Grosses Seminar Bernhard Garthe 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: Face: 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 Funktionen Patch-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 - 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

Transparenz/ Transparency Map Transparenz / Caustics 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

Sichtbare Lichtquellen

Licht Wo Licht ist ist auch Schatten. Shadow Map Raytracing 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

Ohne Volumenlicht mit Volumenlicht

Atmosphärische Effekte wie Nebel können Schatten verursachen. Licht Atmosphärische Effekte wie Nebel können Schatten verursachen.

Rendern Darstellungsarten - Wireframe - Flat Shading - 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 - Phong Shading - Kantenglättung zwischen Polygonen - Farbverläufe innerhalb der Polygone - keine Schatten - Phong Shading - Neuberechnung der Normalen für bessere Schattierungen - Texturen Oberflächeneigenschaften - Transparenzen möglich, aber ohne Refraktionen

Rendern - Raytracing - Radiosity - 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 -Inverse 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

SpaceWarps (Kraftfelder) unsichtbare Objekte FFD Wellen Animation SpaceWarps (Kraftfelder) unsichtbare Objekte FFD Wellen

Animation Bewegungsbahnen

3D Studio Max Objektkonzept viele Symbole zu vollgestopft 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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