Повний посібник із термінології 3D-візуалізації для художників від А до Я, Архітектори & Початківці

Велика картина: Основні поняття, які повинен знати кожен початківець

Перш ніж ми заглибимося в дрібниці, створимо міцну основу. Розуміння цих чотирьох основних понять дасть вам основу для розуміння всього, що далі.

Що таке 3D візуалізація?

В його серці, 3D рендеринг – це процес використання комп’ютерного програмного забезпечення для створення двовимірного зображення (2Р.) зображення з тривимір (3Р.) цифрова сцена. Подумайте про це як про професійного фотографа у віртуальному світі. Ви будуєте свій предмет (3D модель), розставте вогні, виберіть кут камери, а потім “сфотографуй.” Потім комп’ютер обчислює, як все має виглядати, а остаточна фотографія — це ваша 3D-візуалізація. Це дозволяє створювати зображення будь-чого, що тільки можна уявити, від хмарочоса, який ще не збудовано, до фантастичної істоти, все з приголомшливим реалізмом.

Яка різниця між 3D-моделюванням і 3D-рендерінгом?

Це найпоширеніший пункт плутанини для новачків, але відмінність проста і важлива. Ці дві концепції є різними частинами загального процесу створення.

• 3D Моделювання це процес створення самого тривимірного об'єкта. Це як цифровий скульптор. Використання спеціалізованого програмного забезпечення, художник будує форму та структуру об’єкта з віртуальних точок, лінії, і обличчя. Кінцевим результатом цього етапу є 3D модель.
• 3D це те, що відбувається *після* створення моделі. Це процес перетворення цієї 3D-моделі на остаточне 2D-зображення шляхом додавання матеріалів, освітлення, і атмосфера. Це останній крок, який втілює модель у життя.

Коротше: Моделювання – це побудова скульптури. Рендеринг – це фотографування скульптури.

Що таке CGI і чи це те саме, що 3D-візуалізація?

Ви часто почуєте, що ці терміни використовуються як синоніми, але вони мають дещо різні значення. CGI, який означає Комп'ютерні зображення, є широким, всеосяжний термін для будь-якого зображення або візуального вмісту, створеного за допомогою комп’ютерного програмного забезпечення. Сюди входить усе: від спеціальних ефектів у фільмі-блокбастері до анімованого логотипу на веб-сайті.

3Візуалізація D є особливим *типом* CGI. Це стосується безпосередньо процесу створення візуалів із 3D-моделі. Так, тоді як усі 3D-рендери є CGI, не всі CGI походять із 3D-візуалізації (наприклад, 2Цифрові картини D також є CGI).

Що таке 3D сцена?

3D-сцена — це повне віртуальне середовище, у якому відбувається ваша візуалізація. Це більше, ніж просто основна 3D-модель, яку ви демонструєте. 3D-сцена включає:

• Всі 3D моделі (основний предмет, меблі, дерева, елементи фону).
• Джерела світла (цифрові сонця, лампи, тощо).
• Віртуальні камери, які визначають точки огляду.
• Атмосферні ефекти (як туман чи імла).

Це все “цифрова фотостудія” або “знімальний майданчик фільму” який ви створюєте перед натисканням кнопки візуалізації.

Будівельні блоки: Глибоке занурення в термінологію 3D-моделювання

Кожен 3D об'єкт, незалежно від того, наскільки складний, складається з кількох простих компонентів. Розуміння цього цифрового “ДНК” це перший крок до оволодіння мовою 3D моделювання.

Атоми 3D: Вершина, Край, і багатокутник

Ці три елементи є абсолютною основою майже кожної 3D-моделі, з якою ви коли-небудь зіткнетеся.

• Вершина (множина: Вершини): Це найпростіший компонент — одна точка в тривимірному просторі, визначений X, Ю, і Z координати. Подумайте про це як про кут.
• Край: Це пряма лінія, яка з'єднує дві вершини.
• Багатокутник (або Обличчя): Це плоска поверхня, створена шляхом з’єднання трьох або більше країв у замкнутий цикл. Багатокутники – це видимі поверхні вашої моделі.

Розуміння типів багатокутників: Трикутник vs. Чотири проти. смачно

Не всі багатокутники однакові. Кількість сторін багатокутника неймовірно важлива для поведінки моделі.

