3D-grafikk: Fra geometri til realisme by Universitetsforlaget

Boken har en tydelig progresjon fra de grunnleggende prinsippene i geometrisk modellering, til avanserte teknikker og spesialiserte anvendelser. Alle teknikkene blir forklart og visualisert med steg-for-steg-bilder, og det er en mengde oppgaver der du selv får prøvd deg. Forfatterne har lagt vekt på å gjøre læreboken bransjerelevant, slik at du kan være forberedt på de prosesser og teknikker som gjelder eksempelvis for dataspill, arkitektvisualisering eller animasjon.

Henning Birkeland Sigbjørn Galåen Ivar Kjellmo

FRA GEOMETRI TIL REALISME

Henning Birkeland, Sigbjørn Galåen, Ivar Kjellmo

Henning Birkeland, Sigbjørn Galåen og Ivar Kjellmo har alle solid erfaring fra å jobbe med 3D-grafikk i ulike bransjer, i tillegg til mange års undervisning ved 3D-studiet på Høyskolen Kristiania. Sammen har de nå skrevet en grundig og praktisk orientert lærebok for den ferske 3D-studenten.

3D-GRAFIKK

3D-grafikk er et designuttrykk som brukes i stadig flere bransjer og fagområder, fra dataspill, film og animasjon, til arkitektur, reklame og medisinsk visualisering. Kurs og studier innen 3D-grafikk har dukket opp og utviklet seg siden begynnelsen av 2000-tallet, og nå finnes det altså endelig en norsk lærebok i faget.

3D-GRAFIKK

ISBN 978-82-15-06507-6 Modellering

Lyssetting

Rendering

Sanntidsgrafikk

Visualisering

3D-GRAFIKK

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 1

15.12.2023 14:22

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 2

15.12.2023 14:22

Sigbjørn Galåen, Henning Birkeland og Ivar Kjellmo

3D-GRAFIKK Fra geometri til realisme

UNIVERSITETSFORLAGET

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 3

15.12.2023 14:22

© H. Aschehoug & Co. (W. Nygaard) AS ved Universitetsforlaget 2024 ISBN 978-82-15-06507-6 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med rettighetshaverne er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning og kan straffes med bøter eller fengsel. Boken er utgitt med støtte fra Kunnskapsdepartementet ved Lærebokutvalget for høyere utdanning. Forfatterne har mottatt støtte fra Det faglitterære fond. Henvendelser om denne utgivelsen kan rettes til: Universitetsforlaget Postboks 508 Sentrum 0105 Oslo www.universitetsforlaget.no Omslag: Henning Birkeland Sats: ottaBOK Trykk: Aksell AS Innbinding: Bokbinderiet Johnsen AS Boken er satt med: Adobe Garamond 10/13,5 Papir: 100 g Arctic Matt

NO - 1470

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 4

15.12.2023 14:22

Innhold Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Forfattere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Introduksjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anvendelsen av 3D-grafikk . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 13

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perspektiv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Optikk og fotografi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Skjermflaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polygoner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vektorgrafikk og romlige akser . . . . . . . . . . . . . . Programvarer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 15 17 19 21 21 24

Kapittel 2 Grunnleggende modellering . . . . . . . . . . . . . . . . . Programmets utseende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometriske primitiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Objektsenter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammensetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polygonmodellering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . En bestemt helhetlig form . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parametere og justeringer . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modellering ut fra en 2D-form . . . . . . . . . . . . . . Profilmodellering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Radielle objekter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 31 34 35 36 37 41 45 46 49 52

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 5

Modellering langs en kurve . . . . . . . . . . . . . . . . . Utskårne former . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kurvebaserte 3D-overflater . . . . . . . . . . . . . . . . .

53 58 60

Kapittel 3 Planlegging av 3D-arbeidet . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arbeidsflyt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometriens detaljgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Observasjon og skisser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Komposisjon og bildeutsnitt . . . . . . . . . . . . . . . . Kameraet i en scene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dybdelag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Det gylne snitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rule of thirds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tangenter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tester og korreksjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kombinasjonsteknikker . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62 63 64 66 70 70 71 72 73 74 75 76

Kapittel 4 Materialer og teksturer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduksjon til materialer og teksturer . . . . . . . . Teksturer og maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . UV-mapping og UV-unwrapping . . . . . . . . . . . . Fysisk riktig rendering og metallisk arbeidflyt . . . Standard Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Refleksjoner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metaller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transparens og glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80 82 84 86 92 95 95 97 98

15.12.2023 14:22

Innhold

Lysspredning i materialet . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Bump, normal og displacement . . . . . . . . . . . . . 99 Prosedurale teksturer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Prosedurale teksturer og displacement . . . . . . . . . 102 Demonstrasjon: Bruk av teksturer og prosedurale maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Kapittel 5 Hardsurface-modellering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Prinsipper for hardsurface-modellering . . . . . . . . 111 Modellering av en fastnøkkel . . . . . . . . . . . . . . . 112 Splitte sekskanter og åttekanter . . . . . . . . . . . . . . 113 Modellering av en hammer . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Blocking av komplekse objekter . . . . . . . . . . . . . 115 Referansebilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Planlegge topologi og linjeflyt . . . . . . . . . . . . . . . 117 Modellering av en bil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Modellering med repeterende form . . . . . . . . . . . 123 Modellering av en felg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Modellering av et bildekk . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Kapittel 6 3D-skulptering og organisk modellering . . . . . . . 132 Digital skulptering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Demonstrasjon: Skulptere en hai . . . . . . . . . . . . 136 Insert Mesh brush . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Demonstrasjon: Skulptere en tyrannosaurus rex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Kapittel 7 Lyssetting og rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Renderteknologier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Prerendering i et 3D-program . . . . . . . . . . . . . . . 152 Renderingformater og oppsett . . . . . . . . . . . . . . . 153 Lysintroduksjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Rendering og kamera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 6

