Паперкрафт: объемные фигуры из бумаги, низкополигональные модели

Альтернативные пути

Игровая индустрия разнообразна и многогранна, поэтому далеко не все разработчики стремятся к реализму. Иногда это касается эстетических взглядов, а иногда — финансовых ограничений. В середине 2000-х появились удобные цифровые магазины, через которые независимые студии могли продавать свои игры.

Это стало огромным толчком для развития инди-сцены. У маленьких студий, состоящих из одного или нескольких человек, не было ресурсов для разработки игр с реалистичной графикой. Поэтому они начали экспериментировать с визуальным стилем. Этим же занимались и более крупные студии.

Во второй половине 2000-х стали популярны игры, выполненные в стилистике пиксель-арта. Её преимущество заключается в том, что для получения качественной и эстетически приятной графики не нужны продвинутые художественные навыки. Другая причина популярности — ностальгия по играм 80-х годов.


Undertale (2015)

В условиях ограниченных ресурсов некоторые разработчики пошли по пути упрощения. Игры в стиле low-poly используют простые низкополигональные объекты.


Grow Home (2015)

Также стали применяться некоторые непопулярные и практически забытые техники. Например, в основе всех объектов в Minecraft (2009) лежат не полигоны или спрайты, а воксели — объёмные пиксели, из которых можно собирать целые игровые миры. Если в обычных 3D-объектах полигоны окружают пустое пространство, то воксельные объекты буквально состоят из вокселей, как из кирпичей. Эта особенность легла в основу геймплея Minecraft, потому что она позволила всячески менять окружение — разрушать объекты и строить что-то новое.


Minecraft

На основе вокселей можно создать мир с продвинутыми разрушаемостью и физикой. Пример из Teardown (в процессе разработки)

Элементы моделирования сетки

Объекты, созданные с помощью полигональных сеток, должны хранить разные типы элементов, такие как вершины, рёбра, грани, полигоны и поверхности. Во многих случаях хранятся лишь вершины, рёбра и либо грани, либо полигоны. Рендерер может поддерживать лишь трёхсторонние грани, так что полигоны должны быть построены из их множества, как показано на рис. 1. Однако многие рендереры поддерживают полигоны с четырьмя и более сторонами, или умеют триангулировать полигоны в треугольники на лету, делая необязательным хранение сетки в триангулированной форме. Также в некоторых случаях, таких как моделирование головы, желательно уметь создавать и трёх- и четырёхсторонние полигоны.

Вершина — это позиция вместе с другой информацией, такой как цвет, нормальный вектор и координаты текстуры. Ребро — это соединение между двумя вершинами. Грань — это замкнутое множество рёбер, в котором треугольная грань имеет три ребра, а четырёхугольная — четыре. Полигон — это набор компланарных (лежащих в одной плоскости) граней. В системах, которые поддерживают многосторонние грани, полигоны и грани равнозначны. Однако, большинство аппаратного обеспечения для рендеринга поддерживает лишь грани с тремя или четырьмя сторонам, так что полигоны представлены как множество граней. Математически, полигональная сетка может быть представлена в виде неструктурированной сетки, или неориентированного графа, с добавлением свойств геометрии, формы и топологии.

Поверхности, чаще называемые группами сглаживания, полезны, но не обязательны для группирования гладких областей. Представьте себе цилиндр с крышками, такой как жестяная банка. Для гладкого затенения сторон, все нормали должны указывать горизонтально от центра, тогда как нормали крышек должны указывать в +/-(0,0,1) направлениях. Если рендерить как единую, затенённую по Фонгу поверхность, вершины складок имели бы неправильные нормали. Поэтому, нужен способ определения где прекращать сглаживание для того, чтобы группировать гладкие части сетки, также, как полигоны группируют трёхсторонние грани. Как альтернатива предоставлению поверхностей/групп сглаживания, сетка может содержать другую информацию для расчёта тех же данных, такая как разделяющий угол (полигоны с нормалями выше этого предела либо автоматически рассматриваются как отдельные группы сглаживания, либо по отношению к ребру между ними применяется какая-либо техника, как например разделение или скашивание). Также, полигональные сетки с очень высоким разрешением менее подвержены проблемам, для решения которых требуются группы сглаживания, так как их полигоны настолько малы, что нужда в них пропадает. Кроме того, другая альтернатива существует в возможности просто отсоединения самих поверхностей от оставшейся части сетки. Рендереры не пытаются сглаживать рёбра между несмежными полигонами.