• Трикутник (Три): Багатокутник з трьома сторонами. Це найпростіший можливий багатокутник і фундаментальна форма, на яку всі інші багатокутники розбиваються механізмами візуалізації та ігровими механізмами.
• Quad: Багатокутник з чотирма сторонами. Багатокутники є кращим типом полігону для більшості модельєрів, особливо для об'єктів, які потрібно зігнути або деформувати (як персонажі), тому що вони створюють чисті, передбачувані поверхневі потоки.
• смачно: Багатокутник з п'ятьма або більше сторонами. Ngons можуть бути корисними під час процесу моделювання плоских поверхонь, але вони можуть викликати проблеми із затіненням, текстурування, і анімація. Перед остаточним експортом їх зазвичай перетворюють на квадроцикли або трицикли.

Визначення форми: Сітка, Геометрія, і топологія

Ці терміни часто використовуються як синоніми, але вони стосуються різних понять.

• Сітка: Повна колекція всіх вершин, краю, і багатокутники, які складають один тривимірний об’єкт. Це повно “скелет” і “шкіри” вашої моделі.
• Геометрія: Це стосується загальної форми та структури моделі. Коли хтось говорить про “геометрія,” вони говорять про форму предмета.
• Топологія: Це одне з найважливіших понять у моделюванні. Топологія стосується *потоку* та розташування багатокутників на поверхні моделі. Хороша топологія означає, що багатокутники розташовані в чистому вигляді, ефективний, і логічний спосіб, який підтримує форму моделі та дозволяє їй реалістично деформуватися під час анімації. Погана топологія може призвести до потворних візуальних артефактів і проблем з анімацією.

Яка різниця між моделями High Poly і Low Poly?

Це фундаментальна концепція, особливо в розробці ігор і програмах реального часу. З “полі” відноситься до кількості полігонів моделі.

• High Poly: Модель з дуже великою кількістю багатокутників (від сотень тисяч до мільйонів). Це забезпечує неймовірну деталізацію поверхні та плавні вигини. Високополігональні моделі використовуються для кінематографічних персонажів, цифрові скульптури, і фільми, але вони занадто інтенсивні для більшості програм реального часу.
• Низький полі: Модель зі значно нижчою, оптимізована кількість полігонів. Низькополігональні моделі створені для ефективної роботи в середовищах реального часу, наприклад у відеоіграх. Вони часто покладаються на розумні методи текстурування (які ми розглянемо далі) дивитися детальніше, ніж вони є насправді.

Пояснення поширених методів 3D-моделювання

• Полігональне моделювання: Найпоширеніший спосіб 3D моделювання, де художники безпосередньо маніпулюють вершинами, краю, і грані сітки для побудови свого об’єкта.
• Цифрова скульптура: Більш інтуїтивно зрозуміла та художня техніка, подібно до роботи зі справжньою глиною. Для штовхання художник використовує інструменти на основі пензля, тягнути, щіпка, і згладити сітку високої щільності. Це найкращий метод для створення органічних персонажів і істот, в основному за допомогою такого програмного забезпечення, як ZBrush.
• Моделювання NURBS: Розшифровується як нерівномірний раціональний B-сплайн. Це математичний метод створення ідеально гладких кривих і поверхонь. Це менш поширене для художніх робіт, але активно використовується в промисловому дизайні, інженерний, і автомобільний дизайн, де точність має вирішальне значення.

Мистецтво поверхні: Текстурування & Термінологія затінення

3D-модель без матеріалів – просто сіра скульптура. На етапі текстурування та затінення об’єкт отримує свій колір, його обробка, і його особистість. Тут ви робите метал схожим на метал, а дерево – на дерево.

Матеріал vs. Текстура vs. Шейдер: Яка різниця?

