Virtuelle Objekte und Szenerie

Transkript

1 3D Grafik und Animation Überblick Q-Medien GmbH Konzept Design Produktion

2 Virtuelle Objekte und Szenerie Wie entsteht eigentlich ein 3D-Modell? Wir fangen mit einer 2D-Darstellung an und zeichnen ein Rechteck in unserem 3D-Programm. Dann extrudieren (ziehen) wir dieses Viereck in die 3. Dimension und so entsteht das sog. Wireframe (Gittermodell). Der geschlossenen Oberfläche können nun Farb- und Materialeigenschaften per sog. Texturierung zugewiesen werden. In weiteren Steps kann das Objekt in einer Szenerie platziert werden, analog einer Theaterbühne. Zum Schluss werden Licht, Kamera und Atmosphäre zugefügt. 1

3 3D-Grafik und Animation Nach diesem einfachen Beispiel des Box-Modelling wird es jetzt komplexer. Das Drahtgitter des folgenden 3D-Körpers ist vielfach feiner unterteilt und kann interagieren. Wir modellieren aus einer Box eine Hand: Wireframe-Box Hand-Grundform Smooth + nacharbeiten Unsere Hand ist fertig. Jetzt braucht das Programm noch Informationen, wo und in welchem maximalen Winkel er das Modell knicken darf (ansonsten würden wir dem armen Kerl alle Finger brechen). Also wird jedes Gelenk so definiert, dass es nur in festgelegten Winkeln gebogen werden kann: Da unser Skelett nun besteht, werden wir jetzt unser vorher konstruiertes 3D-Modell als Haut drüberziehen. Gleichzeitig haben wir die Haut mit den Knochen (Bones) verbunden und die Koordinaten definiert. Hier ein anderes Beispiel, was man mit Bones machen kann: An diesem Beispiel wurden die Knochen in einer vorher erstellten Figur integriert. Bones wurden animiert Bones und Gitter sind verknüpft 2

4 3D-Grafik und Animation Licht, Texturen und Atmosphäre wurden angepasst Video-Composing Da wir jetzt eine virtuell erstellte Szenerie haben, können wir mit dieser tun und lassen, was wir wollen. Da diese Bilddaten digital vorliegen, können Änderungen in Helligkeit, Geschwindigkeit, SpecialFX und anderen Composing-Effekten mit diversen Programmen nachträglich bearbeitet werden (Post-Production). Neue Kameraabläufe und Perspektiven können wir jederzeit dazu rechnen und hinterher an den eigentlichen Film anfügen. Hier der FinalCut samt Freund. Sound, SpecialFX und Composing wurden dazugerechnet. 3

5 Texturierung / Materialkunde Es gibt mehrere Möglichkeiten, das 3D-Modell mit einer möglichst realistischen Oberfläche auszustatten. Der einfachste Weg ist die Einfärbung im RGB-Modus (Rot Grün Blau, analog der Monitordarstellung) mit max. 16,7 Mio. Farben. Dazu können der Oberfläche Materialeigenschaften zugeordnet werden wie Gummi = stumpf, Metall = matt oder glänzend etc. Prozedurale Texturierung Mit diesem Verfahren werden Texturen für eine realitätsnahe Darstellung von einem in 3D-Studio manipulierbaren Algorithmus berechnet, sprich, diese Texturen gibt es nur rein mathematisch. Zum Beispiel die Simulation einer Holzmaserung: Die Verlaufsinformationen z.b. von braun und braun-gelb werden übereinander gelegt und vom Rechner phasenweise berechnet, dadurch entsteht eine holzähnliche Maserung. Der Vorteil dieser Texturierungstechnik liegt in ihrer Dynamik. Sie kann beliebig verändert werden, Farbnuancen können besser kontrolliert und Phasen sowie Rauschen können verändert werden. Dank präziser Phasen- und Amplitudenverschiebung können diese Texturen auch in sich selbst animiert werden (Stellen Sie sich vor, dass sich der Strudel auf dem zweiten Bild permanent drehen würde). Hier weitere Beispiele prozeduraler Texturen: Himmel Strudel Camouflage Weiterer Vorteil ist, dass man prozedurale Texturen und Bitmap-Texturen miteinander kombinieren kann. So können prozedurale Texturen für Unreinheiten, Micro-Reliefs oder gar für animierte Oberflächenverformungen benutzt werden, z.b. Wasser. 4

