3D модель

3D-модели часто используются в видеоиграх, симуляциях, 3D-редактировании, САПР и других приложениях компьютерной графики. 3D-модель может содержать 3D-представление объекта, персонажа или даже всей 3D-сцены, а также к ней могут быть применены материалы, освещение и анимация, чтобы сделать их очень реалистичными.

Вершины и грани

В основе любой 3D-модели на основе сетки лежат вершины и грани. Вершина — это точка в трехмерном пространстве, и модель может содержать многие тысячи или даже миллионы таких точек. Без каких-либо граней трехмерную сетку, состоящую только из вершин, обычно называют Облако точек, а при визуализации на экране компьютера он будет выглядеть как группа точек общей формы трехмерного объекта.

Помимо вершин, сетка 3D-модели также содержит грани, иногда называемые поверхностями. Грани — это то, что соединяет вершины вместе, определяя базовую форму трехмерного объекта. Как минимум грань будет состоять из трёх точек, образующих треугольную сетку; однако некоторые форматы 3D-моделей, такие как OBJ поддержка более чем трехсторонних граней. Помимо лиц, 3D-модель также содержит нормали лиц. Это просто векторы, которые определяют направление, в котором указывает лицо, и в основном используются программным обеспечением для 3D-рендеринга, чтобы определить, обращено ли лицо вперед или назад.

Чайник, представленный в виде облака точек

Чайник представлен в виде каркаса

Чайник с сетчатыми гранями

В большинстве форматов 3D-моделей вершины хранятся в непрерывном списке, а точки, составляющие грани, определяются как смещения в этом списке. Это позволяет использовать вершину нескольким граням без необходимости определять ее более одного раза. Существуют некоторые старые 3D-форматы, такие как STL, которые не используют этот индексированный подход и просто указывают три вершины на грань, игнорируя дублирование данных, которое это может вызвать.

Материалы и текстуры

Поскольку вершины и грани определяют общий размер и форму 3D-модели, теперь мы посмотрим, как 3D-модели определяют свой внешний вид. Здесь в игру вступают материалы. Базовый материал может содержать цвет, и этот материал можно применять к отдельным вершинам, граням или частям 3D-модели. Более сложные материалы можно определить с помощью файлов изображений текстур.

Вершинные материалы

Поддержка применения материала к отдельным вершинам не является универсальной и поддерживается только в определенных форматах, таких как WRL и 3MF, имея возможность это сделать. С помощью вершинных материалов можно создавать плавные переходы между цветами разных точек на грани.

Лицевые материалы

Большинство форматов 3D-моделей поддерживают лицевые материалы, что позволяет точно контролировать внешний вид 3D-модели. В большинстве форматов 3D-моделей, поддерживающих лицевые материалы, каждой грани обычно присваивается индекс используемого материала, что исключает дублирование информации о материале. Здесь у нас есть пример 3D-модели куба: первое изображение показывает куб с использованием цветов вершин. На втором изображении показаны одноцветные материалы лицевой поверхности, а на окончательном изображении 3D-куб с использованием текстурированных материалов.

3D-куб с цветами вершин

3D-куб с цветами граней

3D-куб с текстурированными гранями

Анимации

Наряду с геометрией сетки, описывающей построение 3D-объектов, некоторые форматы, такие как FBX поддерживает анимированные 3D-модели; Обычно это модели персонажей, которые часто используются в видеоиграх и анимационных фильмах и, среди прочего, содержат различные анимации, изображающие позы. Для получения дополнительной информации о 3D-анимации обратитесь к этому замечательному статья который очень подробно описывает анимированные 3D-модели.