3D rekonstrukcija srednjovekovnog naselja Trgovište u Unrealu

Stefan Krstić | Master rad

Kompleks kuća srednjovekovnog srpskog sela Trgovište se nalazi u podnožju starog Rasa koji se nalazi 11 km zapadno od današnjeg Novog Pazara. Selo datira iz sredine XIII veka, a rekonstrukciju ću raditi  u originalnim razmerama korišćenjem snimaka sa stranice Google map, kao i replikama dva originalna crteža iz tog perioda.

3D modelovanje

Potrebno je detaljno savladati tri osnovne metode za kreiranje 3D modela i po koracima razumeti način njihovog funkcionisanja, a to su Spline ili patch modelovanje, Box modelovanje i Poligonalno modelovanje (eng. Poly modeling). Jednom savladane metode modelovanja koriste se, uz male izmene, svakog sledećeg puta u realizaciji novih ideja.

Čvorovi (eng. knots) predstavljaju niz vrednosti zahvaljujući kojima se određuje stepen uticaja svakog kontrolnog verteksa na krivoj ili površini. Iako su čvorovi nevidljivi u 3D prostoru i njima ne možemo manipulisati direktno njihovo ponašanje povremeno utiče na izgled vidljivog NURBS objekta. Važna osobina NURBS kriva i površina je ta što se ne menjaju pri standardnim geometrijskim finim transformacijama.

Kod kreiranja 3D scene koje zahtevaju zakrivljene oblike, spline modelovanje bi trebalo biti prvi izbor, kao i kod objekata koji zahtevaju kombinaciju zaobljenih i uglastih oblika. Spline modelovanje se prvenstveno koristi za kreiranje čvrstih objekata, kao što su automobili, građevine ili nameštaj ali ne koristi se tako često za stvaranje karaktera zbog velikog utroška vremena potrebnog za kreiranje dobrog modela. Takođe, karakteri koji se proizvedu ovim načinom ne mogu se koristiti za animaciju bez mnoštva dodatnih modifikacija.

Dok izrađujemo model, bitno je voditi računa o topologiji mreže objekta, ali ako je model predviđen za upotrebu u igrama i slično, mora se voditi računa i o broju poligona. Zato je bitan balans između nivoa detalja na modelu, i broja poligona od kojih se taj model sastoji. Za rad u realnom vremenu, bitan je i ukupan broj pojedinačnih objekata u sceni. Poželjno je da on bude što je moguće manji. Prilikom izrade sitnijih deonica, koje su zakrivljene i zaobljene, potreban je veći broj ivica, kako modeli ne bi izgledali ćoškasto. Naravno, to donosi i potrebu za većim brojem poligona. Kako bismo to izbegli, a da usput dobijemo željene oblike, pomaže nam opcija “Smoothing Groups”. Smoothing Groups, ili kontrola svetlosti i senke na susednim poligonima, dosta pojednostavljuje model, a opet doprinosi da on izgleda uglačanije i zaobljenije.

UV mapiranje

Proces kreiranja 2D prezentacije površine 3D modela naziva se UV mapiranje. Ovaj proces projektuje teksturnu mapu na 3D objekat. Slova U i V označavaju ose 2D teksture, jer su X, Y i Z već uzete za označavanje osa u 3D prostoru. UV mapiranje kreira, edituje ili na drugi način uređuje UV-ove (koji se predstavljaju kao ravna, dvodimenzionalna prezentacija mreže površina modela), preko dvodimenzionalne slike koja se koristi kao tekstura.

Modelar u procesu stvaranja 3D modela kao poligonalne mreže, UV koordinate generise za svaki verteks u mreži. Jedan način je da se 3D model rasklopi (eng. unfold) po šavovima (eng. seams), uz polaganje poligona u jednu ravan. Kada je model razmotan (eng. unwrapped), artist može bojiti teksturu na svakom poligonu pojedinačno, koristeći razmotanu mrežu kao šablon. UV mapa može biti generisana automatski, uz pomoć softvera, napravljena ručno od strane artista, ili nekom kombinacijom obe metode. Često, UV mapa je već generisana, a artist je onda prilagođava i optimizuje je da minimizuje šavove i preklapanja. Ako je model simetričan, nekad je moguće preklopiti suprotne poligone kako bi se obe strane bojile istovremeno. Proces UV mapiranja zahteva tri koraka primenjena na 3D model: razmotavanje mreže, kreiranje teksture i primena teksture. 

Teksturne mape i izrada tekstura

Teksturno mapiranje je postupak dodavanja detalja, tekstura površine (bitmapa ili rasterska slika), ili boje, kompjuterski generisanoj grafici ili 3D modelu. Primenu ovog postupka u 3D grafici, započeo je Edwin Catmull 1974. godine.

Prvobitna metoda koja projektuje i mapira piksele iz teksture na 3D površinu – danas više tehnički nazvana difuzno mapiranje (eng. diffuse mapping) da bi se razlikovala od mnogo kompleksnijih mapiranja – poslednjih decenija dolaskom multi-pass rendera i kompleksnog mapiranja kao što je bump, normal, displacement, reflection, occlusion, ili light mapiranje, i mnogih drugih tehnika, omogućava simulaciju foto-realizma u realnom vremenu, uz značajno smanjenje broja poligona i kalkulacija osvetljenja, potrebnih za konstrukciju realističnih i funkcionalnih 3D scena.

Teksturna mapa se primenjuje (mapira) na površinu oblika ili površinu pojedinačnih poligona. Svaki verteks u poligonu je dodeljen teksturnoj koordinati (koja se u 2D slučaju još naziva i UV koordinata) eksplicitnim zadavanjem ili proceduralnom definicijom. Lokacije uzorkovanja slike su zatim interpolirane preko poligona da proizvedu vizuelni rezultat.