Типи 3Д моделювання: полігональне, сплайнове та NURBS моделювання

Полігональне моделювання, сплайнове чи NURBS – це всі методики створення віртуальних зображень, які з максимальною точністю відображають зовнішній вигляд, форму та об’єм об’єкта. Висока точність деталізації та наближеність до реальної візуалізації робить цей вид образотворчого мистецтва затребуваним відгалуженням у сфері сучасної графіки.

Цифрові моделі тривимірного формату створюються спеціальними дизайнерами, які втілюють у життя проекти будь-якої складності для різного бізнесу: будівництва, архітектури, автомобілебудування, реклами, індустрії моди та краси, ювелірної справи, медицини, компаній, що спеціалізуються на ландшафтному дизайні та інтер’єрі, багато іншого.

Будь-які види 3d моделювання допомагають точно відтворити майбутній об’єкт, наблизивши його зображення на екрані комп’ютера до реального вигляду. Це спрощує процес проектування, виготовлення, презентації, оскільки барвисто, детально та містко демонструє неживий предмет, а також живого персонажа.

Що являє собою полігональне моделювання

Полігональне моделювання – це одна із перших технологій у сфері створення об’ємних моделей. Ґрунтується вона на визначенні точок у просторі по осях координат. При поєднанні цих позначок відрізками виходять багатокутники або, як вони називаються у графіку, полігони. Дані фрагменти можуть мати різну геометричну форму, забарвлення та текстуру. Саме зображення виходить шляхом з’єднання кількох полігонів.

Метод полігональний – це зручна методика, оскільки завдяки їй можна сформувати будь-який об’єкт різного ступеня складності. Однак є і недолік, який полягає у копіткості, складності та тривалості робочого процесу. Для забезпечення високого ступеня деталізації доводиться робити дуже багато дрібних елементів, інакше, краї будуть ограненими, а малюнок “плоский”

Особливо непрості полігональні моделі, що призначаються для багаторазового збільшення, тому що в таких ситуаціях трикутників, чотирикутників та іншого знадобиться величезна кількість (без них при наближенні сітки не буде видно чітких форм, обсягів, фактури).

Типи моделювання полігонами: високо, середньо та низькополігональне моделювання

Ця технологія має свої типи моделювання у вигляді підкатегорій, кожна з яких має свої особливості:

Яке вибрати високо, середньо або низькополігональне моделювання, вирішує спеціаліст після оцінки заданих цілей та вимог, що висуваються до готового макету.

Що таке сплайнове моделювання

Види 3d моделювання з моменту зародження цифрової графіки вдосконалювалися, тому з’явилися зручніші, простіші та ефективніші шляхи проектування. Так з’явилося відгалуження сплайнів або кривих ліній.

Сплайнове моделювання полягає у формуванні геометричної поверхні у трьох вимірах за допомогою плавних криволінійних відрізків. Так утворюється скелет, а потім на нього накладається обтічне покриття. Так виходить максимально реалістичне втілення предметів, персонажів із високим рівнем деталізації.

Сплайнове моделювання проводиться двома способами:

В останньому випадку поверхні не складаються із сітки фігур (трикутників, прямокутників тощо), тому широко використовуються для втілення на екранах тварин, людей, машин та інших складних об’єктів, які не мають гострих граней.

У будь-якому випадку, параметричне і NURBS моделювання за участю сплайнів характеризується плавністю контурів, простим згладжуванням загострених граней. Це головна перевага методів, що надає безліч можливостей графічним дизайнерам анімованих роликів, реклами, креслень, архітектурних проектів тощо.

Також до плюсів можна віднести те, що сплайнове моделювання може перетворюватися на полігональне зображення, при цьому можливість модифікації кривих у неї зберігається. При збільшенні масштабу якість не втрачається, оскільки роздільна здатність та точність деталей знаходиться на високому рівні.

Як краще створювати моделі: сплайнами чи полігонами?

Підбирати види моделювання потрібно, виходячи з вимог та параметрів, яким має відповідати результат. Обидві техніки мають свої плюси та мінуси, тому важливо визначитися в одному: яка з технологій краще впорається з поставленим завданням, досягне очікуваного результату у поставлений термін та бюджет.

Параметричне або NURBS моделювання відрізняється точністю при наближенні та плавністю форм. Також таку поверхню з кривих можна масштабувати та виготовляти з такою деталізацією, яку можна встановити ще на етапі прототипування.

Полігональне моделювання має різний рівень точності між площинами та втрачає якість при збільшенні. Для розробки картинок з чітким і реалістичним дозволом потрібно більше часу, сил та вміння. Однак якщо сильна деталізація не потрібна, цей метод буде швидким і не витратним.

