proseminar computer graphics modeling game characters
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computer graphics & visualization
Proseminar Computer GraphicsModeling Game Characters
Dominic Degel18.12.2007
computer graphics & visualization
Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Motivation• Einige erfolgreiche Charaktere
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Motivation• Ziele guter Charaktere?
– Identifikation des Spielers mit dem Charakter– Einzigartigkeit
• Was mache einem (guten) Charakter aus?– Name – Hintergrundinformationen– Aussehen– Sprache– Auftreten – …
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Der Modeling-Prozess• Entwickler
– Grobe Vorstellungen und Entwurfszeichnungen– Textuelle Beschreibung
• Designer– Detaillierte perspektivische Zeichnungen– Vorder- / Rück- / Seitenansicht– Vorlage für die Modellierer
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Der Modeling-Prozess• Modellierer
– Skizzen des Designers als Vorlage– Erstellt Polygonmodell
• Verschiedene Modellierungsarten• Richtlinien (Polygonanzahl etc. )
• Weitere Aufgaben– Optimierung
• Polygonanzahl reduzieren• Bumpmapping und Normalmapping
– Texturieren• Zeichnen von Texturen• Texture Mapping
– Animation der Modelle• Knochenmodell• Bewegungen des Körpers• Animation des Gesichts
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Modeling-Techniken• Polygonal Modeling
– Darstellung von Objekten mittels Polygonen– „ Standard “ in der Echtzeit-Computergrafik
– Nachteile• Schlecht für gekrümmte Oberflächen geeignet• Hoher Rechenaufwand bei vielen Polygonen
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– Ausgangspunkt sind primitive Formen– Gezieltes Einsetzen von Techniken um die
groben Formen immer detailreicher zu gestalten
– Verwendete Techniken zB:• Skalieren von Faces• Hinzufügen neuer Vertices
-> Unterteilung in kleinere Strukturen• Verschieben von Vertices/Edges/Faces• Extrudieren bestehender Faces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 1. Erstellung eines Quaders
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 2. Unterteilung des Faces durch Einfügen neuer Vertices
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 3. Extrudieren von Faces (Annäherung der Grobstruktur)
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 4. Ziehen und Verschieben von Vertices (Annäherung der Grobstruktur)
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 5. Weitere Unterteilung der Faces (für feineres Modelling)
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 6. Stauchen / Strecken von Gruppen von Faces
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 7. Ziehen von Vertexgruppen / Strecken von einzelnen Faces
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 7. Ziehen von Vertexgruppen / Strecken von einzelnen Faces
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– 8. Erstellen von neuen Faces durch Verknüpfung von Vertices
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Subdivision/Box Modeling
– Vorteile• Gute Annäherung feiner Strukturen möglich• Verwendung von Standard-Tools möglich• Auch für Anfänger gut geeignet
– Nachteile• Polygonanzahl schlecht vorhersehbar• Annäherung an Vorlagen (Skizzen) umständlicher
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Inflation/Extrusion Modeling
– Entwürfe des Designers dienen als Vorlage– Erfassen der Konturen
• Seitenansicht des Entwurfs in den Hintergrund legen• Verwendung des „Line Tools“• Unterteilung des Körpers in Kopf, Torso, Arme und Beine• Beabsichtigte Polygonanzahl
– 3D-Körper erstellen• Frontansicht verwenden• Kopf und Körper auf die halbe Größe erweitern• Arm und Bein auf die volle Größe erweitern
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Inflation/Extrusion Modeling
– Anpassen der Bein- und Armform• Verwendung aller Ansichten• Entwürfe des Designers wieder im Hintergrund• Vertices an die richtigen Positionen ziehen
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Inflation/Extrusion Modeling
– Glätten des Körpers und Gliedmaßen verbinden• Körperform in Frontansicht anpassen• Übergang vom Körper zum Bein modellieren• Mit neuen Faces den Arm mit dem Körper verbinden
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Inflation/Extrusion Modeling
– Modell vervollständigen• Gespiegelte Kopie der Körperhälfte mit der bestehenden Hälfte verbinden
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Inflation/Extrusion Modeling
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Modeling-Techniken• Polygonal Modeling – Inflation/Extrusion Modeling
– Vorteile• Sehr genaue Einhaltung der Designvorlagen (Skizzen)• Nur eine Körperhälfte muss modelliert werden• Gute Annäherung feiner Strukturen möglich• Verwendung von Standard-Tools möglich
– Nachteile• Wesentlich mehr Erfahrung des Modellierers nötig• Langwieriger als Subdivision/Box Modeling
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Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Curve/Surface Modeling• Interne Darstellung: mathematische Funktionen• Verbreitete Arten
– Beziér Curves– NURBS (2D)– NURBS (Surface)
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Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Texturierung• Ziele
– 2D-Bilder (Texturen) auf 3D-Meshes mappen (UV-Mapping)– Nahtlose Übergänge– Vermeidung von Verzerrungen
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Texturierung• Aufbau von Texturen
– Zweidimensionales „uv“-Koordinatensystem von (0,0) bis (1,1)– Oftmals eine Textur-Datei für das ganze Modell– Jedem Vertex wird eine
uv-Koordinate zugewiesen (uv-Vertices)– Die uv-Vertices bestimmen den zu
verwendenden Texturausschnitt
(0,0)
u
v
(1,0)
(1,1)(0,1)
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Texturierung• Grundlegende Projektionsverfahren
– Flat Mapping• Projektion aus einer
Richtung• Randpixel werden
wiederholt• Gut bei ebenen Flächen• Schlecht bei komplexen
Objekten
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Texturierung• Grundlegende Projektionsverfahren
– Cube Mapping• Projektion aus 6 Richtungen• Schnelle Technik für
unwichtige Teile einesObjekts
• Schlecht für organischeObjekte (ungenau)
• Kein spezifisches Mappingmöglich (Gesicht)
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Texturierung• Grundlegende Projektionsverfahren
– Tube Mapping• Textur wird um Objekt
herum gelegt• Gut geeignet für zylin-
drische Objekte(Arme, Beine, Kopf)
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Texturierung• Grundlegende Projektionsverfahren
– Sphere Mapping• Kugelförmige Projektion• Gut geeignet für alle
kugelförmigen Objekte
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping (Beispiel Blender)
– Aufklappen eines Meshes entlang von Schnittkanten (Seams)– Weg zum Erstellen einer 2D-Vorlage
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping (Beispiel Blender)
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping (Beispiel Blender)
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping (Beispiel Blender)
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping (Beispiel Blender)
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping (Beispiel Blender)
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping
– Wir haben eine Vorlage für das Bildbearbeitungsprogramm– Wir erstellt man nun eine Textur die zur Vorlage passt?