6 Bitmapbasierende Texturierung Bei der Bitmapbasierenden Texturierung können beliebige Bilder, auch freigestellte Teilbereiche jeglicher Form, auf ein beliebiges 3D-Modell gespannt bzw. tapeziert werden, hier am Bespiel einer Produktflasche: B itmap Bitmap auf 3D-Körper Bitmap auf 3D-Körper mit prozeduraler Textur 3D-Typo-Modelling 3D-Typo kann aus jedem beliebigen Fließtext oder Schriftzug erstellt werden. Wenn die Schrift als geschlossene Vektorgrafik vorliegt, kann man durch die Extrusionstechnik alle 2D-Vektoren in die dritte Dimension hinausziehen. 5

7 Animationen mit 3D-Grafik und Typo müssen nicht primär aus fliegenden Logos bestehen. Wie am folgenden Beispiel zu sehen, spielt die Perspektive des Betrachters eine gravierende Rolle im Bezug auf die Orientierung im 3D-Raum. Bild- und Videoauflösungen Eine 3D-Konstruktion kann, soweit einmal erstellt, in beliebiger Auflösung gerechnet werden. Die maximale Auflösung für Standbilder beträgt x Pixel, für Riesenposter etc. ist bei Teilbildberechnung eine nahezu unendliche Auflösung möglich (Hardware abhängig). Videos werden zunächst im Urformat, also unkomprimiert mit maximaler Qualität, gespeichert. Bild für Bild wird jede Pixelposition definiert. Damit wächst hier eine enorme Datenmenge an. Ein Rechenbeispiel: Wir haben ein Video mit einer Auflösung von 768 x 576 Pixeln mit einer Farbtiefe von 24 bit (RGB) Das bedeutet: 768 x 576 = Pixel insgesamt. 24bit = 3 Byte = R256 x G256 x B256 = 16.7 Mio. Farben. Für alle erdenkbaren Farbenkombinationen gibt es jetzt x 24 = bit pro Bild. Die rechnen wir jetzt in Megabyte um: bit / 8 = Byte / 1024 = Kilobyte / 1024 = 1,266 Megabyte Diese 1,266 MB benötigt also ein einzelnes Bild. Da eine Sekunde Film im PAL-Standard aber 25 Bilder pro Sekunde hat, ergeben sich 1,266 MB x 25 = 31,64 MB / Sek. Jetzt rechnen wir dieses mal 5 Sekunden und kommen auf 158,20 MB! 6

8 Komprimierungsmodelle Damit haben auch Highend-Computersysteme enorme Datenmengen zu verarbeiten. Allerdings ist diese Methode verlustfrei, das bedeutet, dass hier keine Grafikinformationen verloren gehen. Da dieses Datenvolumen auch modernste Office- oder Home-Computer überfordern würde, hat man verschiedene Kompressionsverfahren entwickelt. Je nach Kompressionsalgorithmus wird die Dateigröße des Filmes unterschiedlich reduziert. Ein 5 Sekunden langer MPEG 4 V2 Film in dieser Auflösung hat je nach Kompressionsstufe und Inhalt nur eine Größe von 300 Kilobyte = 0,3 MB, also eine 527fache Datenkomprimierung. Diese Größe eignet sich sogar für das Internet. Nachteil dieser starken Kompression ist der Qualitätsverlust. Fazit: Bei Kompressionen muss man zwischen Qualität und Dateigröße Kompromisse schließen. - Während man im Internet auf kleine Datenmengen achten muss (schlechte Qualität) - kann man bei Offline-Videos große Datenmengen erzeugen lassen (gute Qualität) Videokodierungen (Codecs) Die diversen Kompressionstechnologien haben eine Vielzahl an Video Kodierungsmöglichkeiten (Codecs) hervorgebracht, die gebräuchlichsten sind: - DivX / Xvid das Qualitäts-Optimum leider noch nicht weit verbreitet, hohe Hardware-Anforderungen - MPEG2 wird hauptsächlich bei der DVD-Produktion eingesetzt (auch SVCD und VCD) - MPEG 4 qualitativ nahe an DivX schnell, leider wenig verbreitet, hohe Hardware-Anforderungen - Cinepak by Radius älterer, qualitativ minderwertiger Codec, der aber auf fast allen Plattformen lauffähig ist und ohne Probleme in verschiedenen Präsentations-Applikationen eingebunden werden kann - Sorenson der Standard-Kompressor für Quicktime-Filme 7