osnove 3d modeliranja - naravoslovnotehniška fakulteta · osnove 3d modeliranja ul, ntf, ot, kigt,...

copyright © 2005 | update software AG | 22.04.2016UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc

OSNOVE 3D MODELIRANJA

Helena Gabrijelčič Tomc, Univerza v Ljubljani, NTF, OTGO, KIGT

»


UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc

Helena Gabrijelčič Tomc

Katedra za informacijsko in grafično tehnologijo

e-mail: [email protected]

SM: http://www.ntf.uni-lj.si/igt/employee/helena-gabrijelcic/

govorilne ure: sreda 12:30h

tel.: 01 200 3 291

2

mailto:[email protected]

http://www.ntf.uni-lj.si/igt/employee/helena-gabrijelcic/

»



Cilji predmeta

osnove 3D računalniške grafike: zgodovina, programska oprema, osnovni principi modeliranja, osvetljevanja, upodabljanja in animiranja, aplikacija v teoriji in praksi

spoznavanje osnovnih 3D tehnik in orodij za prenos znanja in povezovanje s področji interaktivnih medijev, avdio-vizualnih komunikacij in tehnologije

teoretično in praktično izhodišče za nadaljevanje študija sorodnih predmetov in vsebin na 2. stopnji študija

3

»


UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc 4

uvod, zgodovina 3D-ja ploskovni oris prostora

osnovna geometrija, koordinatni sistemi, barvni modeli

osnovni principi 3D modeliranja

zahtevnejši principi 3D modeliranja

svetloba, materiali in teksture

senčenje in luči

kamera in upodabljanje

(osnove 3D animiranja)

Vsebina predavanj

»



Teden Vsebina1 Uvod, Zgodovina, 2 Priprava na modeliranje, Osnovna geometrija3 Modeliranje s primitivi, Modeliranje s preoblikovalci, teksturami4 Digitalno kiparjenje5 Poligonsko modeliranje6 Krivulje, Nurbs7 Subdivizija8 Svetloba in materiali9 Teksture

10 Luči11 Osvetljevanje12 Kamera 13 Upodabljanje14 Osnovne 3D animacije15 Oddaja izdelkov VIS- pisni roki

Vsebina predavanj po tednih

»



Literatura

Erzetič Blaž, Gabrijelčič Helena: 3D od točke do upodobitve, 1. in 2. izdaja

Ami Chopine: 3D Art Essentials: The Fundamentals of 3D Modeling, Texturing, and Animation

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

Watt Alan: 3D computer graphics

Hearn D., Baker M. Pauline: Computer graphics

Arnold Gallardo: 3D Lighting (History, Concepts & Techniques)

Jeremy Birn: Digital Lighting & Rendering

Ratner Peter: 3-D human modeling and animation

Wartmann, Carsten: The Blender book

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

Glassner Andrew S.: 3D computer graphics : a user's guide for artists and designers

VAUGHAN. William. Digital Modeling. 1st ed. New Riders, Pearson Education. 2012.

FLOR de la, Mike. Digital Sculpting with Mudbox: Essential Tools and Techniques for Artists. Focal Press. 2010.

»



Uporabne povezave

www.3dtotal.com

www.turbosquid.com

www.turbosquid.com

www.cgsociety.org

www.3dlinks.com

www.highend3d.com

http://www.blender.org/

http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview

http://www.autodesk.com/products/autodesk-maya/overview

http://www.3dtotal.com/

http://www.turbosquid.com/

http://www.turbosquid.com/

http://www.cgsociety.org/

http://www.3dlinks.com/

http://www.highend3d.com/

http://www.blender.org/

http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview

http://www.autodesk.com/products/autodesk-maya/overview

»



Uvod

»



Računalniška grafika in 3D

tehnika, ki ploskovno orisuje prostorsko (tridimenzionalno) geometrijo

2D vs. 3D

»



3D prostor

http://www.webreference.com/3d/cararra/index.html

http://www.webreference.com/3d/cararra/index.html

»



Vrste 3D modeliranja

http://www.mining-technology.com/contractors/winding/hepburn/hepburn2.html

ploskovno (surface modeling)

prostorsko (solid modeling)

CAD, CAM, CAE

http://dzungnguyen.com/

http://www.mining-technology.com/contractors/winding/hepburn/hepburn2.html

http://dzungnguyen.com/

»



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

Solid vs. surface

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Freeform1.gif

prostorsko (solid modeling) ploskovno (surface modeling)

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

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Freeform1.gif

»



3D

13

stilizirani liki

tehnični objekti

znanstvene simulacije

realizem

3D v realnem času

virtualni svetovi

Kako predstaviti 3D objekt na 2D površini?

