Полигоны в графике: Почему графика состоит из треугольников? Разбор

Почему графика состоит из треугольников? Разбор

Все объекты в реальном мире состоят из частиц — молекул и атомов. А в виртуальном 3D-мире из треугольников, то есть полигонов.

Так статуя, созданная на движке Unreal Engine 5, состоит из 33 миллионов полигонов. Выглядит невероятно реалистично и на глаз отличить от реального мира невозможно.

Но. Почему треугольники? Хотя на самом деле не только они. Сегодня разберемся, как устроен 3D-рендер, каким образом единички и нолики превращаются в потрясающие миры, объемная объекты отображаются на плоском экране? Тут куча всего интеренсного.

Хранение

И начнем с чайника. Это один из эталонных объектов в компьютерной графике. Благодаря своей форме он хорошо подходит для тестов разных поверхностей. Чайник — это что-то вроде программы Hello World! среди программистов. Давайте сперва давайте поймем, как трехмерный мир видит компьютер?

В 3D-мире всё состоит из точек. Отличие этих точек от тех, что в 2D, наличие дополнительной координаты Z. То есть чтобы создать точку в 3D мире нужно 3 числа, X, Y и Z, длина, высота и ширина.

К примеру посмотрите на эту картинку. Таблица хранит координаты каждой точки, из которой состоит куб. Каждая строка в таблице хранит одну точку. А вот так выглядит файл с 3D точками. То есть текстовый файл с кучей координат.

Но, чтобы создать объект, одних точек не достаточно, поэтому давайте проведем линию из точки A в точку B. Но одной линии тоже не хватает, давайте создадим третью точку и соединим её линиями с точками A и B. Теперь у нас есть треугольная поверхность из которой можно строить 3D фигуры. На первый взгляд может показаться, что фигура слишком простая, как из неё можно хоть что-то сделать. На самом деле всё.

Посмотрите на детализацию этой статуи, а теперь на то, из чего она состоит… да, треугольники. Эти детали называются полигонами и из них строится всё, что вы видите в 3D играх. Треугольник — это минимальное количество точек, используемых для создания полигона, который может загрузить видеокарта.

Взглянем на ту же картинку, но с новой таблицей. Правая таблица хранит информацию о треугольниках. Вся суть в том, что чтобы нарисовать треугольник, нам всего лишь нужно указать ссылки на 3 точки. Интересно, что треугольники не хранят сами точки, а именно ссылки на местонахождение этих точек в памяти. Это очень важно знать, дабы избежать создания лишних копий. А вот так выглядит хранение треугольников в текстовом файле. Один треугольник = 3 ссылки на точки.

Есть еще один важный момент. Кстати, обратите внимание на цифры. Координаты квадрата начинаются с нулей. Если всё начинается с одного места, объекты накладываются друг на друга. Для того, чтобы это избежать, нужно перевести положение квадрата с локальной системы координат в глобальную.

Самый простой способ — перемножить сетку 4 на 4 на координаты объекта. Вдаваться в подробности не будем, просто скажем, что перемножив сетку на координаты объекта, можно изменить его положение, вращение, размер и даже систему координат.

Только треугольники?

Но чем они так хороши? На самом деле используются не только они. Некоторые из вас, кто занимается 3D-дизайном могут возразить и сказать, что на самом деле всё состоит из прямоугольников. Тут важно отметить, что в 3D-графике ещё есть такое понятие как прямоугольный полигон, или же квад. Квады практически всегда используют при создании 3D-объектов. Причиной этому служит тот факт, что квады гораздо легче делить. При делении треугольников, могут возникнуть искажения на кривых поверхностях, как на этом снимке. Поэтому при в моделинге 3D-текстур, треугольники стараются избегать.

Но, когда 3D-модель (или ассет) создан, все квады превращаются в треугольники, так как точек меньше и математика с ними гораздо проще.

Смотрите, плоские полигоны гораздо проще рендерить, по этому они более предпочтительны. Если мы возьмем квадратный плоский полигон и изменим расположение одной точки, он перестанет быть плоским и выйдет из так называемой полигонной сетки. Из-за этой фичи, нужно проводить дополнительные вычисления, чтобы проверить плоский ли полигон или нет. Треугольники от этого не страдают, так как какую точку не перемести, треугольный полигон останется плоским. Профит.

Нюансы хранения

Также важно упомянуть Level of Detail, или же LOD. Удалённые объекты занимают очень малую часть экрана и их детали рассмотреть невозможно. Философия проста, зачем дальним объектам много полигонов, если их не видно. В кратце LOD сокращает количество полигонов на всём, что находится далеко от камеры и плохо видно.