Ця трійка термінів може заплутати, але ось проста розбивка:

• Матеріал: Це загальний опис того, що таке поверхня. Наприклад, ви можете створити a “Грубе дубове дерево” матеріал або a “Подряпана мідь” матеріал.
• Текстура (або Карта текстури): Це файл двовимірного зображення (як JPEG або PNG) що застосовується, або “нанесено на карту,” на 3D-модель, щоб отримати деталі поверхні. Для нашого “Грубе дубове дерево” матеріал, одна карта текстури забезпечить колір текстури деревини, а інший може визначити нерівну текстуру.
• Шейдер: Це базова комп’ютерна програма або набір обчислень, які повідомляють системі візуалізації *як* матеріал має реагувати на світло. Він приймає текстурні карти як вхідні дані та обчислює остаточний вигляд, включаючи блиск, прозорість, і колір.

Що таке PBR (Фізично засноване на візуалізації)?

PBR — це сучасний промисловий стандарт для створення гіперреалістичних матеріалів. Замість того, щоб художники підробляли, як має виглядати матеріал, робочий процес PBR спрямований на імітацію реальних фізичних властивостей світла, що взаємодіє з поверхнею. Художники контролюють такі прості властивості, як базовий колір, металевий, і шорсткість. Результатом є матеріали, які виглядають правильно та реалістично за будь-яких умов освітлення, зробити весь процес більш передбачуваним і ефективним.

Що таке UV Mapping і UV Unwrapping?

Це один із найважливіших — і часто найбільш заплутаних — кроків у процесі текстурування. Щоб застосувати зображення 2D текстури до 3D моделі, комп’ютеру потрібен довідник, який розповідає, як обернути зображення навколо об’єкта. Цей посібник є УФ-карта.

Найкраща аналогія з УФ-розгортанням — уявити, що у вас є картонна коробка. Намалювати на ньому детальний малюнок, ви спочатку розріжете його по швах і покладете рівно. Ви повинні намалювати свій малюнок на плоскому картоні, а потім скласти його назад у коробку.

У 3D, цей процес “сплющування” 3D-модель у 2D-макет називається УФ розгортання. Отримане двовимірне представлення є УФ-картою. «U’ і «В’ просто зверніться до осей двовимірного простору текстур, просто як "X", «Y», і «Z’ відносяться до осей простору 3D-моделі.

Глосарій основних карт текстур

Сучасний матеріал PBR зазвичай складається з кількох різних текстурних карт, що працюють разом. Ось найважливіші з них, з якими ви зіткнетеся:

• дифузний / Карта Альбедо: Це основний колір матеріалу. Це плоске зображення кольору об’єкта, без інформації про освітлення чи тіні.
• Карта шорсткості: Це карта в градаціях сірого, яка контролює, наскільки шорстка або гладка поверхня, який визначає, наскільки розмитими чи різкими є його відображення. Білі ділянки шорсткі (як бетон), тоді як чорні ділянки гладкі та блискучі (як дзеркало).
• Нормальна карта: Це характерні фіолетово-блакитні карти, які створюють ілюзію дрібних деталей поверхні, як пори, зморшки, або подряпини — без додавання додаткових багатокутників до моделі. Вони роблять це, повідомляючи механізму візуалізації, як затінити поверхню так, ніби деталі дійсно присутні.
• Переміщення / Карта висот: На відміну від звичайної карти, що є лише ілюзією, карта зміщення фактично штовхає та тягне вершини геометрії моделі під час візуалізації. Це створює справжнє, фізичні деталі, які можуть відкидати тінь і змінювати силует моделі. Це реалістичніше, але набагато продуктивніше.
• Навколишня оклюзія (ДО) Карта: Ця карта в градаціях сірого додає м’якість, тонкі контактні тіні до щілин і поглиблених ділянок моделі. Це додає відчуття глибини та реалістичності, імітуючи місця, де навколишньому світлу було б важче досягти.

Що таке Texture Baking?

Запікання текстури — це процес перенесення деталей поверхні з однієї моделі на іншу у вигляді карти текстури. Його найпоширеніше використання - це “випікати” деталі високополігональної моделі на нормальну карту, який потім можна застосувати до низькополігональної моделі. Це основна техніка, яка дозволяє персонажам і об’єктам у відеоіграх виглядати неймовірно детально, зберігаючи високу продуктивність.

Створення настрою: Освітлення & Термінологія візуалізації

Освітлення – це душа 3D-візуалізації. Воно диктує настрій, розкриває форму, і перетворює просту сцену на щось кінематографічне та викликає враження. Розуміння мови світла є вкрай важливим для будь-якого художника.

