Každý z vás už někdy přišel do styku s 3D grafikou - pokud žijete v civilizaci, je to nevyhnutelné. Je všude kolem vás, a ani si ji nemusíte všimnout. Statická na obrázcích, pohyblivá na videu, interaktivní ve hrách. Obecný pojem Počítačová grafika se rozděluje na 2D a 3D. Do 2D patří vektory a bitmapy, se kterými pracuje například Adobe Illustrátor a Adobe Photoshop - tyto programy jsou vám jako návštěvníkům těchto stránek pravděpodobně dobře známé. Takže je úplně vypustíme z hlavy a soustředíme se pouze na 3D grafiku.
Jak definovat 3D grafiku?
Snad každý si dokáže představit, jak vypadá 3D grafika - to je jasné. Co už není tak jasné je podrobněji rozebrat, jak taková práce ve 3D funguje. Jedná se o modelování a seskupování objektů ve scéně, tedy v 3D prostoru.
3D grafiku můžeme dnes již pozorovat téměř všude, takže by bylo rovnou jednodušší hledat oblasti, kde se nevyužívá. Pokud se chcete stát 3D grafikem, přemýšlíte pravděpodobně o práci v několika následujících odvětvích:
- Herní průmysl - V dnešní době je naprostá většina AAA titulů dělána ve 3D, a s tím jak herní průmysl pravidelně roste půjde i v budoucnu o velmi žádanou pozici.
- Filmový průmysl - Čím dál víc filmů využívá 3D pro vytváření speciálních efektů (dobrá, dnes už prakticky všechny). Dají se tak vytvořit věci, které by se reálně dělaly buď obtížně, nebo vůbec, a co je zajímavé, prakticky vždy bývá 3D provedení levnější než točit celou scénu "postaru". A nemluvíme o nějakých odbytých efektech z Bollywoodu, profesionální práce digitálních umělců je levnější, než příprava a točení reálné scény.
- Reklama - Ať televizní nebo papírová, 3D v reklamě kraluje - například ohavní 3D maskoti, kteří v posledních pár letech zaplavili trh.
Jako ukázka může posloužit film Avatar, který kromě svého 3D provedení diváky oslnil i 3D zobrazením (neplést si 3D kino s 3D grafikou). Tento film je prakticky kompletně tvořen ve studiu. Některé zajímavosti si můžete přečíst zde.
V čele s architekty, designéry a všeobecně návrháři dnes velké množství oborů využívá 3D grafiku pro vizualizaci a simulaci výsledných produktů, ba jsou pro ně přímo nepostradatelné. Příklad: Pokud někdy nakupujete elektroniku, pravděpodobně uvidíte lesknoucí se prezentační obrázky výrobku, který si vybíráte - zvlášť pokud je tmavý, obvykle vypadá na obrázku neodolatelně. Když si ho pak přinesete domů, máte černou pikslu. Právě tyto prezentační materiály jsou v naprosté většině případů dělány ve 3D programech, například 3Ds Max nebo Cinema 4D (dále jen C4D), které sice neposkytují nástroje pro kótování, popřípadě výkresovou dokumentaci nebo podobné možnosti (jako jiné 3D programy, které jsou dělané na projektování, kde dominují především zástupci s koncovkou CAD (AutoCAD, ArchiCAD atd.), ale na druhou stranu poskytují mnohem větší prostor pro grafické či umělecké zpracování. Vypiplané stíny, materiály a další vlastnosti, které je možné uplatnit, umí výrobek rozhodně lépe prodat.
Pokud bych měl 3D grafiku k něčemu přirovnat, bude to určitě z části vektorová grafika, protože i 3D objekty jsou neztrátové a je možné je libovolně natahovat a přibližovat bez ztráty kvality výsledného obrazu. Pokud bychom se chtěli zabývat formátem dat a výstupy z 3D, dostáváme se už do problematiky pojmů a proto se přesuneme do další kapitoly.
Základní pojmy 3D grafiky
Během výkladu v tomto a následujících článcích se budu používat termíny, které potřebují vysvětlení - slova vám jistě nejsou neznámá, ale zde mají svoje specifické vlastnosti a účely. Abych se vyhnul tomu, že se budu neustále opakovat a popisovat něco, co už jsem dříve zmínil, sepisuji něco jako základní slovníček pojmů. V současné podobě to samozřejmě není vše a jak bude seriál pokračovat, budeme si odhalovat nové pojmy, jak budou naše znalosti růst.