Рендеринг

Есть одна важная вещь, о которой немногие догадываются: 3д игры на самом деле не трехмерные. Мы смотрим на них через дисплей, который плоский. И имеет только две координаты.

С хранением 3D-штук разобрались, теперь о том как превратить их в 2D изображение, которое мы видим на экране. И делать это желательно 60 раз в секунду.

Перспективная проекция

Ну начнём с того, что всё, что мы видим на экране на самом деле 2D. Определённый цвет пикселей на экране меняющийся в правильной последовательности дает иллюзию трехмерного пространства.

То есть, нам надо трехмерный мир спроецировать в плоскую картинку. Как это делается? Чтобы добиться этой иллюзии, используется техника перспективной проекции.

Эта техника создает плоское изображение 3D объектов, которое отображается на экране так, что результат кажется трехмерным.

Подход простой: удаленные объекты кажутся меньше, близкие больше. Работает это так, нам нужно спроецировать каждую точку объекта на экран в перспективе. Далее начинается школьная геометрия. мы видим такой треугольник, а точнее 2. Есть высота дерева в 3д мире — это У. Нам нужно найти значение Ys, что является высотой объекта на экране. Из уроков математики мы знаем, что боковые стороны подобных треугольников пропорциональны друг другу. Из этого мы делаем вывод, что боковая сторона первого треугольника, деленная на расстояние до экрана равна боковой стороне второго треугольника, деленного на расстояние до объекта. После перестановки, мы видим, что финальное значение равно расстоянию до экрана, деленного на расстояние до объекта, умноженного на его высоту. С иксом тоже самое, просто нужно заменить y на x.

Но на этом не всё. Чтобы объект попал на экран нам нужно совершить ещё 2 действия. Для начала перевести полученные координаты в орфографическое пространство, чтобы соответствовать плоскости наших мониторов. После чего их нужно централизовать, переведя в Vulkan’s Canonical view volume. Это уже то, что мы видим на экране.

Обрезка

Если просто забросать 3D-сцену треугольниками, может возникнуть проблема, игра начнет лагать. Благо есть читерские методы, которые позволяют легко ускорить рендер.

Например можно рендерить только те объекты, которые находятся в направлении, куда смотрит игрок. Этот способ называется frustum culling.

Слово Фрустум — это конусовидная призма, форма, которую принимает область видимости камеры.

У этого способа есть старший брат, называется occlusion culling, который работает хитрее: удаляет те объекты, которые перекрывают другие!  То есть те объекты, на которые вы не смотрите — реально не существуют.

Например, можно посмотреть как это реализовано на движке анриал: в специальном режиме видно, что все объект вне зоны видимости просто пропали из сцены.

Ещё одна важная техника в 3D-рендеринге называется clipping или обрезка по нашему. Как следует из названия, всё, что не попало в угол обзора, срезается для лучшей производительности. Clipping отличается тем, что она может обрезать часть объектов.

Кстати, разница clipping’a и ранее упомянутого culling’a в том, что первый метод удаляет полигоны, которые не попали в кадр, в то время как culling удаляет сами объекты на программном уровне.

После этого, значения нужно перемножить снова, но уже на сетку окна приложения. Это нужно например если вы играете в оконном режиме.

Растеризция

Теперь финальная часть, вся графика отображается на вашем экране с помощью процесса рестаризации, который берет все эти сложные линии и формы, полученные после перспективной проекции и приближает их к тому, как должны быть окрашены пиксели. В самом простом варианте растеризации ставится точка в центре пикселя и если объект задет, пиксель окрашивается, если нет, берём пиксель с другого объекта. Но такой способ создает очень рваную и пиксельную картинку. Здесь помогают разные алгоритмы сглаживания, которые делают переходы гораздо мягче и картинка получается более четкой.

GPU

За рендер 3D-объектов отвечает GPU. Да, тот самый графический чип, который позволяет нам играть в игры 4K 120 FPS. В этом ему помогает огромное количество ядер, гораздо больше, чем у центрального процессора. К примеру у RTX 3090 10496 ядер, в то время как у ryzen 7 5800x всего 8.

И тут вы можете спросить, а что нам мешает использовать графический процессор вместо центрального, ведь в нём так много ядер, а значит он мощнее. На самом деле нет. Ядра GPU отличаются от CPU тем, что они гораздо глупее и предназначены для простых, монотонных работ с графикой. CPU же в свою очередь имеет очень умные ядра, которые способны работать над очень сложными задачами быстро и независимо друг от друга. Другими словами если ядра в графическом процессоре это муравьи, которые строят домик, их много, но работа не требует много интеллекта. То ядра в центральном процессоре это учёные, создающие вакцину от коронавируса.