Типи світла в 3D-сцені

Більшість програмного забезпечення для 3D надає набір цифрових джерел світла, які імітують їхні аналоги в реальному світі.

• Зона освітлення: Імітує джерело світла за допомогою площі поверхні, як софтбокс фотографа чи флуоресцентна стельова панель. Через їх розмір, вони виробляють м'які, розсіяні тіні.
• Точкове світло: Імітує оголену лампочку, випромінюючи світло однаково в усіх напрямках від одного, нескінченно мала точка. Це створює гострі, чітко визначені тіні.
• Прожектор: Імітує справжній прожектор або ліхтарик. Він випромінює конус світла в певному напрямку, що дозволяє сфокусувати освітлення на певній ділянці.
• Спрямоване світло: Імітує дуже віддалене джерело світла, як сонце. Усі його світлові промені подорожують разом, паралельний напрямок. Його позиція на сцені не має значення, тільки його обертання.

Основні методи та поняття освітлення

• Глобальне освітлення (GI): Це, мабуть, найважливіша концепція для досягнення фотореалізму. GI є моделюванням непрямих, або відскочив, світлий. У реальному світі, світло не просто виходить із джерела; він відскакує від будь-якої поверхні, заповнення тіней і створення натурального, відчуття світла. Механізми візуалізації, які використовують GI, дають значно реалістичніші результати.
• HDRI (Зображення високого динамічного діапазону): Це особливе, 360-панорамна фотографія ступеня, яка містить величезний діапазон даних про інтенсивність світла. У 3D, HDRI можна використовувати для освітлення всієї сцени. Механізм візуалізації використовує світлову інформацію, зафіксовану на фотографії, для освітлення 3D-моделей, завдяки чому ви отримуєте неймовірно реалістичне освітлення з нюансами, яке ідеально відповідає навколишньому середовищу на фотографії.
• Жорсткий проти. М'які тіні: М'якість тіні визначається розміром джерела світла відносно об'єкта, що відкидає тінь. Невелике джерело світла (як сонце з нашої точки зору) створює жорсткий, тіні з різкими краями. Велике джерело світла (як захмарене небо або велика площа світла) створює м'якість, розсіяні тіні.

Ключові концепції візуалізації

• Механізм візуалізації: Це спеціальне програмне забезпечення або плагін, який виконує складні обчислення для створення остаточного зображення з вашої 3D-сцени. Приклади включають V-Ray, Коронка, Цикли, і Арнольд.
• Трасування променів проти. Трасування шляху: Це передові методи візуалізації, які імітують фізику світла. Трасування променів відстежує шлях світлових променів від камери до сцени. Трасування шляху це більш просунута форма трасування променів, яка потребує обчислень, яка відстежує шляхи світла для більшої кількості відскоків., який є основою майже всіх сучасних фотореалістичних механізмів офлайн-рендерінгу.
• Перепустка візуалізації (або AOV): В АОВ (Довільна вихідна змінна) є окремим компонентом остаточного візуалізованого зображення, яке зберігається як окремий файл. Наприклад, ви можете відобразити лише відображення, тільки тіні, або просто освітлення. Мета полягає в тому, щоб надати художнику максимальну гнучкість під час фіналу Композиція етап.

Втілення в життя: Анімація & Термінологія такелажу

Анімація - це процес створення ілюзії руху. У 3D, це передбачає маніпулювання об’єктами або персонажами з часом, процес, який став можливим завдяки цифровому скелету, відомому як риг.

Основи 3D-анімації

• рамка: Одне нерухоме зображення у відеоряді.
• Ключовий кадр: Маркер на шкалі часу, який визначає певну позу, положення, або властивості об'єкта в певний момент часу. Програма автоматично обчислює “проміжний” кадри для створення плавного руху між ключовими кадрами.
• Хронологія: Елемент інтерфейсу користувача, який візуально представляє час, дозволяючи художникам розміщувати та редагувати ключові кадри.
• Частота кадрів (FPS): Означає кадри в секунду. Це визначає, скільки нерухомих зображень відображатиметься щосекунди, щоб створити ілюзію руху. Загальні стандарти є 24 FPS для фільму, 30 FPS для трансляції відео, і 60+ FPS для відеоігор.