Формат полигональной сетки может определять и другие полезные данные. Могут быть определены группы, которые задают отдельные элементы сетки и полезны для установления отдельных подобъектов для скелетной анимации или отдельных субъектов нескелетной анимации. Обычно определяются материалы, позволяя разным частям сетки использовать разные шейдеры при рендере. Большинство форматов сетки также предполагают UV координаты, которые являются отдельным двухмерным представлением полигональной сетки, «развёрнутым» чтобы показать какая часть двумерной текстуры применяется к разным полигонам сетки.

С чего всё начиналось: из лабораторий в аркадные залы и гостиные

Первые прототипы игр появились ещё в ранние годы существования компьютеров. У них не было экранов, поэтому информация выводилась с помощью лампочек. Примерно так работала одна из первых компьютерных игр в истории — Nimatron, созданная в начале 1940-х годов на основе правил настольной игры «ним».


Схема и изображение Nimatron

В 40-е и 50-е годы компьютеры не выходили за пределы научно-исследовательских лабораторий и выставок, поэтому у игр не было ни единого шанса стать массовым развлечением. Но постепенно технологии совершенствовались, и средства вывода информации всё больше стали напоминать привычные экраны.

Важным шагом на этом пути стала игра «Крестики-нолики», которая выводила информацию с помощью электронно-лучевой трубки — она формировала игровое поле размером 35*15 точек. Игра появилась в 1952 году, но никто за пределами Кембриджа её не увидел.


«Крестики-нолики»

Через шесть лет, в 1958 году, появилась игра «Теннис для двоих», экраном которой выступал осциллограф. Функция экрана в игре была предельно утилитарной: ни одного лишнего элемента — только поле и сам «мячик». Даже ракетки не отображались.

Другие представления

Потоковые сетки хранят грани упорядочено, но независимо, чтобы таким образом сетку можно было пересылать по частям. Порядок граней может быть пространственным, спектральным, или базированным на других свойствах сетки. Потоковые сетки позволяют рендерить очень большие сетки даже тогда, когда они ещё загружаются.

Прогрессивные сетки передают данные о вершинах и гранях с повышающимся уровнем детализации. В отличие от потоковых сеток, прогрессивные сетки дают общую форму целого объекта, но на низком уровне детализации. Дополнительные данные, новые рёбра и грани, прогрессивно увеличивают детализацию сетки.

Нормальные сетки передают постепенные изменения сетки как множество смещений нормалей от базовой сетки. С помощью этой техники, ряд текстур отображает желаемые нарастающие изменения. Нормальные сетки компактны, так как для выражения смещения нужно лишь одно скалярное значение. Однако, техника требует ряд сложных трансформаций чтобы создать текстуры сдвига.

Полигональная модель и основные рекомендации

Предпочтение отдаем геометрическим фигурам из четырехугольников. Проще в  деформации, что позволит сэкономить время,не проводя ненужных манипуляций. Треугольники применяем как можно меньше. Также не стоит использовать сложные геометрические фигуры, с большим количеством ребер и углов, это может привести к деформации текстуры.

Советуем визуализировать только необходимые элементы, построение дополнительных конструкций усложняет, если это мелкие детали, их можно делать, используя текстуры. Эта техника рассчитана на создание объектов с точными формами и чёткими контурами. Маленькие грани строят целостное, они имеют цвет и форму. Указанный способ котируется в промышленном дизайне.

Приемы моделирования объектов

Конструирование с помощью вершин

Основу сетки составляют прямоугольные ячейки, каждая имеет свои вершины, с их помощью происходит редактирование. Что бы создать другой объект, необходимо произвести манипуляции с точками вершин.

В качестве наглядного примера, используется куб, затем, активировав F9, не снимая выделения, переходят в режим редактирования вершин. Задействовав инструмент Move Tool, верхние точки перемещаются, так, что бы примитив принял другую форму. При необходимости сохранить симметрию, удобней всего воспользоваться инструментом Scale Tool.  Воспользовавшись различными инструментами можно добиться совершенно уникальных результатов, например, при вращении, вершинах приобретут спиралевидную форму.

Кроме всего прочего, для вершин существует уникальный метод стёсывания, позволяющий создавать множество граней из одной.