Скорость современных видюх просто поражает. Например вот видео где парень рендерит 312 миллиардов полигонов на RTX 3090 в реальном времени.

Итог

На этом всё. Есть ещё много того, что мы не разобрали, к примеру трассировка лучей или Ray Tracing, Shading и Anti-Aliasing. В общем, это еще несколько интересных тем, которые можно разобрать в будущем…

Post Views: 3 892

3D в играх: Полигоны | StopGame

3D в играх. Часть 2

Полигоны
Как мы выяснили в прошлой части, современные трехмерные компьютерные игры строятся на основе полигонов. Но, что же это за зверь такой?

Полигон (Polygon) – это плоскость в евклидовом пространстве. Пространство имеет размерность три, соответственно, имеются три координаты: X, Y, Z. Условно их можно обозвать как длина, высота и глубина. В программном обеспечении для 3D нет единого стандарта относительно, так сказать, ориентации данных координат, хотя, как правило, координата X параллельна условном горизонту, т.е. это длина, а вот условной высотой может быть как Y так и Z. Соответственно, условной глубиной может быть как Z, так и Y. Но нам это не столь суть важно, примем для последующего материала представление, показанное ниже.

У полигона есть вершины, минимум три, максимум, теоретически, бесконечность. Практически максимум – много. Но в играх используются треугольные полигоны, т.е. полигон имеет три вершины. Почему именно три? Через три точки в пространстве можно провести только одну плоскость, что упрощает расчеты и позволяет избежать искажений (артефактов) на итоговой картинке связанных с тем, что вершины полигона могут лежать не в одной плоскости.

Однако в программах трехмерного моделирования принято пользоваться 4-х угольными полигонами, а вот 5-ти и больше, как правило, под запретом. Поэтому при моделировании приходится следить за тем, чтобы все 4 вершины полигона были в одной или почти одной плоскости. А как же игры? спросите вы. Полигон с 4-мя вершинами математически очень просто превратить в два треугольных с двумя общими вершинами, что и делается автоматически при экспорте в игровой движок.

На рисунке ниже показаны треугольный полигон и четырехугольный, условно разделенный на два треугольных. На изображении это прямоугольный треугольник и прямоугольный параллелограмм, но по факту полигон может иметь различные длины сторон, соответственно, и различные углы между ними. Хотя стараются, по возможности, все стороны делать приблизительно одинаковыми, это называется равномерная полигональная сетка.

Почему сетка? Из полигонов создаются трехмерные объекты для игр (и не только), и если рассматривать все эти полигоны издалека включив отображение сторон полигона, они же ребра, то все это похоже на сетку.

Вообще, полигон – это то, чего на самом деле не существует, это всего лишь математика. У него нулевая толщина. Это координаты трех (для игр, далее будем говорить только о треугольных полигонах, если не будет указано иное) точек в трехмерном пространстве. И то, как отображать эти несуществующие полигоны, — зависит исключительно от той или иной компьютерной программы. Как правило, существуют три основных вида отображения: каркасная сетка, полигональная сетка, «чисто» полигональное представление. На рисунке ниже даны все три вида.

При моделировании, тестировании и т.п. для закрашивания плоскости между вершинами полигона используется произвольный цвет, но зачастую это так называемый сермат, RGB 128,128,128. На нем удобно тестировать, в частности, освещение. Да и однородная заливка, в отличии от полновесных текстур, использует не так много ресурсов компьютера.

Приведенный выше рисунок показывает как, на самом деле, с помощью плоских поверхностей создаются объекты практически любой формы. Правило тут простое: чем меньше каждый полигон, тем более точно можно передать форму исходного объекта. Это как с мозаикой, про которую разговор был в первой части. Но и увеличивать до бесконечности количество полигонов тоже нельзя, так как это сказывается на производительности, ведь компьютеру желательно не менее 30 раз в секунду пересчитать положение каждой, по крайней мере видимой зрителю, вершины полигона. Но и эти расчеты лишь малая часть того, что видеокарта в сотрудничестве с ЦП делают для расчета финальной картинки. Но об этом мы поговорим в следующих частях.