Dagslys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Lys og farger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Lys og skygger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Bruk av HDRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 HDRI og 3D-grafikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Trepunkts lyssetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Lyssetting av en figur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Lyssetting og drama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Å lyssette en scene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Etterarbeid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Rendere til elementer/AOV . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Kapittel 8 Sanntidsgrafikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Spillmotorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Tidlig spillgrafikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Tidlig spillgrafikk i 3D: Vektorgrafikk . . . . . . . . . 192 Modulær 3D-grafikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Optimalisering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Kameratyper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Level Of Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Håndtering av ekstremt høy detaljgrad . . . . . . . . 197 Teksturdetaljer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Teksturstørrelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Hva menes med 8-bits eller 24-bits? . . . . . . . . . . 200 Transparens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Minnebruk og kompresjon . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Struktur og navngivning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Draw calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Dynamiske lys / skygger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Light baking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Realistisk lyssimulering i sanntid . . . . . . . . . . . . . 206 Statisk eller deformerbar geometri . . . . . . . . . . . . 207 Diagnostisering av ytelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Betydning av visuell stilretning . . . . . . . . . . . . . . 208

15.12.2023 14:22

Innhold

Kapittel 9 Scener og omgivelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Utvikle idéen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Referansebilder og moodboard . . . . . . . . . . . . . . 212 Skisse og thumbnails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Terreng og høydedata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 3D-generert terreng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Terreng i Unreal Engine og Unity . . . . . . . . . . . . 216 Planter og trær . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Teksturering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Unreal Engine og Quixel assets . . . . . . . . . . . . . . 222

Tilpasning av myke og deformerbare modeller . . 253 Innflytelsen hvert bein har på geometrien . . . . . . 253 Justering av innflytelse og deformasjon . . . . . . . . 254 Animasjonskurver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Mer om keyframes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 Figuranimasjon: Timing og masse . . . . . . . . . . . . 259 Når animasjonen skal være en syklus . . . . . . . . . . 263 Ansiktsuttrykk og omforming . . . . . . . . . . . . . . . 264 Å få et objekt til å følge et annet . . . . . . . . . . . . . 265 Når et objekt følger en bane . . . . . . . . . . . . . . . . 265 Overføring fra ekte bevegelser til animasjon . . . . 266

Kapittel 10 Karakterdesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Karakterbeskrivelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Form og farge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Referanse og skissing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Modellering av en karakter . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Retopologisering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 N-poles og E-poles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Teknikker for å splitte og forenkle geometri . . . . 236 UV-mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Teksturering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Lyssetting og presentasjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Hår i 3D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Klær i 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Kapittel 12 Arkitekturvisualisering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 CAD (Computer Aided Design) . . . . . . . . . . . . . 273 Programvare for CAD og BIM . . . . . . . . . . . . . . 273 Opptegning av vegger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Interiørvisualisering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 360-graders panoramabilde . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Kapittel 11 Animasjon og rigging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Stegvise bilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Tidslinjen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Bildefrekvens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Oppsett av et animasjonssystem . . . . . . . . . . . . . 249 To forskjellige animasjonsoppsett . . . . . . . . . . . . 251 Klargjøring av en modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 7

Kapittel 13 3D for visuelle effekter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 HDRI – High Dynamic Range Image . . . . . . . . 281 Lyssetting av 3D for VFX . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Camera tracking / Match moving . . . . . . . . . . . . 285 Lagvis rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Sammensetting av bildet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 3D-digitalisering, fotogrammetri . . . . . . . . . . . . 289 Kapittel 14 3D-printing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Klargjøre en 3D-modell til print . . . . . . . . . . . . . 298 Printprogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 3D-printtjenester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

15.12.2023 14:22

Innhold

Kapittel 15 Bransjer og prosjektarbeid . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Teamstrukturer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 Tekniske retningslinjer (Technical Direction) . . . 306 Tekniske utfordringer: Noen erfaringer . . . . . . . . 307 Visuelle retningslinjer (Art Direction) . . . . . . . . . 308 Game Design Document . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Produksjonslinjen (Pipeline) . . . . . . . . . . . . . . . . 310 Produksjonsfaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 8

Smidig metodikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 Prosjektstyring og oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . 312 Dailies og Weeklies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Hvilke egenskaper ser selskaper etter? . . . . . . . . . 315 Frilans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Ordforklaringer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 Nettsider/ressurser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