3D Objekty
Jsou oproti 2D grafice zobrazovány v trojrozměrném souřadnicovém systému [x,y,z] (k šířce a výšce přibyla hloubka) a dále jsou zadány informacemi o úsečkách, křivkách a plochách. Nepohybujete tedy objekty jen nahoru/dolů, doleva/doprava, jak je tomu v 2D grafických programech, ale můžete je posouvat i k sobě nebo od sebe. V 2D programech jako Photoshop nebo Illustrátor jednotlivé vrstvy a objekty pokládáte na sebe a překrýváte, ale v 3D prostoru se vzdálenější předměty a objekty reálně zmenšují, a se scénou můžeme libovolně otáčet a naklápět. Objekty jsou základním stavebním prvkem, jako v Photoshopu vrstvy.
Scéna
Je v podstatě 3D pracovní plocha - vše co děláme se odehrává v ní. Ve scéně se můžeme pohybovat do všech směrů, natáčet pohled nebo přibližovat a oddalovat. Jsou v ní uložené souřadné systémy jednotlivých objektů, v případě natáčení scény se jednotlivé souřadné sýstémy objektů převádí na globální souřadný systém, ve kterém je otáčí a následně je zpětně převádí do původního souřadného systému. Všechno to zní složitě a zřejmě není potřeba dál rozebírat konkrétní matice otočení apod.
Plochy
Někdy označované přímo polygony jsou stěny, ze kterých se objekty skládají. Jsou tvořeny pomocí polygonů (mnohoúhelníků), které jsou vždy ohraničeny minimálně třemi body a přestože i C4D bude ukazovat plochu jako čtverec (nebo jiný mnohoúhelník), interně ji má zapsanou (rozloženou) na dílčí trojúhelníky, v případě čtverce tím pádem překvapivě dva.
Body a hrany
Jsou další pojmy, které se používají v rámci práce s objekty. Obojí se pojí s plochami a tvoří spojenou trojici. Každý z těchto pojmů má samostatný režim úprav, ale ať už upravujete plochy, hrany nebo body, upravují se zároveň parametry obou zbylých, viz obrázek níže:
Bez rozdílu v jakém jsme režimu, ovlivněny jsou všechny související hrany, body, či plochy.
Render
Jinak také renderování, rendering, je "vyvolávání" (jako se vyvolává film) reálného 2D obrazu z vytvořené 3D scény.
Jednodušeji: Tento proces převádí 3D modely a aktuální scénu na 2D obraz, takže si jej můžeme představit jako vyfocení scény fotoaparátem, kdy je výsledkem bitmapový obrázek například ve formátu JPEG, PNG apod. Rendering se používá také u videa, kde sice proces probíhá jinak, ale dělá se to samé, realizuje se finální produkt.
Na obrázku níže můžete vidět schéma nejčastější metody renderingu, jíž je tzv. Ray-tracing (Sledování paprsku). Ten pracuje na opačném principu než lidské oko. Zatímco u lidského oka funguje vnímání obrazu tak, že světlo nejprve osvítí jednotlivé objekty a paprsky od nich odražené se pak dostanou do lidského oka, u Ray-tracingu tento proces probíhá opačně. (Čistě pro případ že stejně jako editor tyhle vědomosti nenosíte v hlavě, pro načerpání vědomostí přidávám odkaz výše.)
Paprsky jsou vysílány směrem od bodu vnímání (oka, v našem případě kamery v programu) a zjišťují, zda se dostanou ke světlu, pixely se pak obarvují na základě vlastností povrchů, od kterých se během své cesty ke světlu odrazily nebo pokud se paprsky ke světlu nedostaly, pak vytvářejí stíny. Myslím, že není dále nutné vysvětlovat podrobně celý princip, proto pro případ, že by měl někdo zájem o bližší poznání tohoto procesu, jednoduše googlete, nebo koukněte na příslušnou stránku Wikipedie, která vám pravděpodobně vyskočí jako jeden z prvních výsledků hledání.
Textura
Obaluje objekt a výrazně ovlivňuje jeho vzhled. Bez textury je objekt jen jednobarevný předmět, a teprve použitím textury ožívá. Textury jsou 2D obrázky, které si normálně vytváříte v jakémkoli grafickém editoru, C4D dokonce podporuje mateřský formát Photoshopu *.psd a úprava textur je pak velmi jednoduchá. Objektu pak můžete dát texturu jakékoliv fotografie, obrázku nebo čehokoliv od kůry stromů, přes betonovou dlažbu, až třeba po textury obličeje.