Кроме координат вершин есть у полигона такое свойство как нормаль. Это вектор, перпендикулярный одной из сторон плоскости полигона. Так как это вектор, то у него есть направление. Это направление указывает лицевую сторону полигона, вернее его начало находится у лицевой стороны полигона. Нужна нормаль для наложения текстур и расчета освещенности. Так же хочу заметить, что математически полигон не имеет никакого отношения к тому, как он выглядит, т. е. к текстурам. Полигон отдельно, текстуры – отдельно.

Так вот, та сторона, из которой «выходит» вектор нормали — и определяет лицевую сторону полигона, поэтому с противоположной стороны полигон прозрачен при визуализации, вернее обратной стороны просто не существует. Именно поэтому когда игровой персонаж из-за некорректных коллизий проваливается сквозь текстуры, то почти все сверху кажется полупрозрачным – текстур, вернее обратной стороны у полигона не существует.
Ниже скриншот из игры Batman Arkham Knight.

То же можно наблюдать, если попасть туда, куда игровой персонаж попадать не должен по задумке разработчиков: за уступы скал, в закрытые помещения и т.п. И это не баг игрового движка, это его особенность, ну, и недосмотр при тестировании (или разработчики не отреагировали должным образом на отчет тестировщиков). Необходима такая особенность для оптимизации расчетов итоговой картинки, или, по-другому, рендеринга. Ведь совсем незачем тратить вычислительные ресурсы на то, что никто никогда увидеть не должен.

Внимательный читатель может спросить: а как же быть в том случае, если игровой персонаж должен зайти в помещение? Тогда необходимо, как и в реальном здании, придавать стенам (потолку, крыше, дверям и т.д.) толщину с помощью двух полигонов у которых нормали смотрят в противоположные стороны.

Ниже показан фрагмент модели здания со стеной, имеющей реальную толщину. Синим показано направление нормали у полигонов.

Для совсем тонких предметов, таких как лист бумаги, применяется другой подход и зависит он от конкретного игрового движка. Например, может применяться специальный двухсторонний материал или отключаться параметр Backface culling, и в этом случае объект будет выглядеть одинаково с обеих сторон. (Подробнее про Backface culling можно почитать тут: Полигоны, свободная камера и MGS 5)

Теперь поговорим о том, какие бывают трехмерные полигональные модели.

3D модели принято делить на низкополигональные (low poly) и высокополигональные (high poly).

Как несложно догадаться – разница в количестве полигонов, причем разница не абсолютная, а, как и все в нашем мире, относительная.

Высокополигональной можно назвать модель с самодостаточной геометрией, т.е. когда даже мелкие детали (в разумных, конечно, пределах) смоделированы с помощью полигонов и при этом модель выглядит достаточно правдоподобно даже без текстур. Непосредственно в играх high poly модели, как правило, не применяются, однако они необходимы в процессе разработки 3D игры, о чем будет рассказано ниже.

Высокополигональные модели применяются для статического рендеринга, например интерьерной визуализации или предметной, когда необходимо фотореалистичное качество и большие разрешения итоговой картинки. Для получения такого изображения используются специальные программы рендеринга и просчет одного кадра может занимать несколько десятков часов, поэтому в играх это неприменимо.

Низкополигональные модели применяются в основном в играх или для анимации, когда визуальный реализм не имеет первостепенного значения. Есть два основных способа получения низкополигональной модели: непосредственное моделирование с прицелом на малое количество полигонов или упрощение высокополигональной модели. То же справедливо и для high poly моделей (если не брать в расчет 3D сканирование): их получают путем усложнения и добавления полигонов низкополигональной модели, либо моделируют сразу из расчета максимально необходимого количества полигонов. Какой подход применятся в том или ином случае зависит от многих факторов, как то: геометрии самой модели, применяемого программного обеспечения, наличия похожих моделей, принятого в студии-разработчике порядка разработки, предпочтений 3D-художника и т.п.

Хочу особо обратить внимание на то, что разделение на high poly и low poly очень и очень относительно. Зависит от многих факторов, и одна и та же модель может быть как низкополигональной, так и высокополигональной. Например, для игры для ПК была разработана высокополигональная модель персонажа, затем из нее получили низкополигональную, условно, уменьшив количество полигонов в два раза.

А позже решили портировать игру на мобильные устройства. И количество полигонов, опять же, условно, для этого сократили в четыре раза по сравнению с изначальной моделью, или в два раза по сравнению с моделью для ПК-версии игры. Ведь мобильные устройства мало того, что не такие мощные, как ПК, так еще и размер экрана не позволяет различить мелкие детали, поэтому такая высокая детализация, как для полноразмерного монитора, там попросту не нужна.

Ниже показаны сферы одинакового диаметра с различным количеством полигонов.