Kako predstaviti interakcijo svetloba-materija?

Kako v 3D virtualnem svetu predstaviti gibanje?

http://www.turbosquid.com/3d-models/3d-model-human-brain/624395

http://www.turbosquid.com/3d-models/3d-model-human-brain/624395

»



Delokrog 3D-ja

matematični algoritmi vmesnik

geometrija

modelmateriali

teksture

senčenje

luči

upodabljanje upodobitev modela v

virtualnem 3D prostoru

gledišče

kamera

prostorski ključi

vhodni

ukazi

modelirnik

upodobljevalni pogon

»



Od modeliranja do upodobitve

http://blog.gamerdna.com/2007/03/27/anatomy-of-an-mmorpg/

modeliranje

postavitev na sceno

teksture in materiali

osvetlejvanje

kamera

upodabljanje

postprodukcija

http://blog.gamerdna.com/2007/03/27/anatomy-of-an-mmorpg/

»



Iluzija prostora in prostorski ključi

»



Kompozicijska pravila statičnih upodobitev

pravilo tretjin

uravnoteženost elementov

simetrija in vzorci

vidni kot

ozadje

globina

kadriranje

rezi

...

http://www.123rf.com/photo_4414591_modern-comfortable-interior-with-a-fire-place-3d-

render.html

http://www.123rf.com/photo_4414591_modern-comfortable-interior-with-a-fire-place-3d-render.html

»



Kompozicijska pravila gibajočih upodobitev

forma

narativnost

pravila postavitve na sceno

prehodi med kadri

....

http://www.cgexplorer.com/2008/09/04/review-kung-fu-panda-2008-animated-feature-film/

http://www.cgexplorer.com/2008/09/04/review-kung-fu-panda-2008-animated-feature-film/

»



Globinski ključi in gradienti 1

19

relativna velikost objektov

prekrivanje (interpozicija)

nagnjenost linij, ploskev ali oblik

konvergenca vzporednih črt

ostrina obrisov in detajlov

relativna višina-lokacija predmeta v vidnem polju

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

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

»



Globinski ključi in gradienti 2

barvna perspektiva

svetlost

tekstura

zračna perspektiva

sence predmetov

http://www.ak3d.de/all/samsung-galaxy-3d-product-visualisation/

http://www.ak3d.de/all/samsung-galaxy-3d-product-visualisation/

»



relativna velikost objektov prekrivanje

Digital lightning and rendering: Jeremy Birn

»



nagnjenost linij, ploskev ali oblik konvergenca vzporednih črt

ostrina obrisov in detajlov


»



relativna višina-lokacija predmeta v vidnem polju barvna perspektiva


»



svetlost tekstura


»



zračna perspektiva sence predmetov


»



Zgodovina 3D-ja

»



»



William Fetter (1960)

http://wanlinksniper.blogspot.com/2009/10/william-fetter-and-boeing-man.html

http://wanlinksniper.blogspot.com/2009/10/william-fetter-and-boeing-man.html

»



Ivan Southerland (1963)

Sketchpad: A man – machine Graphical Communications System, prvi grafični vmesnik

Sketchpad Demo (1/2, 2/2)

3

filmi 1 pred/Ivan Sutherland Sketchpad Demo (22).mp4

»



https://vimeo.com/16292363

https://vimeo.com/16292363

»



Mrežni objekti

opis z mrežami: z verteksi in robovi

vidni skriti robovi (HSR)

»



Materiali in osvetljevanje

algoritem za skrivanje nevidnih robov (Hidden Surface Removal)

ploskovno senčenje (flat shading)

večanje resolucije: povečanje števila poligonov

Gouraud senčenje (Henry Gouraud)

Phong senčenje (Phong Bui Toung, 1974)

http://www.camillotrevisan.it/cad2002/rendering_03/Rendering_03.htm

http://www.camillotrevisan.it/cad2002/rendering_03/Rendering_03.htm

»