Использование рёбер в проектировании

Этот метод схож с предыдущим, редактирование рёбер осуществляется по тому же принципу, что и с вершинами. На практике это работает следующим образом: в качестве базового элемента создаётся куб, при нажатии клавиш F10 активизируется редактор рёбер. Далее, в качестве примера вытягивается одна и противоположных граней ребра. После чего, появится дополнительная плоскость, такую же операцию можно повторить и с соседними рёбрами.

Проектирование моделей с помощью полигонов

Сразу стоит отметить, это наиболее распространённый метод создания сложных объёмных конструкций. В этом случае работа проводится с полигонами, производя различные манипуляции можно менять форму, размер, создавать более сложные объекты. Как и в предыдущих примерах, редактирование происходит по аналогичному сценарию. Активизировав клавишу F11, запускается редактирование полигонов, предварительно выделив один из примитивов, можно работать с гранями, меняя их положение.

Дополнительно доступно множество приёмов по преобразованию граней.

При разбивании грани на две части, создаётся ещё одно ребро. После активации команды правка, курсор мыши изменится, после этого стоит выделить вершины нового ребра и выйти из режима правки, кликнув на пустом поле. После этого можно совершать любые действия относительно новых рёбер.

Методики построения полигональных моделей

В 3D Max полигональное моделирование – применяется при проектировании трёхмерных изображений. Способ позволяет создавать реалистичные модели с высокой степенью детализации, что даёт преимущество перед другими редакторами.

Создать полигональную модель можно разными способами:

  • Путём соединения примитивов, когда за основу берётся простое геометрическое тело: шар, куб тор, т.п. При необходимости, можно изменить количество граней, таким образом можно задавать любые размеры примитива.
  • Когда другие методы не подходят, объекты создаются путём прорисовывания, ручным способом.
  • Объекты можно создавать путём вытягивания новых граней из исходного полигона.

Полигональное моделирование так же предусматривает и другие способы построения объектов.

  • Производя манипуляции с вершинами, перемещая, удаляя, вращая в разные стороны, можно менять геометрию поверхности.
  • Что бы придать изделию нужную форму, можно работать с рёбрами, изменяя или перемещая их.
  • Иногда, необходимо изменить геометрию модели, сгладить поверхность или наоборот, сделать шероховатой, в этом случае, моделирование осуществляется с помощью полигонов.

Редактирование полигональных моделей осуществляется в окне одного меню Polygons Edit, с помощью этих окон, можно осуществлять другие команды. Они составляют основу любого 3D редактора. Кроме базовых окон, существуют дополнительные панели, без которых получить качественную модель невозможно, к ним относятся:

  • Инструмент Edit Polygons – предназначен перемещать рёбра, грани или вершины, таким образом, меняется форма изделия.
  • Extrude Face – обеспечивает выдавливание граней или вершин;
  • Split Polygon Tool – разбивает грани, путём создания дополнительных рёбер;

Для достижения удачного процесса моделирования следует помнить основное правило построения:

  • Лишние подобъекты не нужные для создания формы, желательно удалить, так как это замедляет процесс обработки. К примеру, некоторые вершины могут оказаться лишними от них избавляются, переключив режим редактирования, что бы удалить не нужные;
  • Симметричные модели желательно создавать из одной половины, после генерируется зеркальная копия. Далее объекты сливаются в одно целое, получившееся изделие сглаживается.
  • Чтобы добиться гладкой поверхности, используют инструмент (Smooth), однако метод заключается в увеличении числа полигонов, по этому, злоупотреблять этим не желательно. В противном случае на обработку детали уйдёт много времени, что затруднит процесс проектирования.

Что такое полигон, полигональное моделирование и полигональные модели?

Полигон – это многоугольник. Это может быть треугольник, четырехугольник, пятиугольник и так далее. Как правило, в компьютерном моделировании, чаще всего применяют четырех угольники. Реже – треугольники и пятиугольники. То есть, полигон, это плоская геометрическая фигура с вершинами и ребрами.

Полигональное моделирование – это создание сетки полигонов, которая повторяет форму нужного объекта. То есть, это построение большого количества полигонов, которые соединены между собой и образуют единую форму объекта.

Полигональная модель – это любой объект, созданный с помощью полигональной сетки. Чем больше полигонов содержит объект, тем менее они заметны. А объект кажется более сглаженным и реалистичным.

Яркий пример полигональных объектов – компьютерные игры. В современных играх используются модели с большим количеством полигонов. Поэтому полигонов практически не видно. А вот в старых играх – полигоны видны даже невооруженным глазом. Чего только стоят «квадратные» колеса у автомобилей и люди, больше похожие на роботов.

