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

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