• Vorlage des Modellierers (Fotos) sehr hilfreich• Sehr zeitaufwändig da sehr viel Handarbeit nötig
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping
– Beispiele komplexer Texturen
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Texturierung• UV-Mapping: Unwrapping
– Beispiele komplexer Texturen
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Normalmapping• Ohne Normalmapping
– eine Normale pro Face/Vertex als Grundlage für Shading– Durch Phong/Gouraud Shading weiche Übergänge aber keine Struktur– Feine Strukturen nur durch hohe Polygonanzahl zu erreichen
• Mit Normalmapping– Beliebig viele unabhängige Normalen
pro Face– Simulation von Oberflächenstruktur
ohne Erhöhung der Polygonanzahl
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Normalmapping• Benutzung
– Übertragung der Ausrichtung der Normalen-Vektoren von einem hochauf ein niedrig aufgelöstes 3D-Modell
– Vergrößerung des Detailreichtums ohne Erhöhung der Polygonanzahl• Aufbau einer Normalmap
– RGB-Bilddatei– Die RGB-Werte eines Pixels bilden die
zyx-Koordinaten der entsprechenden Normalen
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Normalmapping• Was genau macht Normalmapping?
– Mapping auf Objekt erfolgt wie bei normaler Textur– Beim Lighting werden die eigentlichen Normalen durch die der
Normalmap ersetzt– Normalen stehen nicht mehr senkrecht auf Polygon sondern zeigen in
beliebige Richtung– Eindruck von Struktur entsteht
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Normalmapping• Mögliche Verwendung
– Detailreichtum von Highpoly Modellen auf Lowpoly Modelle übertragen-> Normalmap aus Highpoly Modell berechnen
• Berechnung einer Normalmap– Leere Texturemap auf Lowpoly Modell mappen– Highpoly Modell wird als Referenz über Lowpoly Modell gelegt– Für jeden Pixel der Texturemap wird ein Strahl entlang der Normalen des
Lowpoly Modells geschossen– Normale im Schnittpunkt berechnen
und als RGB-Wert in Texturemapspeichern
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Normalmapping• Beispiele
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Normalmapping• Vorteile
– Feine Strukturen mit geringer Polygonanzahl möglich– Berechnung kann automatisch erfolgen
• Nachteile– Zur Berechnung ist eine Referenz (zB Highpoly Modell) erforderlich– Kanten an den äußeren Polygonen (Silhouette) sichtbar
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Überblick• Motivation
– Erfolgreiche Spiele-Charaktere• Der Modeling-Prozess
– Vom Papier bis zum fertigen Model• Modeling-Techniken
– Polygonal Modeling• Subdivision/Box Modeling• Inflation/Extrusion Modeling
– Curve/Surface Modeling• Texturierung
– Texturkoordinaten und Erstellung von Texturemaps• Verbesserungsmöglichkeiten
– Normalmapping– Subdivision Surfaces
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Subdivision Surfaces• Erzeugung glatter Oberflächen aus groben Kontroll-Meshes• Bekanntester Algorithmus: Catmull-Clark
– Edwin Catmull (Pixar)– Jim Clark (Gründer von u.a. Silicon Graphics und Netscape Comm. Corp)– Academy Award for Technical Achievement 2006– Aufteilung bestehender Polygone in mehrere neue Polygone und Anpassung an Umgebung
AusgangsobjektCatmull-Clark (Level 2)
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Subdivision Surfaces• Catmull-Clark Subsurfs
– Bester Verfeinerungsalgorithmus für Vierecks-Meshes– Ergebnis ist wieder ein Vierecks-Mesh– Mehrfache Anwendung führt zu deutlich weicheren Übergängen– Wird in vielen 3D-Anwendungen verwendet
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Modeling Game CharactersDominic Degel
Subdivision Surfaces• Catmull-Clark Subsurfs: Beispiele
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Ende
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
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