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3D Design
Grosses Seminar
Bernhard Garthe
Inhalt
- 3D Modellierung
- Texturen und Oberfläche
- Licht
- Rendering
- Animation
- 3D Programme
- Fazit
3D Modellierung
- Unter 3D Modellierung ist in erste Linie die Erstellung eines des Polygongitters zu verstehen.
- Ein Polygongitter (Mesh) besteht aus:-Punkten (Vertices)
-Polygonen
-Face
3D Grundlagen
3D Grundlagen
- Vertex:- keine Größe
- Beim Rendern nicht Sichtbar
- repräsentiert Raumkoordinate
- Zugriff auf einzelne Vertices immer möglich
- Face:- Fläche zwischen den Vertices eines Polygons
- von Normalvektor abhängig
- Sichtbarkeit durch Zuweisung einer Farbe oder Textur
3D Grundlagen
- Polygon:- min 3 Vertices
- unbegrenzte Anzahl an Vertices
- aus Laufrichtung ergeben sich Normale
die die Sichtbarkeit steuern
- Polygone sind der Grundbaustein
jedes Objektes
Grundkörper
- Die einfachste Art der Modellierung ist das Zusammensetzen von Grundkörpern
- Grundkörper sind Schablonen für oft gebrauchte Formen wie z.b.:
- Box
- Kugel
- Pyramide
- Tablettenform
- Diamant
- ...
Grundkörper
Grundkörper
Verbinden von Grundkörpern
- Boolsche Operationen
Verschmelzen
Subtrahieren
Schnittmengen
Grundkörper
- Hierarchische Verknüpfung
- Verkettung von Objekten
- relative Position wird beibehalten
- Zuordnung eines Objektes zu einem anderen
Parent/Child
- Translation
- Rotation
- Scalierung
Grundfunktionen
- Extrude
- Verschiebung eines Objekts entlang eines Vektors
- Skalierung und Verschiebung beim Extrude
- aus einer Fläche wird
ein 3D-Objekt
- Bsp.- 3D Buchstaben
- Profile
Grundfunktionen
- Lathe
- Rotation eines Objekts um eine Achse
- keine Skalierung und Verschiebung beim Verschieben
- aus einer Fläche wird ein rundes 3D-Objekt
- Bsp.- Glas
- Schachfiguren
- Säulen
Grundfunktionen
Grundfunktionen
-Sweep-Tool
- Artverwandt mit Lathe-Tool
- Drehung mit Veränderungen
- Größenänderung
- Zulaufen auf Rotationsachse
Anwendung:
- Schneckenhaus
- Spirale um einen Kegel
- Gewinde einer Schraube
Grundfunktionen
Erweiterte Funktionen
-NURBS
- Non Uniform Rational B Splines
- Splines bei denen nicht die Durchgangspunkte bestimmt werden,
sondern Richtungsvektoren.
- mehr Kontinuität im Kurvenverlauf
- bessere Modellierung von Natürlichen Strukturen als mit Splines
Erweiterte Funktionen
Erweiterte Funktionen
-Skinning
- Verbinden von Spline-Profilen
- Durch Verbindung der Punkte mehrerer Splines kann eine Fläche erzeugt
werden.
- gute Modellierung von Natürlichen Strukturen
Erweiterte Funktionen
Erweiterte FunktionenPatch-Modellierung
- Patch: Wie Polygon nur mit geschwungener Fläche
- Patch wird aus mehreren Polygonen zusammengesetzt
Polygon Patch
Erweiterte Funktionen
Erweiterte Funktionen
-Metaballs
- keine Polygone oder Splines
- keine Probleme mit weichen Übergängen zwischen Körpern
- Intuitive Modellierung mit beeindruckenden
Ergebnissen
- einfaches erstellen natürlicher Formen
z.B. eine Hand
Erweiterte Funktionen
Erweiterte Funktionen Chaos bei Metaballs
Erweiterte Funktionen- FFD (Freiform Deformation)
- Quader die mit Modellen gefüllt werden
- Veränderung des Quaders führt zu einer Veränderung des Eingeschlossenen Modells.
- Modell wird nicht verändert, nach Lösen vom Quader hat es wieder sein ursprüngliches Aussehen
- Einfache Modellierung von leicht veränderten Objekten.
- Bsp. Für Quadermanipulationen-Scale, Twist, Bend, ...
-Jede Veränderung durch Verschieben der Quadereckpunkte
Erweiterte Funktionen
Modellierung- Grundkörper
- Grundfunktionen
- NURBS
- Metaballs / Metakörper
- Freiform Deformation (FFD)
Mit den Vorgestellten Techniken ist die Modellierung aller 3D Objekte realisierbar.
Texturen & Oberflächen- Texturen
- Mappingarten
- Oberflächen- Glanz
- Reflektion
- Transparenz
- Bump Maps /Displacement/Maps
Texturen- Mappingarten
-Kubisches Mapping
-Spherisches Mapping
-Zylindrisches Mapping
-Projektion
Die 3D Software liefert meistens noch viele weitere Mappingmethoden, die aber nahe Verwandte von den 3 Aufgeführten sind.
