Subdivision-Modeling
Theorie und Praxis
Dieses Kapitel beleuchtet nicht nur die technischen Hintergründe und Funktionen, sondern hier werden wir auch die Anwendbarkeit polygonalen Modelings in einem Projekt überprüfen.
Das ureigenste “Basismaterial” ist das polygonale Mesh-Objekt. Auch wenn diese Aussage nicht auf alle 3D-Packages übertragbar ist (insbesondere dann nicht, wenn die Verwendung von Nurbs als arteigen anzusehen ist, wie z. B. in Maya, Rhino etc.), ist sie doch doppelt wahr für 3ds max! Ein Blick auf die angebotenen Modifikatoren und Plugins für 3ds max verdeutlicht, warum das so ist: Wir haben es hier eindeutig mit einem “Poly-Ausleger” zu tun. Das Editable Mesh ist ausschließlich aus “Faces”, also Dreiecken, aufgebaut. Der Vorteil von Dreiecken liegt auf der Hand: Sie sind immer flach und deshalb leicht zu berechnen. Der Nachteil besteht darin, dass man sehr viele Dreiecke benötigt, um eine organische Rundung zu erschaffen. Eine so dichte Geometrie ist jedoch sehr unübersichtlich. Die optische Organisation von Faces in Vierecksverbände (zwei Faces, deren anliegendes Edge unsichtbar ist), ist durch die Strukturierung in Reihen und Spalten für uns visuell besser erfassbar und deshalb leichter zu bearbeiten. Letzten Endes wird die Geometrie jedoch komplett triangular berechnet und kränkelt aufgrund der hohen Detailtiefe und der unschönen Glättungsergebnisse.
Die immer verbreitetere Verwendung von Subdivision-Surfaces, also “(Mesh) Smoothed Polygonal Modeling”, sowie das Potenzial dieser Technik veranlasste Discreet dazu, “echte” Polygone in die Mesh-Modeling-Umgebung von 3ds max in Release 4 zu integrieren. Mit diesem Ansatz konnte eine Technik implementiert werden, die High-End-Ergebnisse liefert und dabei auf das gesamte Spektrum der Funktionen in Max zugreift. Vergleichen Sie hierzu “New Polygon Modeling” von Robert Polevoi. Die in Release 4 fehlenden “Mesh-Tools”, die nötig sind, um das Editable Poly effizient zu bearbeiten, wurden von dem Programmierer Adam Watkins entwickelt und zur freien Benutzung zur Verfügung gestellt. Wie schon zuvor die Surface-Tools und unzählige andere Entwicklungen der kreativen Max-Community sind die Mesh-Tools in Release 5 mittlerweile fester Bestandteil des Programms.
Workflow
Man beginnt damit, die Ausmaße des Objekts zu definieren und anschließend dessen Oberfläche zu verfeinern. Der Prozess des Verfeinerns und der Manipulation von Vertices, Edges und Faces eines polygonalen Objekts wird als Box- oder Volume-Modeling bezeichnet. Aufgrund der einfachen Beschaffenheit des LowResolution-Objekts kann dieses sehr effizient in Echtzeit bearbeitet werden.
Eine in puncto Auflösung dynamisch skalierbare Version wird unter Verwendung des Mesh Smooth-Modifier auf einer Referenz erzeugt. Die dadurch entstandene HighRes-Ableitung bezeichnet man als “Derived Surface”. Genau wie bei dem bereits im Patch-Modeling eingeführten Referenzprinzip wird das Derived Surface über das LowRes-Kontrollobjekt verändert und niemals direkt manipuliert.
Smoothing
Wenn die Auflösung des Modells sinnvoll verfeinert werden soll, empfi ehlt es sich, das jeweilige Objekt ausschließlich (wenn irgend möglich) mit “quad-polys” zu gestalten. Der zur Glättung eines Mesh verwendete Subdivision-Surface-Algorithmus, das “Bicubic Smoothing”, erzielt auf der Basis viereckiger Strukturen sauberere “geometrische” und damit verbunden bessere optische Ergebnisse. Das “Bicubic Smoothing” berechnet die durchschnittliche Spannung zwischen den Ecken eines Vierecks. Dieser Spannungsmittelpunkt kann durch Verbinden der entgegengesetzten Eckpunkte (einfach ein “x” einzeichnen) visualisiert werden. Bei “non-quads” ist der Spannungsmittelpunkt nicht gleich dem Mittelpunkt des Volumens, was wiederum zu unschönen Smoothing-Ergebnissen führt.
Edge Loops
Gute Kontur-Edges auf dem Kontrollobjekt haben den vorteilhaften Effekt – wenn diese richtig angelegt sind –, Muskelbewegungen rudimentär zu imitieren. Der Trick und gleichzeitig die Schwierigkeit liegt darin, die Topologie des Objekts mit solchen Edge Loops aufzubauen. Je näher die Edge Loops die zu animierende Muskelstruktur imitieren, desto realistischer werden die Deformation des Kontrollobjekts und dessen Derived Surface sein. Vergleiche hierzu “How to apply the Principles of traditional Sculpture to make stunning 3D Characters” von Bay Raitt und Greg Minter, Nichimen Graphics und “Subdivision Pages” von Tamas Vagra.
Release 6-Features
Das Poly-Modeling wurde in Version 6 um das Isoline Display erweitert, das im “Edged Faces”-Modus (F4) die durch “Subdivision” entstandenen zusätzlichen Edges herausfiltert. Wir sehen also die Edges der LowRes-Variante auf dem Mesh Detail der HighRes-Variante. Praktisch! Diese Darstellungsoption kann im “Mesh Smooth”-Modifier in Kombination mit “NURMS” oder “Quad Output” eingesetzt werden, “Classic” wird nicht unterstützt. Der Edit Patch-Modifier bietet die Option ebenfalls an, zu finden im Subdivision-Surface-Rollout.
Der neue Shell-Modifier versieht Oberflächen mit einer vielseitig einstellbaren Tiefe und macht Schluss mit dem lästigen Vorgehen, die “Normals” extrudierter Faces selektieren und bearbeiten zu müssen. Angeboten werden folgende Parameter: “Inner/OuterAmounts”, “Segments”, Formung der Extrudierung durch ein Spline, Steuerung der “Material-ID” erzeugter Flächen, “Edge Smooting” sowie diverse Edge Mapping- und Selection-Optionen.