW.OPPA.CZ
DĚKUJI ZA POZORNOST
Mgr. David Frýbert
2013