Texturen
Oberflächen- Glanz / Reflektion
-Glanzlichter, Specularity Map
-Spiegelung, Reflectivity Map
-Nichtmetalle-Weißer Glanz
-Metalle-Glanz in Materialfarbe
Oberflächen- Transparenz/
-Transparency Map
-Transparenz / Caustics
Oberflächen- Bump Maps
-Erzeugen die Illusion einer Senke oder Steigung.
-Verbiegen der Normalvektoren
-Erzeugung von-Furchen
-Falten
-Strukturen
-An den Polygonkanten falsch
Oberflächen- Displacement-Maps
-Ähnlich wie Bump-Maps
-Erzeugen einer Senke oder Steigung.
-Verändern das Mesh des Modells
Licht- Lichquellen
-Radial abstrahlende Lichtquelle
-Spot Lichtquelle
-Paralleles Licht-Simuliert Sonnenlicht
-Ambientes Licht
Die 3D Programme bringen viele
Lichtarten mit, die aber alle den o.g
Gruppen angehören.
-Tube Lichtquelle (Neonröhre)
-SpotLichter mit Zielobjekt
Licht
Licht- Sichtbare Lichtquellen
-Lichtquellen sind bei allen Programmen unsichtbar
-Werden meist durch sehr helle Objekte repräsentiert
-Objekte sichtbarer Lichtquellen
-Lens Flare Effekte- Treten nur bei Kamera auf
- Entsteht durch Unvollkommenheit im Linsenschliff
- Mittlerweile unterstützt jedes Programm diesen Effekt
- Verringert den Realismus einer Scene
- Sollte nur noch bei Exotischen Lichtverhältnissen eingesetzt werden
- Profis meiden Lens Flares inzwischen
Licht- Sichtbare Lichtquellen
Licht- Wo Licht ist ist auch Schatten.
-Shadow Map- Beim Rendern berechnete Bilder werden aus der L Lichtposition auf die Scene Projeziert.
- Weiche Schatten
- Kein Durchleuchten von Transparenten Körpern
-Raytracing- Raytrace Shadows generiert der Renderer,indem er den Pfad der Lichtstrahlen nachzeichnet.
- Schatten mit Scharfen Kanten
- Farbiges Durchscheinen durch Transparente Körper
Licht
Shadow Map Raytracing
Licht
Ohne Volumenlicht mit Volumenlicht
Licht
Atmosphärische Effekte wie Nebel können Schatten verursachen.
RendernDarstellungsarten
- Wireframe- Niedrigste und Schnellste Stufe des Renderings
- Darstellung des Meshs ind der Farbe des Objekts
- Flat Shading
- Polygone haben nur eine Farbe
- keine Schatten
- keine Transparenz
- Glanzlichter sind zu erahnen
Rendern- Gouraud Shading
- Kantenglättung zwischen Polygonen
- Farbverläufe innerhalb der Polygone
- keine Schatten
- Phong Shading
- Neuberechnung der Normalen für bessere Schattierungen
- Texturen Oberflächeneigenschaften
- keine Schatten
- Transparenzen möglich, aber ohne Refraktionen
Rendern- Raytracing
- Neuaufbau der Normalvektoren
- Verfolgung des Lichts (Ray Tracer = Strahlen Verfolger)
- Schatten
- Alle Funktionen der Texturen und Oberflächen
- Radiosity
- Berücksichtigt Licht das von Objekten zurückgeworfen wird.
Dieses Verfahren kann bei Bunten Objekten die von mehreren
Lichtquellen angestahlt werden sehr Zeitaufwendig sein.
Rendern
Rendern- Tiefenschärfe
- Realisierung über Alpha-Maske und darauf angewendeten Weichzeichner
Animation- Keyframes
- Erstellung von Schlüsselbildern mit automatischer Berechnung der Zwischenbilder.
- Die Möglichkeiten der Bewegung zwischen den Keyframes sind durch viele Einstellungen nahezu frei manipulierbar.
- Funktionseditor zur Steuerung von allen Parametern
- Position
- Rotation
- Skalierung
- Transparenz
Animation- Forward Kinematik
- Parent/Child Beziehung zwischen den Objekten
- Child wird bei Transformation des Parent mittransformiert.
-Inverse Kinematik
- dreht die Forward Kinematik um
- Child wird Transformiert und die Parent Objekte versuchen eine Position einzunehmen die zum Child Objekt führt
- Gelenk-Attribute werden berücksichtigt
- Bsp:
- Roboterarm generiert seine Gelenkstellung aus dem zu greifenden Körper.
Animation
Animation- Bone Animation
- Löst das Problem der unsichtbaren Gelenke.
- Verformen das umliegende Mesh
Die Umliegende „Haut“ passt sich den Knochen an.
- können nachträglich hinzugefügt werden
- Bone-Animation und Forward Kinematik/Inverse
Kinematik können gut kominiert werden.
Animation
Animation-SpaceWarps (Kraftfelder)
- unsichtbare Objekte
- FFD
- Wellen
Animation- Bewegungsbahnen
3D Software- 3D Studio Max
- Objektkonzept
- viele Symbole
- zu vollgestopft
3D Software- Lightwave
- Trennung
- Modeller
- Lightwave 3D
- keine Symbole
- keine Objekt
- Layerkonzept
- 999 Layer
3D Software
3D Software Cinema 4D
Fragen ?