Model 3D

Modele 3D są często używane w grach wideo, symulacjach, edycji 3D, CAD i innych zastosowaniach grafiki komputerowej. Model 3D może zawierać trójwymiarową reprezentację obiektu, postaci, a nawet całej sceny 3D i można do niego zastosować materiały, oświetlenie i animacje, aby uczynić je bardzo realistycznymi.

Wierzchołki i ściany

Sercem każdego modelu opartego na siatce 3D są wierzchołki i ściany. Wierzchołek to punkt w przestrzeni 3D, a model będzie zawierał wiele tysięcy, a nawet milionów takich punktów. Siatka 3D, która nie zawiera żadnych ścian, składa się wyłącznie z wierzchołków, jest powszechnie określana jako a Chmura Punktów, a jeśli zostanie wyrenderowany na ekranie komputera, pojawi się jako grupa punktów w ogólnym kształcie obiektu 3D.

Oprócz wierzchołków siatka modelu 3D będzie zawierać także ściany, czasami nazywane powierzchniami. Ściany łączą ze sobą wierzchołki, aby zdefiniować podstawowy kształt obiektu 3D. Powierzchnia będzie składać się co najmniej z trzech punktów, tworząc trójkątną siatkę; jednak niektóre formaty modeli 3D, takie jak OBJ obsługują więcej niż ściany trójstronne. Oprócz twarzy model 3D będzie zawierał także normalne twarze. Są to po prostu wektory definiujące kierunek, w którym skierowana jest twarz, i są używane głównie przez oprogramowanie do renderowania 3D w celu ustalenia, czy twarz jest skierowana do przodu, czy do tyłu.

Czajniczek renderowany jako chmura punktów

Czajniczek renderowany jako model szkieletowy

Czajniczek renderowany z jego siatkowymi powierzchniami

W większości formatów modeli 3D wierzchołki są przechowywane na ciągłej liście, a punkty tworzące ściany są definiowane jako przesunięcia na tej liście. Dzięki temu wierzchołek może być używany przez wiele ścian bez konieczności definiowania go więcej niż raz. Istnieją pewne starsze formaty 3D, takie jak STL, które nie korzystają z tego indeksowanego podejścia i po prostu określają trzy wierzchołki na ścianę, ignorując duplikację danych, jaką może to spowodować.

Materiały i tekstury

Mając wierzchołki i ściany definiujące ogólny rozmiar i kształt modelu 3D, przyjrzymy się teraz, jak modele 3D definiują swój wygląd. Tutaj w grę wchodzą materiały. Podstawowy materiał może zawierać kolor i można go zastosować do poszczególnych wierzchołków, ścian lub części modelu 3D. Bardziej złożone materiały można zdefiniować za pomocą plików obrazów tekstur.

Materiały wierzchołkowe

Obsługa nakładania materiału na poszczególne wierzchołki nie jest uniwersalna i dotyczy tylko niektórych formatów, np WRL I 3MF, będąc w stanie to zrobić. Dzięki materiałom wierzchołkowym możliwe jest tworzenie płynnych przejść pomiędzy kolorami różnych punktów na powierzchni.

Materiały na twarz

Większość formatów modeli 3D obsługuje materiały powierzchni, co pozwala na precyzyjną kontrolę nad wyglądem modelu 3D. W przypadku większości formatów modeli 3D obsługujących materiały wierzchnie, do każdej powierzchni zwykle przypisany jest indeks materiału, który ma zostać użyty, co zapewnia brak powielania informacji o materiale. Tutaj mamy przykład modelu 3D sześcianu, przy czym pierwszy obraz przedstawia sześcian przy użyciu kolorów wierzchołków. Drugi obraz przedstawia użycie jednokolorowych materiałów wierzchnich, podczas gdy ostateczny obraz przedstawia sześcian 3D wykorzystujący materiały teksturowane.

Kostka 3D z kolorami wierzchołków

Kostka 3D z kolorami twarzy

Kostka 3D z teksturowanymi ścianami

Animacje

Oprócz geometrii siatki opisującej budowę obiektów 3D, niektóre formaty, jak np FBX obsługuje animowane modele 3D; są to zazwyczaj modele postaci często używane w grach wideo i filmach animowanych i zawierają między innymi różne animacje przedstawiające pozy. Więcej informacji na temat animacji 3D można znaleźć w tym wspaniałym artykule artykuł który szczegółowo opisuje animowane modele 3D.