Да и с каждым новым процессором, каждой новой видеокарточкой мощность компьютерного железа растет, соответственно, и в играх получается отображать в кадре все больше и больше полигонов без ущерба производительности.

Ниже представлена эволюция полигональной Лары Крофт.

Как же получают 3D модели? Традиционно для этого используется полигональное моделирование в специальных программных пакетах, как то: 3ds Max, Maya, Cinema 4D и т. п. В последнее время к разработке также подключают программы для так называемой трехмерной лепки, к примеру ZBrush и 3D-Coat. Ну, и с развитием технологии 3D сканирования, модели получают путем этого самого сканирования с последующей оптимизацией полигональной сетки.

Если используется традиционное полигональное моделирование, то 3D художнику необходимо от чего-то отталкиваться. Для этого используются так называемые референсы, или, по-другому, изображения того, что необходимо смоделировать. Это могут быть фотографии (для реальных предметов или персонажей), концепт-арты (для вымышленных), или даже существующие объекты. К примеру, необходимо смоделировать существующие кубики Lego. Самая в данном случае хорошая идея – иметь их под рукой и моделировать, непосредственно вертя в руках эти самые кубики.
Ниже изображение референса и 3D модели (без текстур).

Теперь вернемся к вопросу: а зачем при разработке 3D игры иметь в наличии сразу две модели одного и того же объекта — high poly и low poly? Высокополигональная модель непосредственно в игре использоваться не будет, но она необходима для такого важного процесса, как запекание текстур. Так называют подготовку целого ряда текстур или, как их еще называют, карт. Это обычные файлы изображений (с необычными, на первый взгляд, рисунками в них) цель которых как можно реалистичнее представить модель в игре и взять на себя, так сказать, часть геометрии. По сути – это создание 3D иллюзии там, где добиться этого полигонами сложно, неподъемно по производительности или просто нецелесообразно.

Возьмем, к примеру, старую доску. В ней может быть множество трещин и мелких сколов. В реальности это перепад высот (или глубин) материала самой доски. И, по-хорошему, полигоны также должны повторять эти перепады. Но тогда модель может оказаться настолько высокополигональной, что никакое железо не потянет это количество полигонов. Поэтому для начала моделируют как можно более подробную высокополигональную модель этой самой доски, а затем с помощью специальных программ генерируют (запекают) карты высот, затенения и т.п. для имитации этих самых трещин и сколов на низкополигональной модели.

Ниже упрощенно схематически показано как смешивание запеченных с high poly модели карт, в сочетании с текстурой дерева, в результате дает реалистичное изображение.

Ведь как мы различаем эти самые трещинки и сколы? По изменению яркости и цвета текстуры дерева благодаря тому, что свет по-разному отражается от неровностей поверхности, а кое-где и отбрасывает тень. К тому уже, в трещинах, как правило, накапливается грязь и т.п. Все это и позволяет нам отличить старую древесину от новой. Вот эти эффекты и запекаются в файлы изображений. Такой прием позволяет создавать довольно реалистичные объекты с использованием значительно меньшего количества полигонов. При отображении объекта в игре эти карты накладываются друг на друга по определенным алгоритмам, что и создает иллюзию наличия геометрии, которой на самом деле то и нет.

Правда, тут есть один недостаток: эффект лучше всего действует когда наблюдатель расположен под углом 90° относительно полигонов с такой вот имитацией дополнительной геометрии. С уменьшением или увеличением угла обзора «обман» становится виден все отчетливее и отчетливее. Но это неизбежная плата за возможность приблизить картинку к реализму, не превратив игру в неиграбельную.

Это мы забежали немного вперед, затронув тему текстур, но без этого трубно было бы объяснить необходимость на один игровой объект делать как минимум две модели.

Если уж мы говорим про 3D в играх, то следует обязательно упомянуть такую технологию, как LOD, сокращенно от Level of Detail, она же уровень детализации. Суть ее сводится к тому, что в зависимости от того, насколько тот или иной объект близко располагается от игрового персонажа, или какой процент высоты экрана занимает, то используются модели с различного рода детализацией. Опять же, все ради оптимизации. Чем ближе к виртуальной камере тот или иной объект, тем более детализированная модель подставляется. На практике часто количество таких моделей ограничивается тремя: для переднего, среднего и заднего планов. И обозначаются, как правило: LOD_0, LOD_1, LOD_2. Это все варианты низкополигональной игровой модели.