Teskturiranje

Edwin Catmull (1974):

teksturiranje, Z-buffer, upodabljanje ukrivljenih objektov

http://sophia.javeriana.edu.co/~ochavarr/computer_graphics_history/historia/ http://en.wikipedia.org/wiki/Z-buffering

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Z_buffer.svg

http://sophia.javeriana.edu.co/~ochavarr/computer_graphics_history/historia/

http://en.wikipedia.org/wiki/Z-buffering

»



Materiali

Benoit Mandelbrot (1975): teorija fraktalnih naborov

http://www.andrewclem.com/Chaos.html

http://www.andrewclem.com/Chaos.html

»



Teskturiranje

James Blinn (1976):

bump mapiranje

“environment” mapiranje (tehnika odboja okolice na objektu)

http://escience.anu.edu.au/lecture/cg/Texture/whatElse3.en.html

http://escience.anu.edu.au/lecture/cg/Texture/whatElse3.en.html

»



Začetki na velikem platnu

1976 in 1977: 3D računalniška grafika v filmu

Future World Star Wars

http://www.youtube.com/watch?v=BZCcpsOpQgs http://www.youtube.com/watch?v=9gvqpFbRKtQ

filmi 1 pred/FUTUREWORLD TRAILER 1976.mp4

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

http://www.youtube.com/watch?v=9gvqpFbRKtQ

»



1982, prva celovečerna filma s 3D tehniko

Tron (Disney) Star Trek: The Wrath of Khan

http://www.youtube.com/watch?v=1fSUos8x73I&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=5rM4ODtN64M

http://www.youtube.com/watch?v=1fSUos8x73I&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=5rM4ODtN64M

»



Animirani filmi

1995 Toy story (Disney, Pixar): v celoti 3D tehnika

http://www.youtube.com/watch?v=ZivIO58KISI&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=ZivIO58KISI&feature=related

»



..... sledilo je

Don Greenberg: odboji z energijo

Commodor: Amiga računalniki (1985)

Silicon Graphics Incorporated – računalnik IRIS 3000 (1986)

prvi 3D programi: Caligari (trueSpace), Turbo Silver (Imagine) in LightWave

sledenje žarku (Ray tracing)

razpršena osvetlitev, indirektna osvetlitev (Radiosity)

kavstika

spektralna analiza

B-krivulje (B-spline)

UV teksturiranje

osvetljevanje z okolico HDRI (High Dynamic Range Imaging)

algoritmi za doseganje fotorealizma

»



Stanje

http://www.zbrushcentral.com/showthread.php?165145-portrait-attempt

http://www.zbrushcentral.com/showthread.php?165145-portrait-attempt

»



https://www.youtube.com/watch?v=CYBR6lCiQ6U

https://www.youtube.com/watch?v=CYBR6lCiQ6U

»



Sintel (2010)

Elephants Dream (2006)

Big Buck Bunny (2008)

http://www.blendernation.com/2010/11/03/sintel-comic-book/

UI

sistem delcev

upodabljanje

simulacija dima

animiranje

http://www.youtube.com/watch?v=HomAZcKm3Jo

https://www.youtube.com/watch?v=IN6w6GnN-Ic

http://www.blendernation.com/2010/11/03/sintel-comic-book/

http://www.youtube.com/watch?v=HomAZcKm3Jo

https://www.youtube.com/watch?v=IN6w6GnN-Ic

»



Tears of Steel

http://mango.blender.org/download/

http://www.tearsofsteel.org/

http://www.blenderguru.com/27-inspiring-blender-animations-that-will-make-your-jaw-drop/

http://www.youtube.com/watch?v=R6MlUcmOul8

http://mango.blender.org/download/

http://www.tearsofsteel.org/

http://www.blenderguru.com/27-inspiring-blender-animations-that-will-make-your-jaw-drop/

http://www.youtube.com/watch?v=R6MlUcmOul8

»



Programska oprema

»



Blender

»



3ds Max

»



Maya

»



Cinema 4D

»



Houdini

»



Rhino

»



Solidworks

»



Specifična programska oprema

»



ZBrush

»



Poser

»



Robert Muža: Cinema 4D, Poser

»



Mudbox

»



Bryce3D

»



Terragen

»



Fusion360

osnove 3d modeliranja - naravoslovnotehniška fakulteta · osnove 3d modeliranja ul, ntf, ot, kigt,...

Documents