15.12.2023 14:22

Forord 3D-grafikk etablerte seg i spill- og filmbransjen fra midten av 1990-tallet etter å ha vært eksperimentelt i et par tiår. I Norge har det vært fagskoleutdanninger innen 3D-grafikk siden 2001 og videre bachelorstudier siden 2011. I dag undervises det i dette som et eget studieløp eller som et enkeltemne ved flere høyskoler og fagskoler. I tillegg berøres fagfeltet i medielinjer ved folkehøyskoler og videregående skoler. Det har hittil ikke vært norsk pensumlitteratur for disse studiene. Det som finnes, er engelskspråklig, ofte begrenset i tematikk og uten en pedagogisk oppbygging som passer et studieløp. Mangel på norsk litteratur har nok noe å gjøre med at fagfeltet først var lite, spesialisert og mest anvendt til dataspill. I tillegg var både programvarene og eksisterende informasjon engelskspråklig til å begynne med. Men studiet er voksende, og teknologien anvendes i stadig flere bransjer og sammenhenger, så vi tror en norsk lærebok nå vil være velkommen. Læreboken vil særlig konkurrere med engelsk faglitteratur, men også med magasiner og demonstrasjoner på internett. Sistnevnte er ofte utført av enkeltpersoner eller av programvareutviklere som tar for seg spesifikke teknikker uten en større pedagogisk kontekst. Vi har alle tre forfatterne lang erfaring som lærere og veiledere innen akademiske studier i fagfeltet, og vi håper vi har klart å videreføre våre metoder og pedagogiske tilnærminger til denne boken. Vi har skrevet boken med utgangspunkt i at studenten er en nykommer i fagfeltet og uten forkunnskaper om 3D-grafikk. Hvert kapittel har en progresjon der temaet bygges opp stegvis, mens fordypning og bredere anvendelser kommer mot slutten av kapittelet. Læreboken som hel-

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 9

het har en lignende progresjon, der de første kapitlene gir innføring i prinsipper og basismetodene. Senere kapitler tar for seg mer avanserte teknikker og spesialiserte anvendelser. Flere kapitler har øvingsoppgaver underveis, slik at studenten skal kunne få testet ut teori og teknikker på egenhånd. Dette kan også legge føringer for hvilke typer oppgaver som kan gis underveis i et studieløp for å kartlegge nivå og måloppnåelse. Dette gjør også fagboken aktuell som pensumlitteratur. I motsetning til mye faglitteratur innen 3D-grafikk og design har vi unngått å gjøre denne læreboken for programvarespesifikk. Med andre ord gjelder ikke læreboken én bestemt programvare, og vi går ikke for mye i dybden på alle knapper og menyer. Dette er fordi det ikke alltid er en like pedagogisk fremgangsmåte, og plasseringer kan fort bli utdaterte. Vi beskriver prinsipper og metoder som gjelder for hvert tema. Vi omtaler likevel hovedfunksjonene og begrepene i bransjestandardprogrammene, herav 3ds Max, Maya og Blender, og går enkelte steder mer i detalj på funksjoner i eksempelvis ZBrush. Det vil uansett kunne være behov for veiledning og egen utforskning innen den aktuelle programvaren. Det har videre vært essensielt å gjøre læreboken bransjerelevant slik at studenten, enten via et akademisk løp eller selvstudium, kan være forberedt på de typene prosesser og teknikker som gjelder eksempelvis for dataspill, arkitekt visualisering eller animasjon. Vi har også ønsket å gi en del av innholdet en historisk kontekst nettopp fordi det har vært en kontinuerlig utvikling innen fagfeltet.

15.12.2023 14:22

Forord

Vi som forfattere har undervist i fagskole- og bacheloremner for 3D-grafikk som har spent fra introduksjonsemner til mer spesialiserte nivåer. Innhold fra disse har lagt mye av grunnlaget både for tekniske forklaringer, eksempler og demonstrasjoner. Vår erfaring fra bransjene, herav dataspill, visualisering og animasjonsfilm, har også blitt anvendt til bransjerelevante eksempler. Enten du er nysgjerrig på hva 3D-grafikk er, eller ønsker å mestre fagfeltet, håper vi at du får mye utbytte av denne boken, som da er Norges første lærebok i 3D-grafikk.

Vi vil takke Ole Christoffer Haga ved Høgskolen i Innlandet og Robin Isfold Munkvold ved Nord Universitet for sakkyndig vurdering og nyttige tilbakemeldinger på første versjon av manuset. Vi vil også takke Det faglitterære fond for tilskudd. En spesielt stor takk til forlagsredaktør Jannicke Bærheim og manuskoordinator Hedda Barratt-Due for god oppfølging underveis i hele prosessen med manus, figurer og bokens utseende. Sist og ikke minst retter vi en takk til vår arbeidsgiver Kristiania for å gi oss tid og mulighet til å jobbe med denne boken som en del av vår forskning og kunstneriske utvikling ved School of Arts, Design, and Media.

Oslo, desember 2023 Sigbjørn Galåen, Henning Birkeland og Ivar Kjellmo

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 10

15.12.2023 14:22

Forfattere

Sigbjørn Galåen Førsteamanuensis

Henning Birkeland Høyskolelektor

Ivar Kjellmo Førsteamanuensis

3D-grafiker og kunstner med lang arbeidserfaring fra dataspillbransjen, herav i Funcom og som medeier i Blink Studios. Sigbjørn har jobbet med undervisning innen 3D-grafikk siden 2011.