В наши дни полигональные модели снова становятся популярными. Правда, теперь уже не в компьютерных играх, а в искусстве. Появляются специалисты, которые занимаются изготовлением полигональных скульптур из бумаги, пластика, дерева и других подходящих материалов.

Составляющие полигональной сетки.

Полигон — это основная часть полигональной сетки. Он содержит в себе такие элементы как:

Вершина (vertex) — это точка пересечения 3-х или более ребер.

При работе с 3D моделями, а конкретнее с полигональной сеткой, вершина зачастую выступает в роли манипулятора, который являются наиболее популярным методом формирования полигональной сетки в ее итоговом виде. Двигая вершины во всех 3-х плоскостях (x,y,z), пользователю удается добиться правильной и нужной ему формы в 3д модели.

Ребро (edge) — Это прямая, которая образуется в любой точки геометрии, при пересечении двух фейсов.

Так же как и в работе с вершинами, перетаскивание ребер, довольно эффективно используется при генерации форм геометрии в компьютерной графики. В некоторых случаях, такой метод является более эффективным и требует меньшего количества телодвижений при выделение составляющих полигональной сетки для корректировки или изменения форм объекта.

Фейс — это плоскость, которая образуется при сочетании не менее трех ребер.

Иногда бывает, что “фейс” путают с “полигоном”, но на самом деле, это не одно и тоже, так как “фейс” — это лишь одна из составляющих полигона. Но именно она и отвечает за то, как мы видим объект и как на него ложатся шейдера и текстуры.

Нормаль — является вектором, который перпендикулярно направлен по отношению к плоскости и граням, к которым он принадлежит. Информация о направление нормали используется при расчетах освещения и при выборе направления фейса по отношению к камере. Если нормаль будет перевернута в сторону от камеры, то модель будет отображаться некорректно.

Низкополигональные модели

Спешу обрадовать тех, кому нравится собирать низкополигональные модели. Их выбор огромен! Одну из таких моделей вы видели в начале статьи. Некоторые другие представлены на иллюстрации ниже. Они очень оригинальны! Важный тукан на ветке или герой, протискивающийся сквозь стену. Деловой красавец-кот или задумчивая лисица. Все эти интерьерные игрушки по-своему прекрасны. Вы тоже так считаете?

А здесь видно, как одна и та же бумажная скульптура смотрится в разных интерьерах.

Я подобрала для вас интересные объемные модели. Уверена, что в этом большом списке вы что-нибудь для себя найдете!

  • кот: вариант № 1 или вариант № 2 или вариант № 3
  • кот на луне
  • пантера
  • лев
  • собака будьдог
  • собака доберман
  • олень
  • рога оленя: вариант № 1 или вариант № 2
  • голова волка
  • голова енота
  • белка
  • лисица
  • панда: вариант № 1 или вариант № 2
  • пингвин
  • птица: вариант № 1 или вариант № 2 или вариант № 3
  • сова: вариант № 1 или вариант № 2
  • тукан
  • фламинго
  • лебедь
  • страус
  • акула
  • белая акула
  • геккон
  • Человек-паук
  • Халк

ВЫБРАТЬ НАБОР ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОЛИГОНАЛЬНОЙ ФИГУРЫ

Порядок действий

Условные обозначения:

— сплошная линия – это граница элемента, по ней нужно вырезать деталь;

— штрих-пунктир – линия сгиба НА СЕБЯ;

— пунктир – линия сгиба ОТ СЕБЯ;

— цифрами обозначены участки склеивания; грани двух деталей с одинаковыми цифрами склеиваются между собой.

Вырежьте все детали.

Сделать это можно ножницами или канцелярским ножом: прикладывайте линейку вдоль сплошной линии и проводите по ней канцелярским ножом.

Если будете вырезать детали именно ножом, подумайте, на что положить листы, чтобы не испортить стол.

Лучше всего использовать специальный коврик для резки. Но при его отсутствии можно задействовать что-нибудь из подручных материалов: лист фанеры или оргалита, кусок линолеума и т. п.

Согните детали в нужных местах.

Чтобы сгибы получились чёткими и аккуратными, нужно ПРОДАВИТЬ каждую линию, т. е. положить вдоль неё линейку и провести по линии с нажимом (“пробиговать”) подходящим инструментом.

