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Os modelos 3D são um dos blocos de construção essenciais da computação gráfica 3D. Sem eles, não haveria animação por computador – nenhum “Toy Story”, nenhum “Wall-E”, nenhum grande ogro verde. Também não haveria jogos em 3D, e os comerciais de automóveis não seriam tão bons como estão hoje. Cada objeto, personagem e ambiente em cada filme animado por computador ou videogame 3D é composto de modelos 3D. Neste guia, dividimos os principais componentes de um modelo 3D, explicando faces, arestas, vértices e muito mais.
O que é um modelo 3D?
Um modelo 3D é uma representação matemática de qualquer objeto tridimensional (real ou imaginário) em um ambiente de software 3D. Ao contrário de uma imagem 2D, os modelos 3D podem ser visualizados em suítes de software especializado de qualquer ângulo, onde podem ser redimensionados, girados ou modificados livremente. O processo de criação e modelagem de um modelo 3D é conhecido como modelagem 3D.
Tipos de modelos 3D
Dois tipos principais de modelos 3D são usados na indústria de filmes e jogos. A diferença mais aparente entre eles é a maneira como são criados e manipulados (existem diferenças na matemática subjacente também, mas isso é menos importante para o usuário final).
Superfície NURBS
Um B-spline racional não uniforme, ou NURBS, é um modelo de superfície lisa criado por meio do uso de curvas de Bezier (pense nisso como uma versão 3D da ferramenta caneta MS Paint). Para formar uma superfície NURBS, o artista desenha duas ou mais curvas em um espaço 3D, que são manipuladas por alças móveis chamadas vértices de controle (CVs) ao longo dos eixos x, y ou z. O aplicativo de software interpola o espaço entre as curvas e cria uma malha suave entre elas. As superfícies NURBS têm o mais alto nível de precisão matemática e são mais comumente usadas em modelagem para engenharia e design automotivo.
Modelo Poligonal
Modelos poligonais, ou “malhas”, como costumam ser chamados, são a forma mais comum de modelo 3D encontrada na indústria de animação, cinema e jogos, e são do tipo que enfocaremos no restante do artigo .
Os componentes de um modelo poligonal
Em uma boa modelagem, os polígonos são de quatro lados (quads—A norma em modelagem de caráter / orgânica) ou de três lados (tris—Usado mais comumente em modelagem de jogos). Bons modeladores buscam eficiência e organização, tentando manter a contagem de polígonos o mais baixo possível para a forma pretendida. O número de polígonos em uma malha é chamado de poli-contagem, enquanto a densidade do polígono é chamada resolução. Os melhores modelos 3D têm alta resolução onde mais detalhes são necessários, como as mãos ou rosto de um personagem, e baixa resolução em regiões de baixo detalhe da malha. Normalmente, quanto mais alta a resolução geral de um modelo, mais suave ele aparecerá na renderização final. Malhas de resolução mais baixa parecem quadradas (lembre-se Mario 64?). Os modelos poligonais são muito semelhantes às formas geométricas que você provavelmente aprendeu no ensino médio. Assim como um cubo geométrico básico, os modelos poligonais 3D são compostos de rostos, arestas, e vértices. Na verdade, a maioria dos modelos 3D complexos começa como uma forma geométrica simples, como um cubo, esfera ou cilindro. Essas formas 3D básicas são chamadas objetos primitivos. Os primitivos são então modelados, moldados e manipulados em qualquer objeto que o artista esteja tentando criar.
- Rostos: A característica definidora de um modelo poligonal é que (ao contrário das superfícies NURBS) as malhas poligonais são lapidado, o que significa que a superfície do modelo 3D é composta por centenas ou milhares de faces geométricas.
- Arestas: Uma aresta é qualquer ponto na superfície de um modelo 3D onde duas faces poligonais se encontram.
- Vértices: O ponto de intersecção entre três ou mais arestas é chamado de vértice (pl. vértices) A manipulação de vértices nos eixos x, y e z (carinhosamente chamados de “empurrar e puxar vértices”) é a técnica mais comum para moldar uma malha poligonal em sua forma final em pacotes de modelagem tradicionais como Maya, 3Ds Max etc.
As técnicas são muito, muito diferentes em aplicativos de escultura como ZBrush ou Mudbox.
Texturas e Shaders
Sem texturas e shaders, um modelo 3D não seria muito parecido. Na verdade, você não seria capaz de ver nada. Embora as texturas e os sombreamentos não tenham nada a ver com a forma geral de um modelo 3D, eles têm tudo a ver com sua aparência visual.
- Shaders: Um sombreador é um conjunto de instruções aplicadas a um modelo 3D que permite ao computador saber como deve ser exibido. Embora as redes de sombreamento possam ser codificadas manualmente, a maioria dos pacotes de software 3D tem ferramentas que permitem ao artista ajustar os parâmetros do sombreador com grande facilidade. Usando essas ferramentas, o artista pode controlar a maneira como a superfície do modelo interage com a luz, incluindo opacidade, refletividade, realce especular (brilho) e dezenas de outros.
- Texturas: As texturas também contribuem muito para a aparência visual de um modelo. Texturas são arquivos de imagem bidimensionais que são mapeados na superfície 3D do modelo por meio de um processo conhecido como mapeamento de textura. As texturas podem variar em complexidade, desde simples texturas de cores planas até detalhes de superfície totalmente fotorrealistas.
Texturização e sombreamento são um aspecto importante do pipeline de computação gráfica, e tornar-se bom em escrever redes de sombreadores ou desenvolver mapas de textura é uma especialidade por si só. Os artistas de texturas e shaders são tão instrumentais na aparência geral de um filme ou imagem quanto os modeladores ou animadores.