Phongovo stínování
Nebo jinak Phongův osvětlovací model, je nejčastějším způsobem osvětlování scény. Jeho největší výhodou jsou rozumné výpočetní nároky, je tak vhodný pro real-time vykreslovanou grafiku a často se používá například v počítačových hrách. Skládá ze tří složek:
Jak je vidět na obrázku, výsledný efekt vzniká spojením zmíněných třech složek. O něco málo podrobnější popis vám nabízím níže:
Ambient - udává barvu objektu.
Diffusion - vytváří stíny na objektu na základě nasvícení objektu (poloha světla a jeho odrazy).
Specular - zajišťuje vznik odlesku na povrchu objektu, opět na základě polohy a odrazu světla, ale také na základě dalších objektů okolo, které se na nasvíceném objektu také odráží.
Jako textura a celkově vlastnosti povrchu se interně v C4D používají tzv. materiály.
Materiál
Je souborem vlastností, ze kterých se pak skládá výsledný vzhled povrchu. Máte k dispozici mnoho vlastností, které můžete materiálu nastavit, jako třeba Hrbolatost, Povrchová úprava, Svítivost, Průhlednost a další. Podrobněji si materiály a texturování rozebereme v některém z dalších dílů seriálu.
Zde vidíte ukázku materiálů, které je možné vytvořit v rámci C4D. Na prostředním objektu si všimněte jasné ukázky Specularu, neboli odlesku, ve kterém jsou krásně vidět odrazy okolních objektů.
Další pojmy vysvětlím buďto v rámci konkrétního článku, nebo budu předpokládat, že pokud máte zájem o 3D grafiku, určitě ovládáte alespoň základní dovednosti uživatele PC, takže strejda Google nebo teta Wikipedie to budou určitě vědět. Veškeré pojmy by měly být snadno dohledatelné a vysvětlené na internetu, stačí jen hledat.
Kde můžeme 3D grafiku využít?
Obecně jsme si už řekli, kde se 3D grafika využívá, ale ne z pohledu samotného tvůrce. Nejspíše bych ji rozdělil na dva typy:
- 3D grafika statická, kterou bych pak ještě rozdělil na:
- Finální, kde výsledkem je samotný render a máte hotovo.
- Pomocnou, se kterou pak dále pokračujeme například ve Photoshopu, nebo jiném grafickém editoru.
- 3D grafika dynamická, což je vlastně animace jako taková.
Jako příklad využití můžu uvést známé animované filmy Shrek nebo Polární express, který byl zároveň dělán s 3D filtrem pro 3D projekci v kinech - vidět tento film ve 3D kině se rovná skutečnému zážitku.
Něco málo k Cinemě 4D
Někteří zlí jazykové možná budou tvrdit, že C4D není nejlepší nástroj pro tvorbu 3D grafiky, a já jim určitě nebudu odporovat, jelikož se řídím heslem: "Proti gustu ...*". 3D modelovacích softwarů je na trhu mnoho a tak můžete vybírat, který vám sedne nejvíc. Ať už je lepší kterýkoliv, mě osobně vyhovuje C4D, protože ji shledávám oproti ostatním nejvíc uživatelsky přívětivou - takže pro ni budu psát tento seriál. Pokud by vás zajímalo, co znamená ono podivné "4D" v názvu, pak je odpověď jednoduchá. Onou čtvrtou dimenzí, rozměrem chcete-li, je zde čas, což představuje možnost tvorby animací.
Shrnutí tohoto dílu
Prošli jsme nejdůležitější pojmy, které budeme v budoucnu používat a podívali jsme se na 3D grafiku obecně. Taky už víme, na jaké druhy ji můžeme rozdělit, její využití a něco málo i o Cinemě 4D.
V příštím díle pronikneme do Cinemy 4D a budeme studovat její uživatelské prostředí. Základní prvky GUI (uživatelského rozhraní), nebo jednoduše "kde co hledat" a k tomu nějakou ukázku prací v C4D, které vás nalákají, abyste viděli co se v ní dá dělat.
Abych mohl být nějakým způsobem objektivní, tak se kouknu i na tu Cinemu, stáhnu si trial verzi a podívám se jak na tom je. Pro mě z pohledu začínajícího 3D grafika jsou důležité dvě věci. Tutorialová základna a ovládání programu. Maxko má hodně tutoriálů, i když většinu starých a jinak svou komlexní nápovědu ve které tě sám autodesk učí. Nevím jak je na tom Cinema4D, ale co se týče tutoriálů, tak špatně asi ne. Stáhnu si tu triálku a uvidíme no :)Případně pokud se ti bude chtít, můžeš přispět do vlákna na fóru : http://www.tutoriarts.cz/vb/showthread.php?716-3Ds-Max-vs-Maya-vs-Cinema4D . Nasadil jsi mi teď brouka do hlavy :D