Що таке такелаж? Цифровий скелет

• Такелаж: Це технічний процес створення керованого цифрового скелета всередині 3D-моделі. Риг – це те, що дозволяє аніматору позувати та рухати персонажа.
• Спільне (або кістка): Індивід, ієрархічні компоненти цифрового скелета.
• Зняття шкіри (або Ваговий малюнок): Це важливий процес зв’язування сітки 3D-моделі (з “шкіри”) до з’єднань бурової установки. Художник “розписує гирі” щоб визначити, який вплив має кожне з’єднання на навколишні вершини, забезпечуючи плавну та природну деформацію моделі під час переміщення ригу.

Розуміння кінематики: Я проти. FK

Аніматори використовують два основних способи управління ланцюжком суглобів, як рука чи нога.

• Передня кінематика (FK): У ФК, ви оживляєте, обертаючи кожне з’єднання в ланцюжку послідовно, від батьків до дитини. Наприклад, ви обертаєте плече, потім лікоть, потім зап’ястя, щоб розташувати руку. Це прямо і просто.
• Зворотна кінематика (я): В І, ви анімуєте, переміщуючи кінцеву точку ланцюжка (як рука чи нога), і програмне забезпечення автоматично розраховує, як працюють інші з’єднання в ланцюзі (як лікоть і плече) потрібно нахилитися, щоб досягти цього положення. Це часто більш інтуїтивно зрозуміло для таких дій, як персонаж, який стоїть на землі.

Інструменти торгівлі: Програмне забезпечення, яке ви почуєте

Коли ви занурюєтесь глибше, ви почуєте повторення назв різних програмних інструментів. Ось короткий опис найпоширеніших програм у цій галузі, про багато з яких ви можете дізнатися більше на експертних каналах, як-от FlippedNormals.

3D Моделювання & Анімаційні комплекси

• Блендер: Безкоштовна електростанція з відкритим кодом, яка може робити майже все, від моделювання та ліплення до візуалізації та анімації.
• Autodesk 3ds max: Довгий галузевий стандарт, особливо домінує в архітектурній візуалізації та створенні ігрових ресурсів.
• Autodesk Maya: Галузевий стандарт для анімації персонажів і візуальних ефектів (VFX) в кіно та телеіндустрії.

Спеціалізоване програмне забезпечення для скульптури

• ZBrush: Беззаперечний король цифрової скульптури, використовується для створення наддеталізованих персонажів, істоти, і органічні моделі.

Двигуни візуалізації

• V-ray & Корона Рендерер: Провідні комерційні механізми офлайн-рендерінгу для досягнення фотореалізму, особливо популярний в архітектурі та візуалізації продуктів. Обидва розроблені Хаос.
• Арнольд: Потужний офлайн рендерер, також від Autodesk, широко використовується в індустрії VFX та анімації завдяки своїй стабільності та якості.

Двигуни реального часу

• Нереальний двигун & Єдність: Два домінуючих ігрових движка, які широко застосовуються для інтерактивної візуалізації архітектури, віртуальне виробництво, і анімація в реальному часі.
• Візуалізація D5, Двійка, & Пожовк: Трио зручних рендерів у реальному часі, розроблених спеціально для архітектури, інженерний, і будівництво (AEC) промисловість, відомі своєю швидкістю та простотою використання.

Мова доставки: Поширені формати файлів 3D

Коли ваша 3D-модель буде завершена, вам потрібен спосіб зберегти та поділитися цим. 3Формати файлів D є контейнерами для даних вашої моделі, і вибір правильного є важливим для співпраці.

Яка різниця між пропрієтарним і нейтральним форматами файлів?

• Власний (або рідний) Формати: Це формати, характерні для одного програмного забезпечення, як .blend для Blender, .max для 3ds Max, або .c4d для Cinema 4D. Вони ідеально зберігають усі специфічні для програмного забезпечення дані, але їх не можна відкрити іншими програмами.
• Нейтральний (або Interchange) Формати: Вони створені як універсальна мова, дозволяє переміщувати 3D-дані між різними програмними додатками.

