3D-Modell

3D-Modelle werden häufig in Videospielen, Simulationen, 3D-Bearbeitung, CAD und anderen Computergrafikanwendungen verwendet. Ein 3D-Modell kann eine 3D-Darstellung eines Objekts, einer Figur oder sogar einer ganzen 3D-Szene enthalten und kann mit Materialien, Beleuchtung und Animationen versehen werden, um es sehr realistisch zu machen.

Eckpunkte und Flächen

Das Herzstück jedes 3D-Netzmodells sind Eckpunkte und Flächen. Ein Scheitelpunkt ist ein Punkt im 3D-Raum, und ein Modell kann viele Tausende oder sogar Millionen davon enthalten. Ohne Flächen wird ein 3D-Netz, das nur aus Eckpunkten besteht, üblicherweise als a bezeichnet Punktwolke, und wenn es auf einem Computerbildschirm gerendert wird, erscheint es als eine Gruppierung von Punkten in der allgemeinen Form des 3D-Objekts.

Neben Eckpunkten enthält ein 3D-Modellnetz auch Flächen, die manchmal als Oberflächen bezeichnet werden. Flächen verbinden die Eckpunkte miteinander und definieren so die Grundform des 3D-Objekts. Eine Fläche besteht mindestens aus drei Punkten, wodurch ein dreieckiges Netz entsteht. Allerdings sind einige 3D-Modellformate, wie z OBJ unterstützen mehr als dreiseitige Gesichter. Neben Gesichtern enthält ein 3D-Modell auch Gesichtsnormalen. Hierbei handelt es sich einfach um Vektoren, die die Richtung definieren, in die das Gesicht zeigt, und die hauptsächlich von der 3D-Rendering-Software verwendet werden, um herauszufinden, ob das Gesicht nach vorne oder nach hinten zeigt.

Eine als Punktwolke gerenderte Teekanne

Die Teekanne als Drahtgittermodell dargestellt

Die Teekanne mit ihren Netzflächen gerendert

In den meisten 3D-Modellformaten werden die Scheitelpunkte in einer fortlaufenden Liste gespeichert und die Punkte, aus denen die Flächen bestehen, werden als Offsets in dieser Liste definiert. Dadurch kann ein Scheitelpunkt von mehreren Flächen verwendet werden, ohne dass er mehr als einmal definiert werden muss. Es gibt bestimmte ältere 3D-Formate, wie z. B. STL, die diesen indizierten Ansatz nicht verwenden und einfach drei Scheitelpunkte pro Fläche angeben, wobei die dadurch möglicherweise verursachte Datenduplizierung ignoriert wird.

Materialien und Texturen

Da die Scheitelpunkte und Flächen die Gesamtgröße und Form des 3D-Modells definieren, schauen wir uns nun an, wie 3D-Modelle ihr Aussehen definieren. Hier kommen Materialien ins Spiel. Ein Grundmaterial kann eine Farbe enthalten und dieses Material kann entweder auf einzelne Eckpunkte, Flächen oder Teile des 3D-Modells angewendet werden. Komplexere Materialien können mithilfe von Texturbilddateien definiert werden.

Scheitelpunktmaterialien

Die Unterstützung für die Anwendung eines Materials auf einzelne Scheitelpunkte ist nicht universell, da nur bestimmte Formate, wie z WRL Und 3MF, dies tun zu können. Mit Scheitelpunktmaterialien ist es möglich, sanfte Übergänge zwischen den Farben verschiedener Punkte auf einer Fläche zu erzeugen.

Oberflächenmaterialien

Die meisten 3D-Modellformate unterstützen Oberflächenmaterialien, was eine genaue Kontrolle über das Erscheinungsbild des 3D-Modells ermöglicht. In den meisten 3D-Modellformaten, die Flächenmaterialien unterstützen, wird jeder Fläche normalerweise ein Index für das zu verwendende Material zugewiesen, um sicherzustellen, dass keine Materialinformationen dupliziert werden. Hier haben wir ein Beispiel eines 3D-Modells eines Würfels, wobei das erste Bild den Würfel mit Scheitelpunktfarben zeigt. Das zweite Bild zeigt einfarbige Oberflächenmaterialien, während das letzte Bild den 3D-Würfel mit strukturierten Materialien zeigt.

Ein 3D-Würfel mit Scheitelpunktfarben

Der 3D Würfel mit Flächenfarben

Der 3D-Würfel mit strukturierten Flächen

Animationen

Neben der Mesh-Geometrie, die die Konstruktion von 3D-Objekten beschreibt, gibt es auch einige Formate, wie FBX unterstützt animierte 3D-Modelle; das sind normalerweise Charaktermodelle, die oft in Videospielen und Animationsfilmen verwendet werden und verschiedene Animationen enthalten, die unter anderem Posen darstellen. Weitere Informationen zur 3D-Animation finden Sie in diesem großartigen Artikel das animierte 3D-Modelle sehr detailliert beschreibt.