В качестве инструмента для биговки можно использовать остриё циркуля, вязальную спицу, не пишущую шариковую ручку.

Можно даже биговать обратной (тупой) стороной лезвия канцелярского ножа.

После биговки согните детали в соответствии с обозначениями — НА СЕБЯ (штрих-пунктир) или ОТ СЕБЯ (пунктир).

Склейте детали.

Грани двух деталей с одинаковыми цифрами склеиваются между собой, клапанами и разметкой внутрь.

Можно использовать канцелярский клей, а можно супер-клеи — для ускорения процесса.

Тонким слоем наносите клей на клапан и аккуратно прижимайте детали друг к другу.

Шкатулка готова!

А теперь можно наполнить коробочку конфетами или другими приятными мелочами и подарить. Улыбка дорогого человека — отличная награда за старания! 🙂

Буду рада, если этот мастер-класс по полигональному моделированию из бумаги окажется интересным и полезным для Вас!

До новых встреч в КАРТОНКИНО! 🙂

В какой программе можно создавать полигональные изображения?

Если вы работаете в 3D, то для вас будет вполне естественно делать это в 3D max, Maya, или Cinema 4D. Последнее ПО настолько дружелюбно, что в нем может рисовать даже ребенок. В целом, полигональная графика достаточно проста в создании, особенно если сравнивать с архитектурной визуализацией или фотореалистичным рендерингом. Она напоминает ранние дни компьютерного моделирования и анимации с налетом современных техник. А так как ретро стиль всегда в моде, практически все дизайнеры создают ее с помощью старых приемов.

Как вы уже знаете, 3D модели создают с помощью полигонов. Чем больше полигонов, тем более детализованной будет модель. Во время финальной обработки (рендеринга) объекта он приобретает «гладкий» вид. Чем меньше полигонов вы используете на стадии моделирования, тем более абстрактным будет результат. Для выраженного эффекта можно отключить функцию сглаживания в настройках рендеринга, и тогда вы получите четкие грани. Здесь все зависит от эффекта, которого вы хотите достичь. Использование низкополигональной техники совсем не означает, что сцена будет простой. Вы можете использовать сложные текстуры, реалистичные настройки отражений и преломлений в окружающей среде и т. д. Полигональные фигуры очень напоминают оригами и сейчас находятся на пике популярности в графическом дизайне.

Также можно создавать полигональные шедевры в таких программах как Adobe Illustrator, CorelDraw и даже Adobe Photoshop. Эти программы, в отличие от специфичных 3D пакетов, хорошо знакомы большинству дизайнеров.

Появление новых технологий в области 3D

Постепенно в индустрии появлялись новые технологии, которые улучшали отдельные аспекты графики. Многие из них актуальны и сейчас, поэтому часто появляются в современных играх.

В начале 2000-х широкое применение получил метод затенения по Фонгу, при котором грани полигонов сглаживаются, а на некоторых поверхностях появляются блики.


На этом скриншоте из Planet Harriers (2000) на костюме героя видны блестящие элементы

Появилась технология антиалиасинга, которая сглаживает «лесенки» на краях объектов.


Пример из Half-Life 2 (2004). Слева изображение без сглаживания, а справа — с ним

Стало применяться рельефное текстурирование. Оно визуально усложняет строение объектов и имитирует неровности, но при этом не добавляет полигонов.


Doom 3 (2004). Стены выглядят объёмными из-за рельефного текстурирования. Этот эффект не везде выглядит хорошо

К 2007 году появилась модель затенения ambient occlusion, улучшающая освещение. С её помощью можно рассчитать интенсивность света, доходящего до поверхности.

Полигональная фигура их методы и способы построения

Создаются тремя основными методами, которые используют в объединённом варианте и по отдельности. Использование примитивов—за основание берут готовые геометрические фигуры  вроде куба или цилиндра. Конструируем нужную модель путем вытягивания подобъектов и деления существующих граней. Также вытягиванием новых граней из полигона-исходника , когда каждый следующий появляется из предыдущего.

Предусмотрено три основных способа построения визуализации.

  • Для придания нужной формы меняется положение рёбер, их размеры.
  • Проводятся манипуляции с вершинами, их перемещение, удаление и т.д.
  • Грани-полигоны используются для более сложных действий. Это придание формам выпуклости или наоборот заостренности. Возможно сглаживание или вдавливание поверхности—работаем с плоскостями.
Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector