OSNOVE 3D MODELIRANJA - ntf.uni-lj.si · OSNOVE 3D MODELIRANJA UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc 4 uvod, zgodovina 3D-ja ploskovni oris prostora osnovna geometrija, koordinatni

copyright © 2005 | update software AG | 07.03.2018UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc

OSNOVE 3D MODELIRANJA

Helena Gabrijelčič Tomc, Univerza v Ljubljani, NTF, OTGO, KIGT

»


UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc

Helena Gabrijelčič Tomc

Katedra za informacijsko in grafično tehnologijo

e-mail: [email protected]

SM: http://www.ntf.uni-lj.si/igt/employee/helena-gabrijelcic/

ponedeljek: 12h

tel.: 01 200 3 291

2

mailto:[email protected]

http://www.ntf.uni-lj.si/igt/employee/helena-gabrijelcic/

»



Cilji predmeta

osnove 3D računalniške grafike: zgodovina, programska oprema, osnovni principi modeliranja, osvetljevanja, upodabljanja in animiranja, aplikacija v teoriji in praksi

spoznavanje osnovnih 3D tehnik in orodij za prenos znanja in povezovanje s področji interaktivnih medijev, avdio-vizualnih komunikacij in tehnologije

teoretično in praktično izhodišče za nadaljevanje študija sorodnih predmetov in vsebin na 2. stopnji študija

3

»


UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc 4

uvod, zgodovina 3D-ja ploskovni oris prostora

osnovna geometrija, koordinatni sistemi, barvni modeli

osnovni principi 3D modeliranja

zahtevnejši principi 3D modeliranja

svetloba, materiali in teksture

senčenje in luči

osnove 3D animiranja

kamera in upodabljanje

Vsebina predavanj

»



Vsebina predavanj in seminarjev po tednih

»



Literatura

Erzetič Blaž, Gabrijelčič Helena: 3D od točke do upodobitve, 1. in 2. izdaja

Ami Chopine: 3D Art Essentials: The Fundamentals of 3D Modeling, Texturing, and Animation

Kerlow Isaac Victor: The art of 3-D computer animation and Effects

Watt Alan: 3D computer graphics

Hearn D., Baker M. Pauline: Computer graphics

Arnold Gallardo: 3D Lighting (History, Concepts & Techniques)

Jeremy Birn: Digital Lighting & Rendering

Ratner Peter: 3-D human modeling and animation

Wartmann, Carsten: The Blender book

Kerlow, Isaac Victor: The art of 3-D computer animation and imaging

Glassner Andrew S.: 3D computer graphics : a user's guide for artists and designers

VAUGHAN. William. Digital Modeling. 1st ed. New Riders, Pearson Education.

FLOR de la, Mike. Digital Sculpting with Mudbox: Essential Tools and Techniques for Artists. Focal Press.

»



Uporabne povezave

www.3dtotal.com

www.turbosquid.com

www.turbosquid.com

www.cgsociety.org

www.3dlinks.com

www.highend3d.com

http://www.blender.org/

http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview

http://www.autodesk.com/products/autodesk-maya/overview

http://www.3dtotal.com/

http://www.turbosquid.com/

http://www.turbosquid.com/

http://www.cgsociety.org/

http://www.3dlinks.com/

http://www.highend3d.com/

http://www.blender.org/

http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview

http://www.autodesk.com/products/autodesk-maya/overview

»



Uvod

»



Learning 3D Computer Graphics

https://www.youtube.com/watch?v=VT5oZndzj68

https://www.youtube.com/watch?v=VT5oZndzj68

»



Računalniška grafika in 3D

je področje vizualnega izračunavanja, pri katerem se računalniki

uporabljajo tako za sintetično izdelavo vidnih podob kot tudi za integracijo

ali spremembo iz realnega sveta vzorčenih vizualnih in prostorskih podatkov

2D vs. 3D

»



3D prostor

http://www.webreference.com/3d/cararra/index.html

http://www.webreference.com/3d/cararra/index.html

»



Vrste 3D modeliranja

http://www.mining-technology.com/contractors/winding/hepburn/hepburn2.html

ploskovno (surface modeling)

prostorsko (solid modeling)

CAD, CAM, CAE

http://dzungnguyen.com/

http://www.mining-technology.com/contractors/winding/hepburn/hepburn2.html

http://dzungnguyen.com/

»



http://en.wikipedia.org/wiki/Solid_modeling

Solid vs. surface

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Freeform1.gif

prostorsko (solid modeling) ploskovno (surface modeling)

http://en.wikipedia.org/wiki/Solid_modeling

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Freeform1.gif

»



3D

14

stilizirani liki

tehnični objekti

znanstvene simulacije

realizem

3D v realnem času

virtualni svetovi

Kako predstaviti 3D objekt na 2D površini?

