3D-Modellierungsprogramme

Transkript

1 Bastian Schildbach 3D-Modellierungsprogramme mit

2 Gliederung 1. Grundlagen Texture Mapping, Texturkoordinaten, Vertices, Texturaddressierung 2. Mapping-Techniken Bump, Displacement, Normal, Two-Part, UV-, Environment Mapping 3. Textursynthese 4. bidirectional Texturing Function 2

3 1. Grundlagen: Texturen Bild, welches auf die Oberfläche eines virtuellen Körpers dargestellt wird 3

4 1. Grundlagen: Begriffe x,y,z- & u,v,w-koordinaten, Texturkoordinaten Texel Vertices Texture Mapping 4

5 1. Grundlagen: Texturkoordinaten welcher Punkt des 2D-Texturbildes soll auf welchem Eckpunkt des Polygons liegen? Jedem Eckpunkt eines Polygons (Vertex) werden 2 Texturkoordinaten zugewiesen:

6 1. Grundlagen: Texture Mapping Verfahren, um Textur auf 3D-Körper anzubringen Funktionsweise: Texturkoordinaten Interpolation MIP-Mapping Perspektivenkorrektur 6

7 1. Grundlagen: Texture Mapping 7

8 1. Grundlagen: Texturadressierung Was passiert, wenn die Koordinaten <0.0 oder >1.0 angegeben werden? 4 Möglichkeiten der Behandlung: Wrap Texture Address Mode Mirror Texture Address Mode Clamb Texture Address Mode Border Texture Address Mode 8

9 1. Grundlagen: Texturadressierung: Wrap Texture Address Mode Textur wird mit jedem ganzzahligen Integer-Wert wiederholt Standard in Maya 9

10 1. Grundlagen: Texturadressierung: Mirror Texture Address Mode Texel werden in umgekehrter Reihenfolge ausgeben 10

11 1. Grundlagen: Texturadressierung: Clamb Texture Address Mode je erste bzw. letzte Pixelzeile oder -spalte wird gedehnt 11

12 1. Grundlagen: Texturadressierung: Border Texture Address Mode außerhalb wird ein Farbton dargestellt 12

13 1. Grundlagen: Texturadressierung in Maya place2dtexture Wrap U, V Mirror U, V Repeat U,V Rotate U,V Einstellungen seperat für U- und V-Richtung 13

14 Bump-Mapping Displacement-Mapping Normal-Mapping Kugel-/Quader-/Zylinder-Mapping UV-Mapping Environment/Reflection Mapping 14

15 Bump-Mapping relative Höhendaten Graustufenbild Modell bleibt unverändert Maya: BumpMap 3D Painting Tool 15

16 Bump-Mapping + = 16

17 Bump-Mapping 17

18 Bump-Mapping: Funktionsweise 2 Versionen des Modells detailreich (> Polygonen) Modell für Anwendung ( Polygonen) Berechnung der Unterschiede gewonnene Daten auf detailarmes Modell Unterhaltungsindustrie 18

19 Bump-Mapping in Maya Demo 3D Painting Tool 19

20 Displacement-Mapping Geometrie des 3D-Modells wird verändert Erstellung einer HeightMap aus der Textur Querschnitt durch das Relief möglich 20

21 Displacement-Mapping: Funktionsweise Bild dient als Basis zur Berechnung der HeightMap Graustufen Vertices werden entlang ihrer Normalen verschoben Vorteile: Oberfläche wird tatsächlich geändert Verhalten bzgl. verschiedener Lichtquellen 21

22 Displacement-Mapping: Funktionsweise Texturbild HeightMap 22

23 Displacement-Mapping: Funktionsweise 1) Höheninfos generieren 2) Projektion auf Oberfläche 3) Verschiebung der Vertices 4) gewünschtes Ergebnis 23

24 Displacement-Mapping in Maya Demo Height Field Noise 24

25 Normal-Mapping Bessere Detailgenauigkeit ohne Zahl der Polygone zu erhöhen Übertragung von Informationen Ausrichtung der Normalen Echtzeit-3D-Grafik 25

26 Normal-Mapping: Anwendungsbeispiel hohe Detailstufe niedrige Ergebnis

27 Normal-Mapping in Maya Surface Sampler Source & Target Include Materials Search Envelope 27

28 Normal-Mapping in Maya

29 Two-Part-Mapping Idee: komplexe Objekte mit einfach paramtrisierbaren Fläche umhüllen Quader, Zylinder, Kugel Zwischenschritt: Aufbringung der Textur auf Hülle und von dort auf Modell Two-Pass-Method 29

30 Zylinder-Mapping Box: umhüllende Fläche = Quader/Ebene Zylinder: bei rotationssymmetrischen Objekten 30

31 Kugel-Mapping Kugel: Problem der Verzerrung 31

32 Two-Part-Mapping in Maya Polygon UV s > Spherical/Cylindrical/Planar UV Texture Editor UV Snapshot sehr ähnlich zum... 32

33 UV-Mapping Texturen auf komplexeren Formen UV-Map Teile des Texturbildes können dem Polygon zugewiesen werden UV-Vertices Unwrap 33

34 UV-Mapping: Anwendungsbeispiel Vorgehensweise: 1. Schnittkanten festlegen 2. Auswahl der Flächen in der UV-Map 3. Laden des Bildes 4. Ausbreiten der Fläche im UV/Image Editor 5. Nachbearbeitung des Bildes 6. Aufbringen der UV-Textur 34

35 UV-Mapping in Maya Maya Guidelines immer in bleiben außerhalb repeat / wrap UVs nicht überlappen 35

36 UV-Mapping in Maya Demo Maya erstellt UVs UV Texture Editor 36

37 Environment-Mapping Reflektionen mit Textur-Hardware ohne Raytracing Idee: kleine Objekte in Beziehung zu nahen und großen Objekten einfallende Beleuchtung wird vorberechnet und in Environment Map gespeichert 37

38 Environment-Mapping reflektierendes Objekt wird von einer virtuellen Zwischenfläche umgeben auf der Innenseite wird Szenenumgebung als 2D- Textur aufgetragen Zuordnung der Texturkoordinaten über Sichtstrahl vom Betrachter 38

39 Environment-Mapping Vorteil: schnell & einfach realisierbar gute Ergebnisse, wenn Textur weit entfernten Horizont darstellt 39

40 Environment-Mapping Probleme: Szenenobjekte spiegeln sich nicht gegenseitig Artefakte an Kanten & Nahtstellen des Projektionskörpers 40

41 Environment-Mapping in Maya Bild-Dateien zur Simulation von 3D-Raum Env Ball Env Cube Env Sphere 41

42 3. Textursynthese Erzeugung einer Textur aus einer kleinen Vorlage für eine große Fläche Algorithmen benutzen Referenzbilder & berechnen daraus neues Bild, das ähnlich aussieht Maya File- & Projection-Utility 42

43 3. Textursynthese viele Erweiterungen: Erweiterungen auf 3D-Texturen / Berechnung der Oberfläche auf 3D-Körpern Generierung von 3D-Objekten aus 2D-Bildern 43

44 4. bidirectional Texturing Function beruht auf der Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) Verteilungsfunktion für Reflexionsverhalten BTF: Verteilungsfunktion für Texturen Reflexionseigenschaften, beleuchtungs- & blickpunktabhängiges Verhalten extrem detailorientiert 44

45 Zusammenfassung Vertices & Texturkoordinaten, Texturaddressierung Bump, Displacement, Normal, Two-Part, UV-, Environment Mapping Textursynthese Beispiel für komplexere Anwendung: bidirectional Texturing Function 45

46 Ende