Види 3d моделювання сплайнами: NURBS технологія

“Non-Uniform Rational B-Spline” (NURBS моделювання) відносять до сплайнового напрямку, а іноді виділяють як окремий вигляд. Це тривимірне відображення, створене за допомогою спеціальних криволінійних відрізків типу Ст.

Сам принцип графічної діяльності у разі полягає у створенні макета з участю горизонтальних і вертикальних B-сплайнов. З їхньою допомогою вибудовується необхідна форма, а потім елементи з’єднуються між собою полігональними деталями.

NURBS моделювання вважається однією з найсучасніших методик, яка затребувана в кінематографі, рекламі. Воно є практично у всіх популярних програмах і добре поєднується з іншими різновидами.

Крім цього, воно необхідно в точному машинобудуванні, тому що кожна лінія грає роль функції координат і її можна обчислити у будь-якій точці на поверхні. Це дозволяє реалізовувати дуже точні контури та форми макетів, незалежно від фізичних габаритів.

В ювелірній індустрії NURBS моделювання не менш актуальне, тому що на його основі можна робити різні геометричні, органічні, біонічні форми. Воно спрощує планування найдрібніших деталей прикрас, дозволяючи масштабувати цифровий зразок, а також формувати наймудріші, обтічні та складні елементи.

Різновиди NURBS техніки моделювання

NURBS моделювання проводиться в декількох варіантах за рахунок кривих:

Спосіб підбирається, виходячи з індивідуальних завдань та складності проекту.

Найпопулярніше програмне забезпечення

Будь-які типи моделювання реалізуються через спеціальні комп’ютерні програми. Їх існує велика кількість і з кожним днем ​​це число зростає. Проте професійні майстри віддають перевагу вже перевіреним та надійним ПЗ, які можуть бути як платними, так і безкоштовними.

ТОП програмного забезпечення, на якому доступно полігональне, параметричне та NURBS моделювання:

Вибір комп’ютерного забезпечення залежить від складності предметів, що створюються, персонажів.

Види 3Д моделювання: полігональне, сплайнове, і nurbs моделювання

Існує кілька способів 3Д моделювання, які використовує 3Д моделлер: полігональне, сплайнове і NURBS моделювання. Вони можуть застосовуватися як окремо, так і комплексно.

Полігональне моделювання

Полігональне моделювання – це вид 3Д моделювання, яке з’явилося в той час, коли для визначення місцезнаходження точки необхідно було вручну вводити її координати по осях X, Y, Z. Якщо три точки координат задати як вершини і з’єднати їх ребрами, то вийде трикутник, який в 3Д моделюванні називають полігоном.

Полігон з трьома вершинами називається тріангулірованним полігоном, з чотирма вершинами – квадріангулірованним полігоном. Якщо подивитися на моделі, створені за допомогою полігонів, то можна помітити, що більшість з них створені саме полігонами з чотирма і трьома вершинами. Кожен полігон може мати власну текстуру і колір, а об’єднавши кілька полігонів можна отримати модель будь-якого об’єкта. Сполучені між собою полігони утворюють полігональну сітку або полігональний об’єкт.

Для того, щоб краї моделі не мали гранованого виду, необхідно, щоб полігони були малого розміру, а поверхня об’єкта складалася з маленьких площин.

Якщо передбачається точне моделювання об’єкта (високополігональні моделювання), або в подальшому збільшення його зображення, то необхідно будувати модель з великою кількістю полігонів, хоча, якщо на модель об’єкта дивитися здалеку без наближення, досить буде невеликої кількості полігонів. Такі моделі будуть називатися високополігональні і нізкополігональних відповідно.

Незважаючи на те, що полігональне моделювання використовується досить таки часто, особливо в створенні тривимірних комп’ютерних ігор реального часу, останнім часом спостерігається перехід від моделювання полігонів до роботи зі сплайнами (моделювання сплайна).

Сплайнове моделювання

Сплайнове моделювання – це вид 3Д моделювання, при якому модель створюється за допомогою сплайнів (Сплайн – від англ. Spline – гнучке лекало, в 3D – це тривимірна крива). Лінії сплайнів задаються тривимірним набором контрольних точок в просторі, які і визначають гладкість кривої. Всі сплайни зводяться до каркасу сплайна, на основі якого вже буде створюватися огинаюча тривимірна геометрична поверхня.

Крім того, в моделюванні сплайна використовуються примітиви сплайнів (параметричні об’єкти, що використовуються для моделювання об’єкта). Базовими сплайновими примітивами є:

1. Лінія (Line);
2. Дуга (Arc);
3. Спіраль (Helix).
4. Окружність Circle (Circle);
5. Кільце (Donut);
6. Еліпс (Ellipse);
7. Прямокутник (Rectangle);
8. Багатокутник (NGon);
9. Багатокутник у вигляді зірки (Star);
10. Перетин (Section);
11. Сплайновий текст (Text).

У різних програмах, що дозволяють працювати з сплайнами, є й інші більш складні об’єкти сплайнів. Перевага сплайнів об’єктів в тому, що вони володіють гнучкими настройками і завжди можна повернутися до зміни їх форми.

Сплайнове або полігональне моделювання?

Сплайнове моделювання – більш точне, і при масштабуванні (наближенні) якість об’єкта не змінюється. При сплайновому моделюванні форма глечика описується безліччю кривих по екватору кулі. Поверхню, побудовану за допомогою сплайнів можна масштабувати і виготовляти з такою точністю, яка необхідна і яку можна задати на етапі прототипирования.

Форми глечика, створені за допомогою полігонів, мають різну ступінь деталізації між площинами. Виріб з 260 полігонами має ступінь деталізації 35 градусів, з 520 полігонами – 25 градусів, з 1280 полігонами – 10 градусів між гранями. Незважаючи на те, що здалеку виріб здається гладким, а кількість полігонів більше 1000, при виготовленні такого об’єкта будуть невеликі шорсткості, оскільки навіть на маленькому об’єкті помітний кут в 10 градусів між площинами.

Полігональне і сплайнове моделювання можна порівняти за допомогою растрового і векторного зображень: векторне зображення можна масштабувати в будь-яких межах і його якість не буде губитися, а при збільшенні растрового зображення буде губитися якість ліній. Більш наочно на зображенні:

3Д моделі, створені за допомогою сплайнового або полігонального моделювання, зберігаються, як правило, в двох форматах: формати IGES і STL відповідно. Найчастіше на установках прототипування використовуються формати STL, але за допомогою спеціальних програм формат IGES можна перевести в STL. Зверніть увагу, що зворотне перетворення неможливо.

Окремим випадком моделювання сплайнового, який вже став окремим видом 3Д моделювання, є NURBS моделювання.

NURBS моделювання

NURBS моделювання або технологія Non-Uniform Rational B-Spline – це технологія неоднорідних раціональних В-сплайнів, створення плавних форм і моделей, у яких немає гострих країв, як у полігональних моделей. Саме через цю відмінною риси технологію NURBS застосовують для побудови органічних моделей і об’єктів (рослин, тварин, людей).

NURBS-криві, використовувані в даному моделюванні, бувають двох видів: Р (Point) криві і CV (Control Vertex) криві. Point криві управляються вершинами, що знаходяться безпосередньо на самій лінії або об’єкті, а Control Vertex криві управляються точками, що лежать за межами лінії або об’єкта. Різницю наочно видно на ілюстрації:

Програми для 3Д моделювання

• Autodesk 3d max (за допомогою даної програми були створені деякі сцени таких фільмів, як «Матриця», «Парк юрського періоду», «Лара Крофт» та інші);

• Autodesk Maya (дуже популярна програма в кінематографі. За допомогою неї були створені персонажі Голлум («Володар кілець»), мишеня Літтл Стюарт і навіть Шрек);

• Autodesk Softimage (за допомогою даної програми створювалися рекламні ролики M & M’s і Coca-Cola, фільми «Місто гріхів», «Аватар», «Брати Грімм»);

• Autodesk Mudbox – програма, що спеціалізується на високополігональні моделюванні;
• ZBrush від Pixologic – програма спеціально створена для високополігональні моделювання та 3Д скульптінга;
• Houdini від компанії Side Effects Software;
• Lightwave 3D від компанії NewTek;

• Rhinoceros 3D – програма, що спеціалізується на NURBS моделюванні;
• Cinema 4d від компанії Maxon;
• інші.

Команда 3Д дизайнерів і моделлер KOLORO володіє великим досвідом у створенні 3Д моделей, ми використовуємо різні види моделювання та різні програми для моделювання об’єктів. До кожного замовника у нас індивідуальний підхід, і в процесі роботи з ним, ми надаємо необхідну підтримку, консультуємо щодо спірних і супутніх питань. Ми гарантуємо високу якість виконаних нами робіт і чітке дотримання умов і вимог клієнта.

Зв’яжіться з нами по телефону або заповніть форму зворотного зв’язку для того, щоб ми могли запропонувати Вам оптимальну схему виконання вашого проекту. Надішліть нам свою 3Д модель для прорахунку вартості. Консультації та прорахунок вартості – безкоштовно!

Наші контакти: +38(057)-760-26-05; +38(057)-760-26-06; +38(099)-618-87-50; [email protected].