Kako predstaviti interakcijo svetloba-materija?

Kako v 3D virtualnem svetu predstaviti gibanje?

http://www.turbosquid.com/3d-models/3d-model-human-brain/624395

http://www.turbosquid.com/3d-models/3d-model-human-brain/624395

»



Delokrog 3D-ja

matematični algoritmi vmesnik

geometrija

modelmateriali

teksture

senčenje

luči

upodabljanje upodobitev modela v

virtualnem 3D prostoru

gledišče

kamera

prostorski ključi

vhodni

ukazi

modelirnik

upodobljevalni pogon

»



Od modeliranja do upodobitve

http://blog.gamerdna.com/2007/03/27/anatomy-of-an-mmorpg/

modeliranje

postavitev na sceno

teksture in materiali

osvetlejvanje

kamera

upodabljanje

postprodukcija

http://blog.gamerdna.com/2007/03/27/anatomy-of-an-mmorpg/

»



Iluzija prostora in prostorski ključi

»



Kompozicijska pravila statičnih upodobitev

pravilo tretjin

uravnoteženost elementov

simetrija in vzorci

vidni kot

ozadje

globina

kadriranje

rezi

...

http://www.123rf.com/photo_4414591_modern-comfortable-interior-with-a-fire-place-3d-

render.html

http://www.123rf.com/photo_4414591_modern-comfortable-interior-with-a-fire-place-3d-render.html

»



Kompozicijska pravila gibajočih upodobitev

forma

narativnost

pravila postavitve na sceno

prehodi med kadri

....

http://www.cgexplorer.com/2008/09/04/review-kung-fu-panda-2008-animated-feature-film/

http://www.cgexplorer.com/2008/09/04/review-kung-fu-panda-2008-animated-feature-film/

»



Globinski ključi in gradienti 1

20

relativna velikost objektov

prekrivanje (interpozicija)

nagnjenost linij, ploskev ali oblik

konvergenca vzporednih črt

ostrina obrisov in detajlov

relativna višina-lokacija predmeta v vidnem polju

http://www.youtube.com/watch?v=mBIWlagwgDg

http://www.youtube.com/watch?v=mBIWlagwgDg

»



Globinski ključi in gradienti 2

barvna perspektiva

svetlost

tekstura

zračna perspektiva

sence predmetov

http://www.ak3d.de/all/samsung-galaxy-3d-product-visualisation/

http://www.ak3d.de/all/samsung-galaxy-3d-product-visualisation/

»



relativna velikost objektov prekrivanje

Digital lightning and rendering: Jeremy Birn

»



nagnjenost linij, ploskev ali oblik konvergenca vzporednih črt

ostrina obrisov in detajlov


»



relativna višina-lokacija predmeta v vidnem polju barvna perspektiva


»



svetlost tekstura


»



zračna perspektiva sence predmetov


»



Primer: Domen Ermec, Irena Iliaž

»



Primer: Domen Ermec, Irena Iliaž

»



Zgodovina 3D-ja

»



»



William Fetter (1960)

http://wanlinksniper.blogspot.com/2009/10/william-fetter-and-boeing-man.html

http://wanlinksniper.blogspot.com/2009/10/william-fetter-and-boeing-man.html

»



Ivan Southerland (1963)

Sketchpad: A man – machine Graphical Communications System, prvi grafični vmesnik

Sketchpad Demo (1/2, 2/2)

3

filmi 1 pred/Ivan Sutherland Sketchpad Demo (22).mp4

filmi 1 pred/Ivan Sutherland Sketchpad Demo (22).mp4

»



https://vimeo.com/16292363


»



Mrežni objekti

opis z mrežami: z verteksi in robovi

vidni skriti robovi (HSR)

»



Materiali in osvetljevanje

algoritem za skrivanje nevidnih robov (Hidden Surface Removal)

ploskovno senčenje (flat shading)

večanje resolucije: povečanje števila poligonov

Gouraud senčenje (Henry Gouraud)

Phong senčenje (Phong Bui Toung, 1974)

http://www.camillotrevisan.it/cad2002/rendering_03/Rendering_03.htm

http://www.camillotrevisan.it/cad2002/rendering_03/Rendering_03.htm

»



Teskturiranje

Edwin Catmull (1974):

teksturiranje, Z-buffer, upodabljanje ukrivljenih objektov

http://sophia.javeriana.edu.co/~ochavarr/computer_graphics_history/historia/ http://en.wikipedia.org/wiki/Z-buffering