Henning var med på å starte Norges første 3D-utdanning og har over 20 års erfaring som lærer i 3D-faget. Han har også jobbet som frilans 3D-artist på flere animasjonsfilmer.

Billedkunstner med 11 års industrierfaring fra Telenor og Octaga AS. Ivar har over 10 års undervisningserfaring med 3D-grafikk.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 11

15.12.2023 14:22

Introduksjon

Introduksjon 3D-grafikk eller 3D-design er både et kreativt og teknisk fagfelt som er sentralt i de store visuelle bransjene: dataspill, animasjon, visualisering, filmeffekter og illustrasjon. 3D-grafikere produserer digitale modeller og scener som kan være tilpasset både realistiske, stiliserte og tegnefilmlignende stilretninger. Den tekniske definisjonen av 3D-grafikk er geometrisk data som blir representert i tre virtuelle akser, altså med lengde, dybde og høyde. Som fagfelt gjelder dette programvarer og metoder som vi anvender til å utforme digitale modeller og scener. Begrepet CGI, som står for Computer Generated Imagery, brukes også om 3D-grafikk og filmeffekter. I dag er det ikke lenger noen grenser for hva som er mulig å skape med 3D-grafikk. Dette styres av den teknologiske utviklingen i samspill med økende behov for detaljerte 3D-modeller til dataspill, film og promotering. Her har det vært en enorm utvikling de siste 30 årene. Da 3D-grafikk begynte å bli vanlig i dataspill på midten av 1990-tallet, måtte visuelle elementer være geometrisk enkle og med lav bildeoppløsning. Begrensningene lå i datidens prosessorer, minne og komponenter. 3D-grafikk som kan forandres interaktivt, kalles sanntidsgrafikk, og her må nemlig geometri, bevegelser og lyssetting bli kalkulert av programvare og komponenter før det tegnes opp flere titalls ganger i sekundet på skjermen. Derfor har sanntids 3D-grafikk måttet være enklere og mer effektiv enn det som kunne vises i film. Innen film var det tidlig på 1990-tallet kun et fåtall storproduksjoner som benyttet seg av 3D-grafikk, spesielt Terminator 2 i 1991 og Jurassic Park i 1993. Toy Story kom

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 12

ut i 1995 som første full-lengdes animasjonsfilm som kun brukte 3D-grafikk. På denne tiden måtte mye av teknologien og programvaren utvikles etter hvert som behovet meldte seg, og maskinvaren var ekstremt kostbar. I dag anvendes 3D-grafikk i det meste av film, TV-serier, dataspill og visualiseringer. Det har vært et stadig voksende behov for realisme i det som produseres innen 3D-bransjen – og dermed større behov for detaljerte 3D-modeller i dataspill, film og visualisering. Publikums og markedets forventning til visuell kvalitet er her en drivende faktor for bedre datautstyr. Fra tidlig på 2000-tallet har dette medført betydelig økte kostnader for hvert prosjekt som skal utvikle eget og detaljert visuelt innhold. Behovet for å lage omfattende innhold har lagt grunnlaget for en del tjenester og plattformer som tilbyr ferdige 3D-modeller og annet visuelt innhold. Tilgjengeligheten av slike biblioteker med realistiske 3D-modeller er sterkt økende; noe som gjør at fagfeltet 3D endres for mange. Med andre ord: 3D-grafikere vil i økende grad jobbe med ferdigprodusert innhold. Det vil likevel alltid være behov for spesifikt utformede modeller og 3D-grafikk innenfor unike stilretninger, og oppdragsgivere vil ofte ha ønsker om utforminger til sitt eget produkt. Det samme gjelder om man selv vil være med og utforme et eget spill- eller animasjonsprosjekt. Derfor vil både tekniske og kreative ferdigheter forbli viktig og ettertraktet. Et annet stort skifte som vi ser innenfor 3D-grafikk, er den voksende bruken av spillmotorer for sanntidsvisualisering. En av de mest tidkrevende prosessene innen 3D har

15.12.2023 14:22

Anvendelsen av 3D-grafik

alltid vært prosessen datamaskinen må gjøre for å regne ut et bilde eller en animasjon, såkalt rendering. Prosessen kan ofte ta fra timer til flere dager ved animasjonssekvenser. Dagens teknologi gir oss mulighet til å jobbe med 3D- grafikken i sanntid ved hjelp av spillmotorer som Unreal Engine og Unity. Dette er ikke lenger forbeholdt kun å produsere dataspill, men vi ser en sterkt voksende bruk av disse spillmotorene også ved filmproduksjon (visuelle effekter) og ved visualisering av interiør og arkitektur. I senere tid har vi sett en eksplosiv økning i bruken av kunstig intelligens, eller artificial intelligence (AI), noe som også vil spille en viktig rolle innenfor 3D-grafikk i tiden fremover. Bildegeneratorer som Midjourney, Dall-E og Stable Diffusion, som genererer bilder ut fra en tekstlig beskrivelse (prompts), har blitt populære verktøy for konseptutvikling og referansemateriell i 3D-bransjen. Vi har også begynt å se starten på 3D-generatorer som kan generere 3D-modeller basert på en tekstlig beskrivelse. Det finnes allerede programvare som med kunstig intelligens kan lage animasjon på 3D-figurer ut ifra menneskelige bevegelser i et videoopptak. Alle disse nye verktøyene som er basert på kunstig intelligens, kommer til å endre måten vi jobber på, og vil forenkle mange arbeidsprosesser som i dag er tidkrevende og utfordrende for en 3D-artist.

