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3D Design
Grosses Seminar
Bernhard Garthe
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Inhalt
- 3D Modellierung
- Texturen und Oberfläche
- Licht
- Rendering
- Animation
- 3D Programme
- Fazit
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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
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3D Grundlagen
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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
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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
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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
- ...
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Grundkörper
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Grundkörper
Verbinden von Grundkörpern
- Boolsche Operationen
Verschmelzen
Subtrahieren
Schnittmengen
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Grundkörper
- Hierarchische Verknüpfung
- Verkettung von Objekten
- relative Position wird beibehalten
- Zuordnung eines Objektes zu einem anderen
Parent/Child
- Translation
- Rotation
- Scalierung
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Grundfunktionen
- Extrude
- Verschiebung eines Objekts entlang eines Vektors
- Skalierung und Verschiebung beim Extrude
- aus einer Fläche wird
ein 3D-Objekt
- Bsp.- 3D Buchstaben
- Profile
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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
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Grundfunktionen
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Grundfunktionen
-Sweep-Tool
- Artverwandt mit Lathe-Tool
- Drehung mit Veränderungen
- Größenänderung
- Zulaufen auf Rotationsachse
Anwendung:
- Schneckenhaus
- Spirale um einen Kegel
- Gewinde einer Schraube
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Grundfunktionen
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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
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Erweiterte Funktionen
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Erweiterte Funktionen
-Skinning
- Verbinden von Spline-Profilen
- Durch Verbindung der Punkte mehrerer Splines kann eine Fläche erzeugt
werden.
- gute Modellierung von Natürlichen Strukturen
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Erweiterte Funktionen
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Erweiterte FunktionenPatch-Modellierung
- Patch: Wie Polygon nur mit geschwungener Fläche
- Patch wird aus mehreren Polygonen zusammengesetzt
Polygon Patch
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Erweiterte Funktionen
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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
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Erweiterte Funktionen
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Erweiterte Funktionen Chaos bei Metaballs
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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
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Erweiterte Funktionen
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Modellierung- Grundkörper
- Grundfunktionen
- NURBS
- Metaballs / Metakörper
- Freiform Deformation (FFD)
Mit den Vorgestellten Techniken ist die Modellierung aller 3D Objekte realisierbar.
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Texturen & Oberflächen- Texturen
- Mappingarten
- Oberflächen- Glanz
- Reflektion
- Transparenz
- Bump Maps /Displacement/Maps
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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.
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Texturen
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Oberflächen- Glanz / Reflektion
-Glanzlichter, Specularity Map
-Spiegelung, Reflectivity Map
-Nichtmetalle-Weißer Glanz
-Metalle-Glanz in Materialfarbe
![Page 33: 3D Design Grosses Seminar Bernhard Garthe Inhalt - 3D Modellierung - Texturen und Oberfläche - Licht - Rendering - Animation - 3D Programme - Fazit](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062404/55204d7549795902118ca09a/html5/thumbnails/33.jpg)
Oberflächen- Transparenz/
-Transparency Map
-Transparenz / Caustics
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Oberflächen- Bump Maps
-Erzeugen die Illusion einer Senke oder Steigung.
-Verbiegen der Normalvektoren
-Erzeugung von-Furchen
-Falten
-Strukturen
-An den Polygonkanten falsch
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Oberflächen- Displacement-Maps
-Ähnlich wie Bump-Maps
-Erzeugen einer Senke oder Steigung.
-Verändern das Mesh des Modells
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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
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Licht
![Page 38: 3D Design Grosses Seminar Bernhard Garthe Inhalt - 3D Modellierung - Texturen und Oberfläche - Licht - Rendering - Animation - 3D Programme - Fazit](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062404/55204d7549795902118ca09a/html5/thumbnails/38.jpg)
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
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Licht- Sichtbare Lichtquellen
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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
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Licht
Shadow Map Raytracing
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Licht
Ohne Volumenlicht mit Volumenlicht
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Licht
Atmosphärische Effekte wie Nebel können Schatten verursachen.
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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
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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
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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.
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Rendern
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Rendern- Tiefenschärfe
- Realisierung über Alpha-Maske und darauf angewendeten Weichzeichner
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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
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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.
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Animation
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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.
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Animation
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Animation-SpaceWarps (Kraftfelder)
- unsichtbare Objekte
- FFD
- Wellen
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Animation- Bewegungsbahnen
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3D Software- 3D Studio Max
- Objektkonzept
- viele Symbole
- zu vollgestopft
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3D Software- Lightwave
- Trennung
- Modeller
- Lightwave 3D
- keine Symbole
- keine Objekt
- Layerkonzept
- 999 Layer
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3D Software
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3D Software Cinema 4D
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