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Z_buffer.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Z_buffer.svg

http://sophia.javeriana.edu.co/~ochavarr/computer_graphics_history/historia/

http://en.wikipedia.org/wiki/Z-buffering

»



Materiali

Benoit Mandelbrot (1975): teorija fraktalnih naborov

http://www.andrewclem.com/Chaos.html

http://www.andrewclem.com/Chaos.html

»



Teksturiranje

James Blinn (1976):

bump mapiranje

“environment” mapiranje (tehnika odboja okolice na objektu)

http://escience.anu.edu.au/lecture/cg/Texture/whatElse3.en.html

http://escience.anu.edu.au/lecture/cg/Texture/whatElse3.en.html

»



Začetki na velikem platnu

1976 in 1977: 3D računalniška grafika v filmu

Future World Star Wars

http://www.youtube.com/watch?v=BZCcpsOpQgs http://www.youtube.com/watch?v=9gvqpFbRKtQ

filmi 1 pred/FUTUREWORLD TRAILER 1976.mp4

filmi 1 pred/FUTUREWORLD TRAILER 1976.mp4

http://www.youtube.com/watch?v=BZCcpsOpQgs

http://www.youtube.com/watch?v=9gvqpFbRKtQ

»



1982, prva celovečerna filma s 3D tehniko

Tron (Disney) Star Trek: The Wrath of Khan

https://www.youtube.com/watch?v=3efV2wqEjEY

http://www.youtube.com/watch?v=5rM4ODtN64M

https://www.youtube.com/watch?v=3efV2wqEjEY

http://www.youtube.com/watch?v=5rM4ODtN64M

»



Animirani filmi

1995 Toy story (Disney, Pixar): v celoti 3D tehnika

http://www.youtube.com/watch?v=ZivIO58KISI&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=ZivIO58KISI&feature=related

»



..... sledilo je

Don Greenberg: odboji z energijo

Commodor: Amiga računalniki (1985)

Silicon Graphics Incorporated – računalnik IRIS 3000 (1986)

prvi 3D programi: Caligari (trueSpace), Turbo Silver (Imagine) in LightWave

sledenje žarku (Ray tracing)

razpršena osvetlitev, indirektna osvetlitev (Radiosity)

kavstika

spektralna analiza

B-krivulje (B-spline)

UV teksturiranje

osvetljevanje z okolico HDRI (High Dynamic Range Imaging)

algoritmi za doseganje fotorealizma

»



Fotorealizem

»



Stanje

http://www.zbrushcentral.com/showthread.php?165145-portrait-attempt

http://www.zbrushcentral.com/showthread.php?165145-portrait-attempt

»



Skrivnosti fotorealizma

https://www.youtube.com/watch?v=R1-Ef54uTeU

https://www.youtube.com/watch?v=R1-Ef54uTeU

»




Modeliranje

• realne mere

• brez ostrih robov

• uporabiti referenco

• poznati anatomijo

Materiali

• uporaba fizikalno točnih algoritmov za senčenje

• uporaba map, ki so fizikalno eksaktne

• predstavitev nepravilnosti površin

»



Luči

• uporaba fizikalno točnih luči

• popravki barve

• aplikacija refleksij

• uporaba HDRI

Postprodukcija

• aplikacija sija okoli svetil ter luminiscentnih objektov

• uporaba globine polja, meglenja premika

• uporaba kromatskega odstopanja

• uporaba „cevne“ distorzije


»



Ne-fotorealizem

»



Blender Animacije

Glass Half

https://www.youtube.com/watch?v=lqiN98z6Dak

https://www.youtube.com/watch?v=lqiN98z6Dak

»



Example-Based Synthesis of Stylized Facial Animations (results)

Novosti: Sinteza stiliziranih obraznih animacij iz referenc

https://www.youtube.com/watch?v=0ueRYinz8Tk

https://www.youtube.com/watch?v=0ueRYinz8Tk

»



Trendi

»



Virtualna in obogatena resničnost in 3D

http://www.roadtovr.com/oculus-rift-review-prologue-to-a-new-reality/

http://www.roadtovr.com/oculus-rift-review-prologue-to-a-new-reality/

»



Slikanje in ilustracija v VR

• Oculus Quill VR Painting Tool

• Dear Angelica: film in VR

»



Slikanje in ilustracija v VR

https://www.youtube.com/watch?v=tbhUdKvJfw8

https://www.youtube.com/watch?v=tbhUdKvJfw8

»



Obogatena resničnost

• ILMxLAB Augmented Reality Experience

• mobilne tehnologije

• virtualna + obogatena resničnost

»



• Real-Time Simulation of Solids

with Large Viscoplastic

Deformation

• direktne dinamične deformacije

objektov z zajemom gibanja in

interakcijami uporabnika

Dinamične simulacije v realnem času

https://www.youtube.com/watch?v=m7js12tGFVA

https://www.youtube.com/watch?v=m7js12tGFVA

»



