Полигональное моделирование
Наиболее популярным является полигональное моделирование. Нередко можно увидеть в роликах о 3D или фантастических фильмах как тот или иной объект представляется в виде т.н. сетки.
Рисунок А4 - Полигональное моделирование
Рисунок А4 и есть пример полигонального моделирования. Суть его в том, что поверхности представляются в виде простых геометрических двумерных примитивов. В компьютерных играх это треугольники, для других целей обычно используют четырехугольники и фигуры с большим количеством углов. Эти примитивы, из которых состоит модель, называют полигонами. Но при создании 3D объекта стараются обойтись, как правило, четырехугольниками. При необходимости четырехугольники (полигоны) без проблем превращаются в треугольники при экспорте в игровой движок, а при необходимости сглаживания или тесселяции (рисунок А5) модель из четырехугольников получается, как правило, без артефактов.
Рисунок А5 - Тесселяция и сглаживание
Тесселяция — процесс добавления новых выпуклых многоугольников в полигональную сетку с целью повышения детализации сетки.
Если какой-то объект представляется в виде полигонов (особенно органические объекты, например человек), то понятно, что чем меньше размер полигонов, чем их больше, тем более близкой может быть модель к оригиналу.
На этом основан метод тесселяции: сначала изготавливают грубую болванку из небольшого количества полигонов, затем применяют операцию тесселяции, при этом каждый полигон делится на 4 части. Так вот, если полигон четырехугольный (а еще лучше, близок к квадрату) то алгоритмы тесселяции дают более качественный и предсказуемый результат. Также операция сглаживания, а это та же тесселяция, только с изменением углов на более тупые, при близких к квадрату полигонах, позволяет получить хороший результат.
Как было сказано выше, чем больше полигонов, тем более модель может (может, потому, что модель должна быть еще похожа на оригинал, а это вопрос мастерства модельера, а не полигонов) походить на оригинал. Но у большого количества полигонов есть обратная сторона: понижение производительности. Чем больше полигонов, тем больше точек по которым они строятся, тем больше данных приходится обрабатывать процессору. Поэтому 3D графика — это всегда компромисс между детализацией модели и производительностью. В связи с этим даже возникли термины: hight poly и low poly, соответственно высоко полигональная модель и низко полигональная модель.
Как правило, полигональное моделирование относится к пустотелому моделированию.
Сплайновое моделирование (nurbs технология)
Один из эффективных способов создания трехмерных моделей — использование техники сплайнового моделирования. NURBS – это аббревиатура Non-Uniform Rational B-Spline (неравномерный рациональный Би-сплайн), описывающая математическую основу построения кривых или сплайнов, используемых при моделировании этого типа поверхностей.
О
Рисунок А6 — Сплайновое моделирование
сновой NURBS поверхности является кривая. Поверхность создается пересечением кривых. Кривые помогают нам создавать и модифицировать поверхности. В конечном итоге создание модели при помощи сплайнов (трехмерных кривых) сводится к построению сплайнового каркаса, на основе которого создается огибающая трехмерная геометрическая поверхность (рисунок А6).Таким образом создание и редактирование кривых есть важная часть NURBS моделирования. Мы не можем визуализировать кривые, так что они применяются только для создания и редактирования поверхностей.
Производители программ для работы с графикой используют в своих продуктах различные методы моделирования, базирующиеся на разных типах кривых. NURBS кривые предоставляют лучшие свойства из всех остальных типов. Наряду с NURBS кривыми мы можем использовать и другие виды NURBS объектов для моделирования – примитивы, общие геометрические фигуры. Примеры примитивов это сфера, куб, цилиндр, конус и плоскость (рисунок А7).
Рисунок А7 - Примеры примитивов
Из-за особенности строения NURBS поверхности всегда гладкие (у них нет острых краев, присущих полигонам), поэтому они широко используются в органическом моделировании (подобном созданию растительных форм), для создания моделей животных, людей, машин и т. д. NURBS поверхности не состоят из сетки прямоугольников, разбиение поверхностей на многоугольники происходит лишь на этапе рендеринга и предполагает использование оптимального алгоритма для сохранения гладкости. Поэтому при любом приближении соблюдается гладкость поверхности.