Anvendelsen av 3D-grafikk I moderne dataspill og animasjonsfilmer står 3D-grafikk for det meste av den visuelle opplevelsen, og det er nok her vi ser 3D-grafikk oftest. Her er som regel alle figurer, effek-

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 13

ter og omgivelser 3D-grafikk i en eller annen form. Omtrent alt innhold til det audiovisuelle produktet konstrueres da innenfor 3D-programmer og/eller i spillmotorer. 3D-grafikk har med tiden også blitt en stadig viktigere del i filmer der deler av bildet er byttet ut eller supplert med 3D-grafikk, eksempelvis i en futuristisk eller antikk by, eller i en scene med et monster. I andre tilfeller kan det være at bakgrunnen av praktiske årsaker er endret og modellert. Disse innslagene er ofte såpass integrerte at vi ikke tenker over at visse elementer ikke er fra innspillingen. Dette fagfeltet, hvor film og effekter samkjøres, kalles visual effects eller VFX. Ved visualisering anvendes 3D-grafikk oftest som en integrert del i et eksisterende miljø, hovedsakelig sammen med foto eller film. Bannere, brosjyrer og nettsteder som viser et kommende boligprosjekt, en ny bilmodell eller et nytt nasjonalt byggverk er eksempler på dette. Da må 3D-modellene passe inn i omgivelsene og lyssettingen slik at det virker ekte, og da gjerne på en måte som viser frem visjonen på et estetisk vis. Enkelte produktkataloger bruker realistiske 3D-modeller i stedet for foto, da det er enklere å lage varianter av farger, overflate og tilbehør. Visste du at så å si alle bildene i IKEA-katalogen kun er 3D-modeller, både av møbler og interiør? Nå som vi har gått gjennom hva 3D-grafikk er, og hvilke bransjer det anvendes i, skal vi gå videre til det tekniske fundamentet bak det og hvordan vi faktisk utformer 3D- grafikk.

15.12.2023 14:22

K A PIT T EL 1

Det tekniske fundamentet

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 14

15.12.2023 14:22

Kunstnere har brukt teknikker for å skape illusjonen av dybde og form lenge før datateknologien ga oss 3D-grafikk. Renessansekunstnere som Raphael (se figur 1.1) var blant de første som begynte å etablere teknikker for realistisk perspektiv og dybde i sine malerier. Optikk og fotografi har utvidet vår forståelse av lys, farger og dybde og hvordan vi kan utnytte dette for å skape realistiske bilder – både på et ark og på en skjermflate. I dette kapittelet skal vi se på disse prinsippene som dagens 3D-grafikk bygger på. Da trenger vi ikke minst å betrakte de tre romlige aksene: X, Y og Z.

Perspektiv Perspektiv er en betraktnings- og fremstillingsmåte som får frem dybde i et bilde. Dette er i motsetning til skjematiske eller sidestilte fremstillinger. Bruk av perspektiv i tegning og billedkunst har vært sentralt for å fremstille rom og former på en realistisk måte. Innenfor tegning og maling har mange av metodene for perspektiv og romlig dybde sitt utgangspunkt i observasjonsvinkel og optikk. Arket, lerretet eller flaten som det tegnes på, blir et projeksjonsplan for et tenkt rom bak det.

Figur 1.1: Her ser vi hvordan Raphael i sitt berømte maleri School of Athens (1510) har skapt en opplevelse av romlig dybde både for arkitekturen, belysning og menneskene, som er lagvis posert.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 15

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

Figur 1.2: En teknikk for perspektivtegning blir illustrert her av Albrecht Dürer i Draughtsman Making a Perspective Drawing of a Reclining Woman (1600). Prinsippet er å projisere formene som sees gjennom et rutenett, over på et tilsvarende linjeark.

Figur 1.3: Her vises et motiv der horisontlinje og forsvinningspunkt er satt, og ut fra dette kan perspektivlinjer trekkes. Vi kan konstruere tegninger med dybde på denne måten.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 16

15.12.2023 14:22

Optikk og fotograf

Det er i prinsippet det samme som skjer i et kamera når lys treffer filmflaten gjennom kameralinsen. Projeksjon er avbildning av punkter på en linje eller et plan eller overføring fra ett bildeplan til et annet, slik som lysmønster på en vegg. Vi kan konstruere perspektivlinjer mot et forsvinningspunkt og en horisontlinje, der objekter observeres som mindre og mindre for hvert avstandspunkt (se figur 1.3). Perspektivlinjer dras da fra ytterkantene på objektet og inn mot forsvinningspunktet. Disse definerer hvordan rette linjer på objektet vil vinkle seg i forhold til observatøren. Vi skiller mellom ett-, to- og trepunkts perspektiv, som er avanseringer av det samme grunnprinsippet. På denne måten kan vi konstruere eksempelvis en bygning sett i per-

spektiv. En effekt av perspektiv er forkortning, som vil si at overflater fremstår mer komprimerte etter hvert som de havner i avstanden, eller når de får en vinkel som peker vekk fra observatøren. Dette blir spesielt tydelig på en bygning med rader av vinduer eller på en motorvei med veimerker.