Различные варианты полигональной детализации могут создаваться как в сторонних программах, так и автоматическими игровыми движками (очевидно, не всеми). Причем автоматически в сторону упрощения геометрии, т.е. загруженный в игровой движок вариант по умолчанию воспринимается как LOD_0. Иногда в играх, особенно с большими открытыми мирами, можно заметить как изначально угловатый и неказистый объект вдруг скачкообразно «похорошел» — это произошла замена на более высокополигональный LOD.

Вот, наверно, вкратце и все про полигоны. Если остались необозначенные или нераскрытые моменты – пишите про это в комментариях.

По идее, далее необходимо продемонстрировать этот самый процесс полигонального моделирования, дабы наглядно показать, как это делается. И пример должен быть не очень простой, ради показа хотя бы нескольких приемов моделирования, но и не очень сложный, чтобы не нагонять сон на зрителя. Я думал-думал над предметом моделирования и пришел к выводу, что модель керосиновой лампы неплохо впишется в данную концепцию. Но, дабы не утомлять читателя, решил собственно процесс моделирования вынести в третью, или, если хотите, в 2,5 часть повествования, которую надеюсь опубликовать в ближайшем будущем.

А на этом пока все, до новых встреч!

---

Теги

3ds Max polygon трехмерное моделирование текстуры

Новость

Мрачные пейзажи в трейлере Lies of P

Андрей Маковеев 4 Новость

Фильм по Street Fighter снимут авторы YouTube-канала RackaRacka

Руслан Присекин 1 Новость

Bungie отсудила у продавца читов 12 миллионов долларов

Александр Кудрявцев 1 Разбор полетов

Fable. Самая многоОБЕЩАВШАЯ игра Питера Молиньё

98 Новость

GamesVoice озвучит Star Wars Jedi: Survivor. Дубляж Hogwarts Legacy готов на 70 %

Андрей Маковеев 4 Интервью

Колобух — отличный босс для Elden Ring. Интервью с автором «Сказок Старой Руси»

Александр Кудрявцев 24 Новость

Новая версия движка, БТР и оптимизация — план обновлений Escape from Tarkov

Александр Кудрявцев 13 Первая полоса

Обзор фильма «Братья Супер Марио в кино»

Алексей Лихачев 15

Что такое полигоны в графике?

Графика

Читраншу камал

28 января 2023 г. 2 мин

Полигоны являются фундаментальным элементом компьютерной графики и используются для создания 2D- и 3D-моделей, сред и объектов. Они являются основными строительными блоками 3D-графики и используются для создания всего, от простых фигур до сложных объектов.

Фото Chitranshu / OpenSudo

Содержание

1. Введение
2. Что означают полигоны?
3. Заключение

Введение

Многоугольники в графике относятся к использованию нескольких точек или вершин для создания геометрической формы или формы. Эти формы используются в компьютерной графике и 3D-моделировании для создания изображений, анимации и виртуальных сред.

Термин «многоугольник» происходит от греческих слов «поли», означающих «много», и «гон», означающих «угол». Многоугольник определяется как замкнутая двумерная фигура состоит из прямых линий, которые соединяются в форму. Существует множество различных типов многоугольников, в том числе треугольников , прямоугольников и шестиугольников .

В компьютерной графике многоугольники используются для создания 3D-моделей путем соединения нескольких точек или вершин в определенном порядке . Эти модели можно использовать в различных приложениях, таких как видеоигры, анимация и архитектурная визуализация. Чем больше полигонов используется в модели, тем более детальным и реалистичным становится . Однако использование слишком большого количества полигонов также может привести к снижению производительности и увеличению времени рендеринга.

Процесс создания 3D-модели с использованием полигонов называется полигональным моделированием. Этот процесс включает в себя определение формы и формы объекта путем создания ряда точек или вершин и их соединения в многоугольник. Затем модель сглаживается и текстурируется, чтобы придать ей более реалистичный вид.

Одним из основных преимуществ использования полигонов в графике является то, что их может быть легко манипулировать и модифицировать для создания широкого спектра форм и форм. Их также можно анимировать для создания реалистичного движения и движения.

В последние годы использование полигонов в графике становится все более популярным благодаря развитию технологий и увеличению мощности графических процессоров (GPU). Это позволило создавать более подробные и реалистичные модели и анимации.

Заключение

В заключение, полигоны в графике являются жизненно важным компонентом компьютерной графики и трехмерного моделирования. Они используются для создания широкого спектра фигур и форм, и ими можно легко манипулировать и модифицировать до создавать детализированные и реалистичные модели и анимации . С ростом мощности технологий использование полигонов в графике будет продолжать развиваться и развиваться, что приведет к еще более реалистичным и захватывающим виртуальным средам .