Film v realnem času

• "Adam" - Unity5

• making of: https://unity3d.com/pages/adam

• motion capture (gibanje telesa, oči)

• animacija telesa, obraza

• specialni algoritmi za simulacijo skupine objektov

• specialni algoritmi za osvetljevanje, volumetrične ambientalne učinke

• specilani algoritmi za osvetljevanje sistema delcev

• dinamika tekstila (3ds Max, Maya Hudini)

• https://www.youtube.com/watch?v=GXI0l3yqBrA

https://unity3d.com/pages/adam

https://www.youtube.com/watch?v=GXI0l3yqBrA

»



Kontrola gibanja v realnem času

https://bound.playstation.com/

• plesalka, zajem gibanja

• VR izvedba (specifika kamere)

• https://www.youtube.com/watch?v=aE37l6RvF-

c&feature=youtu.be

• gameplay: https://www.youtube.com/watch?v=IPerXkii7mw

https://www.youtube.com/watch?v=aE37l6RvF-c&feature=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=IPerXkii7mw

»



Pixar-jeve rešitve v realnem času

• 52 mio poligonov v 3 sekundah

• http://www.cgmeetup.net/home/real-time-graphics-in-pixar-film-

production/

• sprememba luči, senčenja, parametrov upodobitve v realnem času

http://www.cgmeetup.net/home/real-time-graphics-in-pixar-film-production/

»



Detekcija sveta okoli uporabnika

• Google

• meritve okolice (orientacija, lokacija) okoli

uporabnika

• zajem z mobilno tehnologijo in reprodukcija v 3D

virtualnem prostoru

• kontrola virtualnega sveta v realnem času

• https://www.youtube.com/watch?v=Qe10ExwzCqk

https://www.youtube.com/watch?v=Qe10ExwzCqk

»



Video-igre, upodabljanje in mobilna tehnologija

• State-of-the-Art Rendering on Mobile GPU

»



• character Shading of Uncharted 4

• Disney Diffuse model, GGX BRDF model

• Screen Space Subsurface

• hair is using Kajiaya-kay BRDF model

• senčenje oči, las in kože poteka s kodo

• https://www.artstation.com/artwork/nYDQ4

Senčenje likov v realnem času

https://www.artstation.com/artwork/nYDQ4

»



Cinematografija v realnem času

• Unreal engine 4

• https://www.unrealengine.com/blog/unreal-engine-4-

powers-real-time-cinematography-at-siggraph

• https://www.youtube.com/watch?v=pGtb6uMUgZA

https://www.unrealengine.com/blog/unreal-engine-4-powers-real-time-cinematography-at-siggraph

https://www.youtube.com/watch?v=pGtb6uMUgZA

»



https://www.youtube.com/watch?time_continue=153&v=TomaIxFEBnk

Nove realnosti in percepcija

https://www.youtube.com/watch?time_continue=153&v=TomaIxFEBnk

»



Mill STRATA: A Biometric VR Experience

https://www.youtube.com/watch?v=LYntB7GQ84Q

Nove realnosti in percepcija

https://www.youtube.com/watch?v=LYntB7GQ84Q

»



Programska oprema

»



Ali lahko dobim programe zastonj?

»



3ds Max

»



Maya

»



Cinema 4D

»



Houdini

»



Rhino

»



Solidworks

»



Specifična programska oprema

»



ZBrush

»



Poser

»



Robert Muža: Cinema 4D, Poser



»



Mudbox

»



Bryce3D

»



Terragen

»



Fusion360

»



Kaj pa odprtokodno?

»



Blender

»



Blender Animacije

Cosmos Laundromat - First Cycle. Official Blender Foundation release.

https://www.youtube.com/watch?v=Y-rmzh0PI3c

https://www.youtube.com/watch?v=Y-rmzh0PI3c

»



Blender Animacije

"Alike Trailer" by The Alike Team & Daniel Martínez Lara

https://www.youtube.com/watch?v=uSJ6oLxNNr0

https://www.youtube.com/watch?v=uSJ6oLxNNr0

»



Stanje v Sloveniji

Potreba po strokovnjakih na področju 3D računalnike grafike:

• Tronog (http://www.tronog.com/)

• Outfit (https://outfit7.com/)

Documents

OSNOVE 3D MODELIRANJA - ntf.uni-lj.si · OSNOVE 3D MODELIRANJA UL, NTF, OT, KIGT, Helena Gabrijelčič Tomc 4 uvod, zgodovina 3D-ja ploskovni oris prostora osnovna geometrija, koordinatni