Optikk og fotografi Optikk er fagfeltet som omfatter studier av lys og dets egenskaper, samt skygger og lysbrytning gjennom ulike medier. Linser, kikkert og kamera er oppfinnelser basert på optiske prinsipper.

Figur 1.4: Illustrasjon av en hvit lysstråle som treffer linser av glass der det oppstår fokus og refraksjon (Alvaro Lomba, 2022). Lyset spres til slutt i henhold til forskjellige fargers energi og bølgelengde.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 17

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

Figur 1.5: Skygger kan konstrueres slik de havner på en gitt overflate ved å trekke projeksjonsstråler fra ytterkantene av lyskilden via ytterkantene av et objekt. Det vil også fremgå hvor det blir totalskygge, og hvor skyggene tones ut.

Ved å forstå hvordan lys påvirker objekters overflater, og hvordan skygger oppstår, kan både kunstnere og utviklere konstruere dette på en overbevisende måte – når det gjelder både tegning, maleri og digitale medier. I geometrisk optikk beskrives lys og skygger ved hjelp av stråler. Et tradisjonelt kamera og fotografi fungerer ved at lys gjennom en linse påvirker en lysfølsom film. Her overføres lys og skygger fra objekter på en liten filmflate. Kameraet er altså med på å bekrefte hvordan lys og skygger kan konstrueres når vi betrakter projeksjonsstråler fra objekter og til observatøren. Figur 1.6: Et historisk kamera. (Foto: Pixabay)

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 18

15.12.2023 14:22

Skjermflate

Skjermflaten Oppfinnelsen av TV og monitorer gjorde det mulig å vise film og skjermbilder på et apparat både i hjemmet og på arbeidsplassen – og ikke bare på et kinolerret. Skjermflaten er bygget opp av horisontale linjer som igjen er delt inn i piksler.

En HD-skjerm har 1080 slike linjer i høyden, mens en vanlig TV i flere tiår hadde rundt halvparten av dette. Antallet linjer er et tall på skjermens oppløsning og hvor detaljert den kan vise et bilde, og her blir teknologien stadig forbed ret. Økningen i skjermoppløsning har hatt betydning for detaljgraden som kan vises i datagrafikk, både i 2D og 3D.

Figur 1.7: Illustrasjon av oppløsningen på en tradisjonell skjerm versus en HD-skjerm. (Foto: Pixabay)

Figur 1.8: Forstørring av et område på en skjermflate viser hvordan bildet er definert av mange piksler. (Foto: Pixabay)

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 19

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

En piksel (eller pixel) er et punkt – og det minste elementet et skjermbilde er bygget opp av. På de fleste skjermer er hver piksel en mikroskopisk lysdiode som avgir en bestemt farge med en gitt lysstyrke. Et skjermbilde er som en mosaikk av slike piksler, som blir tydelig når vi forstørrer et mindre bildeområde. Når vi snakker om oppløsning i et digitalt bilde, er det antall piksler bildet er bygget opp av, det refereres til. Et vanlig format er HD (High Definition). HD er en oppløsning som også kalles 2 K, fordi det er nesten 2000 piksler i lengderetningen. Mer presist er det 1920 × 1080 piksler som danner et bilde i HD-format, totalt blir dette da litt over 2 millioner fargede firkanter. 4 K er en dobbel oppløsning av HD, mer presist 3840 × 2160, og det vil dermed være fire ganger høyere areal enn et HD-bilde. Skjermflaten behandles som et koordinatsystem med XY-akser, der hver piksel har en bestemt posisjon. Systemet

innen dataspill og applikasjoner anvender dette hele tiden når bildeelementer plasseres og tegnes opp på skjermen. De tidlige 2D-spillene var i sin helhet basert på slike blokker av piksler satt i system, både for bakgrunn og bevegelige figurer. Dette er altså grunnlaget i digital 2D-grafikk – fra pikseltegning og 2D-spill til bildebehandling. I 2D-applikasjoner kan vi oppnå en ekstra dybdeeffekt ved å bruke såkalt parallakse. Da får bildeelementer forskjellig bevegelighet avhengig av avstand. Når forgrunnen beveger seg raskere enn bakgrunnen, får vi inntrykk av at de ligger i forskjellige dybdeplan, slik vi observerer det i virkeligheten. Hvis det i tillegg er forskjell i fargepalett og fargemetning, vil dette gi ekstra kontrast og dybde. I kapittel 7, Lyssetting og rendering, skal vi se mer på hvordan 3D-programmet bearbeider piksler og får virtuelle objekter og scener til å fremstå romlige.

Figur 1.9: Eksempel på 2D-grafikk fra tidlige dataspill der elementene plasseres og flyttes i XY-aksene. Skjermene på denne tiden bestod gjerne av en oppløsning på kun 320 × 200 piksler, så pikslene var synlige.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 20

15.12.2023 14:22

Vektorgrafikk og romlige akse

Figur 1.10: Illustrasjon av bestanddelene vertex, edge/line og fylte polygoner.