Полигональная графика

— что это такое, примеры и учебные пособия

Хотите узнать больше о полигональной графике ? Для чего его используют? Как создать нечто подобное? Да? Вы настоящий профессионал веб-дизайна, всегда открыты для новых знаний и техник! Конечно, полигональную графику нельзя назвать чем-то совершенно новым или революционным, однако она может помочь вам разнообразить дизайн; сделать их более уникальными и узнаваемыми.

В нашем блоге вы прочтете полезную информацию о полигональной графике в целом, увидите несколько блестящих примеров ее использования и узнаете, как самостоятельно создавать такие маленькие шедевры. Кто знает, может быть, вы справитесь даже лучше, чем специалисты, чьи работы представлены здесь…

Понимание полигональной графики

Прежде всего, давайте разберемся с терминами.

Что такое многоугольник?

У нас есть несколько довольно запутанных определений из разных источников, но, прочитав их все, вы поймете суть.

• Первый: Многоугольник — это замкнутый путь или цепь, образованная соединением отрезков. В многоугольнике каждый отрезок пересекает ровно два других отрезка.
• Второй: Многоугольник представляет собой ряд соединенных линий, делающих всю фигуру замкнутой.
• Третий: Многоугольник фактически представляет собой группу линий, расположенных таким образом, что, за исключением первой линии группы, начальная точка каждой линии совпадает с конечной точкой предыдущей линии и конечной точкой последней строки соединяется с начальной точкой первой строки.

Вы поняли смысл? Мы надеемся на это. Да, мы знаем, что определения всегда звучат довольно сложно, но на самом деле объект сегодняшнего интереса довольно прост, и мы готовы перейти к следующему шагу.

Для чего нужны полигоны и зачем вообще заморачиваться

Ответ прост как азбука. Многоугольники популярны в цифровом мире. Их можно назвать своеобразным цифровым искусством. Полигоны придают вашему изображению или тексту уникальный трехмерный ретро-стиль. Изначально полигональная графика использовалась для создания 3D-моделей и сцен в видеоиграх из-за скорости их рендеринга, которая достигалась за счет низкого полигонального разрешения.

Как правило (но не всегда) многоугольники треугольные. Они возникают при моделировании поверхности объекта, выборе вершин и визуализации объекта в каркасной модели. Техника быстрее отображается, чем затененная модель. Умелые цифровые художники даже учатся избегать швов в полигональном дизайне.

Какое программное обеспечение можно использовать для создания полигональной иллюстрации?

Если вы хотите создать полигональную иллюстрацию, вы можете использовать практически любое программное обеспечение для 3D-графики, которое вы освоили. Очень часто разработчики выбирают Cinema 4D из-за его универсальности и простоты, когда речь идет о моделировании, освещении и визуальных эффектах. Это программное обеспечение хорошо подходит для младенцев и грудных детей, в то время как другие инструменты, такие как Maya или 3ds Max, требуют гораздо большего опыта.

На самом деле полигональная графика не слишком сложна в создании, особенно по сравнению с архитектурной визуализацией, фотореалистичными рендерами или любыми анимационными техниками. Они напоминают первые дни компьютерного моделирования и анимации, отшлифованные современными технологиями. Ретро-стиль всегда в моде, и практически все, что делают дизайнеры, основано на методах старой школы.

Как известно, все 3D модели состоят из полигонов. Чем больше полигонов будет у вашей модели, тем детальнее и эстетичнее она будет выглядеть. Обычно после финальных штрихов рендеринга изображение приобретает вид гладких сплошных поверхностей. Используя меньшее количество полигонов на этапе моделирования, вы можете создать более простую и абстрактную модель. Эта техника часто сочетается со специальным стилем рендеринга, который вместо того, чтобы пытаться сгладить полигоны, рендерит каждую из граней модели, делая изображение блочным и угловатым, что выглядит очень странно.

Как видите, все зависит от эффекта, которого вы хотите добиться. Тем не менее, полигональное моделирование нельзя назвать низкоразрешающим. Сложные методы рендеринга, световые эффекты и тени помогают художнику создать очень реалистичный вид упрощенного объекта. Многоугольная иллюстрация похожа на бумажное ремесло или оригами. Сейчас этот стиль находится на пике популярности.

Противоположность элегантному дизайну

Согласитесь, что то, что выходит за рамки общепринятых стандартов, всегда привлекает внимание публики. Полигональный графический дизайн можно считать своеобразным ответом на последние тенденции совершенствования компьютерного моделирования. Протест в природе художников. Настоящие гении мыслят образно и пытаются по-своему выразить свое мировоззрение. Они не копируют действительность, а излагают ее сущность отвлеченно, что заставляет задуматься, припадая к размышлению.

