Visualisoinnin perusteet

Transkriptio

1 1 / 12 Digitaalisen arkkitehtuurin yksikkö Aalto-yliopisto Visualisoinnin perusteet

2 Mitä on renderöinti? 2 / 12 3D-mallista voidaan generoida näkymiä tietokoneen avulla. Yleensä perspektiivikuva Valon simulointi Materiaalit Heijastukset Fotorealismi ei ainoa tapa renderöintikuvista voidaan tehdä myös tyyliteltyjä Yksinkertaiset esitykset, jotka eivät pyrikään realismiin Tarkoituksella esim. hiilipiirroksen tai vesivärimaalauksen näköiseksi muokatut kuvat

3 Visualisoinnin työtapoja 3 / 12 Renderöintikuvat Lähtökohtana 3D-mallinnettu rakennus CAD-malli Erityinen visualisointimalli 3D-malli valaistaan ja sille asetetaan materiaaleja Lopputulos voi olla joko fotorealistinen tai tyylitelty kuva Renderöityä kuvaa käsitellään usein kuvankäsittelyohjelmistolla Upotus valokuvataustaan, mittakaavaihmiset, puut Kuvankäsittelyllä luodut visualisointikuvat Lähtökohtana usein 3D-mallista otettu valaisematon ja teksturoimaton kuvakaappaus tai yksinkertainen renderöinti Tekstuurit, heijastukset ja valaistusefektit luodaan kokonaan kuvankäsittelyohjelmassa Taiteellinen vapaus suurempi kuin renderöitäessä, mutta realistisen lopputuloksen saavuttaminen vaatii taitoa

4 Visualisoinnin työtapoja 4 / 12 Animaatiot 3D-malli valaistaan, ja 3D-ohjelmiston kameraa liikutetaan aikajanalla Renderöidään kuvajono, joka yhdistetään videoksi Kuvankäsittely yksittäisille frameille ei mahdollista Jälkikäsittely videoeditointiohjelmistossa mahdollista, mutta vaatii työtä Reaaliaikainen visualisointi Pelimoottorit tai tarkoitusta varten luodut reaaliaikaiset 3D-ohjelmistot Lopputulos ei yhtä realistinen kuin offline-renderöidyt kuvat Mahdollistaa mallin esittelyn ja esim. valaistusolosuhteiden muutokset reaaliajassa Ympäristö täytyy olla mallinnettu kokonaisuudessaan, koska kuvakulmia ei voi määritellä etukäteen!

5 3D-mallinnuksen peruskäsitteitä 5 / 12 NURBS-mallit Non-Uniform Rational B-Spline Vapaamuotoinen pinta, joka muodostuu kontrollipisteiden väliin (vrt. Bezier-käyrät 2D-vektorigrafiikassa) Muodostetaan matemaattisesti määriteltyjen käyrien yhdistelmänä Päästään eroon monista polymeshien ongelmista kaarevat pinnat eivät koostu kolmioista vaan voidaan määritellä tarkasti NURBSeja on toisaalta usein vaikeampi muokata

6 3D-mallinnuksen peruskäsitteitä 6 / 12 Massamalli (solid) Mikä tahansa (yleensä suljettu) verteksiverkko voidaan määritellä myös massamallina Voidaan laskea tilavuus ja käyttää simulointeihin (esim. kappaleen massa) CAD-ohjelmat käsittelevät yleensä solideja Useat ohjelmat pystyvät käsittelemään pinta- ja massamalleja sekaisin Mallinnustekniikat: Pursotukset yms Boolean-operaatiot Matemaattisesti määritellyt muodot (esim. pyörähdyskappaleet)

7 3D-mallinnuksen peruskäsitteitä 7 / 12 Verteksi (vertex) yksittäinen piste, joka sijaitsee 3D-avaruudessa Reuna (edge) Kahta verteksiä yhdistävä jana Polygoni (polygon, face) Kolmen tai useamman verteksin rajaama pinta Erikoistapauksia: kolmio (tri), nelikulmio (quad) Enemmän kuin 4 verteksiä = n-gon Vain kolmio määrittää tason muut polygonit voivat määrittää satulapinnan (taso yleensä toivottava) Mesh (3D-kappale) Polygoniverkko (ei kunnollista suomennosta) Verteksejä yhdistävien reunojen rajaamista polygoneista muodostuva kappale

8 Valaistus 8 / 12 Renderöintikuvien valaisemiseen käytetään muutamia erityyppisiä valonlähteitä: Point light (omni light) Valo lähtee yhdestä pisteestä joka suuntaan Realistisissa malleissa valon intensiteetti on käänteisesti verrannollinen etäisyyden neliöön Spot light Yleensä pistemäinen valonlähde, mutta valokeila on rajattu Directional light Omni Yhdensuuntaiset valonsäteet (esim. aurinko) Spot

9 Valaistus 9 / 12 Area light Ei-pistemäinen valonlähde (esim. pallo, suorakaide) Realistisempi lopputulos (mm. pehmeät varjot) Skylight Joka suunnasta tulevaa diffuusia valoa simuloiva valonlähde Pelkästään epäsuoraa valoa Area light Skylight

10 Epäsuora valaistus 10 / 12 Epäsuoran valaistuksen simulointi on erittäin tärkeää uskottavan renderöinnin aikaansaamiseksi. Indirect illumination, joskus Global illumination Mental ray -renderöintiohjelmassa Final Gather Kuvassa näkyvän pinnan jokaisesta pisteestä lähetetään rajallinen määrä säteitä satunnaisiin suuntiin Jos säde osuu valaistuun pintaan, lähdepistettä valaistaan hieman Mitä useampi säde kohtaa valaistun pinnan, sitä kirkkaammaksi epäsuora valaistus tulee Valonsäteen heijastumisien (bounces) määrää voi yleensä säädellä Esim. ulkokuvissa yhdellä heijastuksella pärjää Sisätiloissa, joihin tulee vähän luonnonvaloa, voidaan tarvita 6 tai 7 heijastusta, jotta tilaan saadaan realistinen määrä valoa Renderöintiaika kasvaa merkittävästi! Unbiased-renderöinnissä heijastusten määrä on rajoittamaton

11 Materiaalien UV-mappaus 11 / 12 Objektille lisätään UVW Map -modifier, ja valitaan haluttu projisointitapa Unwrap UVW -modifierilla voidaan muokata UV mappausta "taittelemalla" malli auki

12 Materiaalien UV-mappaus 12 / 12 Planar mapping Box mapping Cylindrical mapping