Polygoner Polygon betyr «mangekant», og det er en geometrisk definisjon av en enkel form. Polygoner er definert av ytterpunkter som kalles vertex eller vertices (flertall). Linjene mellom punktene kalles edge eller line i de fleste programvarer. En polygon kalles også face og er bygget opp av triangler. Jo flere kanter en polygon har, dess flere triangler består den av. Fordelen med å gjengi flater som et sett med polygoner fremfor pikselgrafikk er at det opptar mye mindre data. Datamengden er i hovedsak antall vertices, mens med pikselgrafikk er datamengden antall piksler arealet er fylt med. I tillegg er polygonene mulige å omforme og skalere ved hjelp av matematiske formler. Som vi skal komme inn på senere, er mye av det vi opplever som dybde og 3D på en skjerm, visualisert med dynamiske og omformede polygoner samt piksler innenfor disse.

Vektorgrafikk og romlige akser Som med 2D-grafikk kan også 3D-modeller plasseres i et koordinatsystem, men nå trenger vi tre akser. X-, Y- og Z-aksene danner til sammen et romlig koordinatsystem der modellen består av punkter med linjer og fylte flater

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 21

mellom dem (se figur 1.11). Ved bruk av de tre romlige aksene får vi definert tykkelse og volum på formene. Vi får dermed et romlig koordinatsystem. 3D-grafikk i tidlige dataspill ble gjerne kalt vektorgrafikk i motsetning til pikselgrafikk. Her ble objektene tegnet opp som linjeobjekter (wireframe) eller ensfargede flater. Vektorer er matematiske linjer med en bestemt retning og lengde. Dette blir brukt både i matematikk, fysikk og data simuleringer for å kalkulere retning, verdi og hastighet på objekter. Vektorgrafikk er også basert på matematiske formler for å tegne opp basisgeometri, linjer og polygoner, og ikke minst perspektiv. Måten flater og former tilsynelatende forandrer seg på, avhengig av innfallsvinkel, kan kalkuleres. Vektorer er dermed et viktig fundament i alle programvarer innen 3D-grafikk. Selve 3D-scenen har et globalt koordinatsystem eller et som tilhører selve arbeidsområdet (viewport) i programmet. Når vi på flytter et objekt i scenen, så får det en XYZ-posisjon i henhold til det globale koordinatsystemet. I tillegg har også hvert objekt, hver polygon og hvert punkt et lokalt koordinatsystem. Dette gjør eksempelvis at vi kan flytte polygoner utover eller innover fra deres egne

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

Figur 1.11: En enkel geometrisk modell inni et XYZ-koordinatsystem. Verticene, som definerer geometrien, har bestemte koordinater (x, y, z). Polygoner eller faces er de fylte flatene mellom disse.

akser. For polygoner på ei kule blir det radielt, altså fra sentrum, i motsetning til kun horisontalt og vertikalt. Dette gir en egen kontroll på utformingen av objekter, som vi skal komme mer inn på i kapittel 5, Hardsurface-modellering. Her kan vi altså flytte, dele inn, trekke ut segmenter og justere geometrien til det blir en detaljert modell. Prinsippet om å forenkle organiske eller avanserte former til kantete former har blitt anvendt innenfor både skulptering og tegning. Her defineres de viktigste volumene først mens detaljer gradvis legges til. I tillegg fremheves gjerne de viktigste linjene og flatene. Disse metodene har også ligget til grunn i forenklet modellering innen 3D-grafikk. Figur 1.12: Lokale koordinatsystemer og akser gjelder her for valgte polygoner. Da kan de flyttes rett ut fra overflaten de ligger på.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 22

15.12.2023 14:22

Vektorgrafikk og romlige akse

Figur 1.13: Utdrag fra Ed Catmulls A Computer Animated Hand fra 1972. Foto: Utah University.

Et av de første eksemplene på en 3D-modell som lignet en anatomisk form, er sekvensen A Computer Animated Hand fra 1972. Denne var laget av Edwin Catmull, en av grunnleggerne av animasjonsstudioet Pixar. Det ble først laget en gipsavstøpning av Catmulls hånd, som det så ble tegnet geometriske linjer på. Deretter ble linjene systematisk målt og konstruert til en digital modell som bestod av 350 polygoner. I nyere tid kan kompliserte skulpturer – og metoder for fysisk skulptering – være inspirasjon for skulptering i 3D-programmer.