Глосарій основних форматів обміну

Висновок: Чому цей словниковий запас важливий

Вивчення мови 3D може здатися складним завданням, але оскільки ми перейшли від скромної вершини до складних концепцій візуалізації, стає зрозуміло, що цей словниковий запас є основою створення та співпраці в цифровому світі. Розуміння цих термінів не означає стати технічним гуру; мова йде про розвиток вашої творчості.

Коли архітектор може чітко попросити художника CG “більш м’які тіні від області світла” або “більш високе значення шорсткості бетонного матеріалу,” весь процес стає ефективнішим, а кінцевий результат наближається до оригінального бачення. Коли клієнт розуміє різницю між низькополігональним проектом і високополігональним фіналом, вони цінують складність і цінність роботи художника. Ця спільна мова долає розрив між уявою та виконанням.

Знання термінології спростить ваше спілкування, збережіть незліченні години переглядів, і, зрештою, додасть вам впевненості, щоб втілити ваші найсміливіші ідеї в життя.

Почувайтеся впевненіше з термінологією 3D? Який термін вас найбільше заплутував? Поділіться своїми думками в коментарях нижче!

Часті запитання (Поширення)

Скільки часу займає 3D візуалізація?

Це класика “яка довжина мотузки?” запитання. Візуалізація може тривати від частки секунди до кількох днів. Час залежить від багатьох факторів: складність сцени, роздільна здатність зображення, бажаної якості, механізм візуалізації, що використовується (реального часу проти. офлайн), і потужність апаратного забезпечення вашого комп’ютера.

Чи важко навчитися 3D-візуалізації?

Він має певну криву навчання, але тепер він доступніший, ніж будь-коли раніше. Під час освоєння технічних тонкощів програми, як 3ds max може зайняти роки, сучасний, Зручне програмне забезпечення, таке як D5 Render або Twinmotion, дозволяє новачкам створювати чудові зображення за лічені години. Художні принципи — як гарна композиція, теорія кольору, та освітлення — часто важче освоїти, ніж кнопки програмного забезпечення.

Чи рендеринг GPU кращий, ніж рендеринг CPU?

Ні те, ні інше не остаточно “краще”— це різні інструменти для різних робіт. Візуалізація GPU неймовірно швидкий і є механізмом, що стоїть за всіма програмами реального часу. Віддача процесора традиційно повільніше, але може обробляти складніші сцени та великі обсяги даних з більшою стабільністю. Багато сучасних офлайн-рендерів, як V-ray, тепер запропонуйте a “гібрид” режим, який використовує обидва одночасно.

Який комп'ютер мені потрібен для 3D візуалізації?

Для серйозних 3D робіт, потужний комп'ютер обов'язковий. Ось основні компоненти, яким слід визначити пріоритет:

• Процесор (Процесор): Процесор з великою кількістю ядер і потоків (як AMD Ryzen 9 або Intel Core i9) має вирішальне значення для рендерингу ЦП і загальної продуктивності.
• GPU (Графічна карта): Сучасний, потужна відеокарта від NVIDIA (як RTX 30-ї або 40-ої серії) необхідний для візуалізації в реальному часі та прискорення GPU.
• Баран (Пам'ять): 32ГБ є хорошою відправною точкою для більшості робіт. Для складних професійних сцен, 64Рекомендується ГБ або навіть 128 ГБ.

Чи потрібно мені вивчати програмне забезпечення для пост-продакшну, наприклад Photoshop?

Абсолютно. Майже жоден професійний візуалізатор, який ви бачите, не виходить безпосередньо з програмного забезпечення 3D. Постпродакшн у програмі типу Adobe Photoshop є критично важливим останнім кроком. Використовується для градації кольорів, регулювання контрастності, додавання атмосферних ефектів, таких як туман, вставка 2D людей, і поєднання різних проходів візуалізації для досягнення фіналу, полірований, художній образ.

Що таке рендер ферма?

Рендер-ферма — це велика мережа комп’ютерів (комп'ютерний кластер) створений спеціально для виконання вимог візуалізації. Коли у вас є масивна анімація, рендеринг якої на одній машині потребує місяців, ви можете відправити його на комерційну ферму рендерингу. Вони розподіляють роботу на сотні своїх комп’ютерів, виконання роботи за долю часу за окрему плату. Це потужний ресурс для дотримання стислих термінів.