Историческая справка

Знаете ли вы, что полигональный дизайн имеет исторический прецедент в искусстве? Это было в начале 20 века. Это было время возникновения множества экспрессионистских течений. Появление фотографии очень сильно повлияло на это направление в искусстве. Поскольку фотографии могли запечатлеть точное изображение, потребность в точности в искусстве приобрела свою актуальность. Экспрессионисты могли сосредоточиться на передаче чувств и ощущений, а не на точных представлениях. Сегодня абстракция и экспрессионизм процветают как в реальном, так и в цифровом искусстве.

Ниже вы увидите несколько выдающихся примеров цифровой полигональной графики. Возможно, они вдохновят вас на создание чего-то самостоятельно.

Примеры драматической полигональной графики

Железный человек
Если вы любите кино, эта иллюстрация вам обязательно понравится.

Королевство – Король
Королевский дух этого величественного животного передан идеально.

Свобода
Вам не кажется, что эта интерпретация Статуи Свободы как минимум достойна вашего внимания?

Портрет Лил Уэйн
Вы только посмотрите на его зубы… работа выше всяких похвал.

Портрет Роджера Федерера
Улыбчивый парень, не так ли?

Мы надеемся, что эти невероятные примеры пробудили желание создать что-то подобное или даже улучшить ваши сердца. Ниже вы найдете учебные пособия по Photoshop, обучающие основам полигонального дизайна.

Учебники

Просто попробуйте, и вы увидите, как легко создать шедевр

• Создание полигональной графики: часть 1
  В этом уроке вы научитесь создавать креативные портреты с использованием геометрических фигур. Автор покажет вам, как работать с фото модели, комбинируя Photoshop и Illustrator для создания захватывающих стилей фигур.
• Создание многоугольной графики: часть 2
  Второй учебник из этой серии научит вас создавать креативные портреты с использованием геометрических фигур и корректировки цвета в Photoshop. Здесь они покажут вам, как работать с фотографией модели, комбинируя Photoshop и Illustrator для создания захватывающих стилей формы, вы узнаете, как вносить общие изменения цвета в визуализированный дизайн, используя наложение градиента, уровни и другие настройки цвета для достижения фантастический финальный образ.
• Учебное пособие по Photoshop CS6 — инструмент «Многоугольник и нестандартная фигура»
  Этот видеоурок по Photoshop CS6 предназначен для начинающих. Вы узнаете, как использовать полигон и инструмент пользовательской формы.
• Разламывание и разбиение полигонов в ZBrush для создания графических эффектов
  Малыш Candyfloss Kid кратко рассказывает о создании разломанных или разорванных полигонов в ZBrush, которые можно использовать в качестве абстрактных визуализированных эффектов или даже для интересных альфа-каналов.
• Создание низкополигональной иллюстрации с помощью триангулятора
  Автор этого урока нашел полезный инструмент триангулятор для преобразования изображения в низкополигональную иллюстрацию! Выглядит потрясающе! Попробуйте!
• Многоугольники и морские звезды
  Photoshop CS3 «Один на один: передовые методы с Диком Макклелландом»
• Создавайте удивительные полигональные иллюстрации в Photoshop CS6
  В этом уроке по Photoshop CS6 автор показывает, как можно взять любое изображение и использовать его в качестве основы для чего-то более чистого и упрощенного. (Примечание: этот урок также можно выполнить в предыдущих версиях Photoshop с помощью инструмента «Многоугольное лассо». ) Метод, который он показывает здесь, основан на плоских многоугольниках, в основном трехсторонних фигурах, которые соединяются вместе и окрашиваются для определения базовой формы. . Техника проста, хотя необходимо соблюдать осторожность, чтобы получить максимальную отдачу от предмета.
• Создание векторного эффекта с помощью инструмента «Многоугольник», выделение
  Научитесь создавать мощные векторные эффекты в Adobe Photoshop с помощью инструмента «Многоугольник», инструмента «Прямое выделение», «Слои-формы», инструмента выделения «Выделение».
• Учебник по геометрическому искусству
  Это учебник Photoshop по многоугольным графическим числам.
• Учебное пособие по полигональному моделированию в Photoshop
  В этом учебном пособии показаны возможности инструмента полигона.
• Моделирование многоугольной коробки
  Этот туториал будет работать с сабдив-моделированием, потому что в основном низкополигональная топология будет очень похожей.