Innen dataspill har det vært en spesielt tydelig utvikling fra svært enkel geometri til fotorealistisk 3D. Dette har gått hånd i hånd med utviklingen av datakomponenter og programvare, og både film- og dataspillbransjen har vært med på å drive utviklingen av disse. 3D-grafikk og CGI (Computer Generated Imagery) generelt er et godt eksempel på teknologi i kontinuerlig utvikling. Det finnes også egne metoder for å ta utgangspunkt i 2D-former eller fotografi for å utforme 3D-modeller. I ett tilfelle kan en tegnet 2D-form trekkes ut til 3D-geometri

Figur 1.14: Illustrasjon av spillgrafikkens utvikling i 3D-geometri og detaljgrad på en spillfigur, omtrent fra perioden 2000 til 2020. I tillegg har modellene gjerne ekstra overflatedetaljer og teksturer.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 23

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

og bearbeides videre. I et annet tilfelle kan vi anvende foto grammetri, der programvaren kan kalkulere geometri ut fra en serie med foto. I nyere tid utvikles det applikasjoner som kan generere både 2D- og 3D-innhold basert på kunstig intelligens (AI). Vi skal se nærmere på de forskjellige metodene for utforming av 3D-modeller, og bruken av 3D-grafikk, i de kommende kapitlene. Både tegneteknikker og optiske prinsipper blir videreført når vi i moderne tid anvender datamaskiner og programvare til å utforme bilder og modeller. Skjermflaten blir altså et digitalt lerret – og et digitalt rom – hvor vi kan konstruere virtuelle former. I flere fagfelter ender virtuelle modeller opp som fysisk produserte modeller – enten det er bygninger, biler eller miniatyrfigurer.

Programvarer Det finnes en mengde dataprogrammer for å lage 3D-modeller, noen er gratis, og noen er svært kostbare; noen er dedikerte til å kunne løse spesifikke oppgaver; andre er mer generelle og kan brukes til å gjøre en full 3D-produksjon. Det kan være vanskelig å skille programvarene fra hverandre og vite hva som egner seg best, så vi skal bruke litt tid på å gå gjennom noen av disse og vise hva som skiller dem i grove trekk. Mye av grunnlaget for dagens 3D-programmer ble utviklet allerede på 1970- og 1980-tallet, men det var først på 1990-tallet at flere av de programvarene som brukes i dag, kom på markedet. De 3D-programvarene som brukes mest i Norge i dag, er: 3D Studio Max (forkortet til 3ds

Figur 1.15: Et skjermbilde av 3D-programmet Autodesk Maya med arbeidsvinduet i midten med 3D-modeller. Arbeidsvinduet er omgitt av menyer med verktøy og informasjonsbokser samt et renderingsvindu over som viser resultatet av det endelige kalkulerte bildet.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 24

15.12.2023 14:22

Programvarer

Max eller Max), Maya og Blender, som alle stammer fra 1990-tallet. ZBrush ble lansert tidlig på 2000-tallet. Selv om alle disse 3D-programmene kan brukes i de fleste produksjoner, så er det ofte 3ds Max som brukes til visualisering og mye mot spillindustrien, da programmet har flere gode rendere som lager realistiske bilder i tillegg til god tilgjengelighet av modeller (også kalt assets) tilpasset programmet. Maya brukes ofte til produksjon av animasjonsfilm og visuelle effekter i film da programmet er spesielt godt egnet for animasjon og simulering, i tillegg til at programmet er ganske fleksibelt å tilpasse til en pipeline i et større studio. Blender er et gratisprogram som utvikler

seg raskt, og programmet er spesielt godt egnet til mindre selskaper og frilans-artister. Disse tre programmene er nokså like, og de er alle fullverdige 3D-progammer som kan brukes til de fleste 3D-prosjekter. I tillegg til 3D-progammene som vi bruker til å modellere, animere og rendere prosjektene i, finnes det en rekke andre 3D-relaterte programmer som utfører mer spesifiserte oppgaver. I denne boken tar vi med oss noen utvalgte programmer som er industristandarder, og som brukes innen ulike underfelt i 3D-bransjen. ZBrush er en spesielt bra programvare til skulptering av organiske modeller som karakterer, monstre og skapnin-

Figur 1.16: Et skjermbilde av arbeidsvinduet i skulpteringsprogrammet Maxon ZBrush. Arbeidvinduet er omgitt av verktøy og knapper for ulike pensler som brukes til skulptering.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 25

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

ger. Programmet lar oss tegne og forme som om vi skulle ha jobbet med «digital leire». ZBrush har med årene også utviklet seg til å dekke hele modellerings- og tekstureringsprosessen. Dette er en fordel for artister som ønsker å holde seg til én programvare. Det kan også nevnes at Blender har et godt utviklet verktøysett for skulptering som i dag kan dekker mange av mulighetene som finnes i ZBrush. Adobe Substance Painter er en programvare for å gjøre teksturering. I likhet med Photoshop kan vi jobbe med masker og lag. Det som skiller programmet fra et tradisjonelt tegneprogram, er at her kan vi tegne direkte på 3D-modellen, og vi får se resultatet av teksturene og effektene i sanntid direkte på 3D-modellen. Programmet har en

rekke ferdige materialer som gir et godt grunnlag i de aller fleste tekstureringsbehov, i tillegg til smartfunksjoner for å generere f.eks. rust, støv og slitasje på en overflate basert på overflatens kurvatur, retning og skyggeområder. Gaea er en programvare for å skape landskap og terreng. Landskapet kan raskt endres og aldres ved hjelp av en rekke nodebaserte funksjoner. Vi kan legge på detaljrike og realistiske farger basert på satellittdata fra jordas terreng og tilføre alt fra fjell, bekker, hav, steiner, planter og mye mer. De detaljrike terrengene og teksturene kan brukes videre inn i animasjonsfilm, dataspill eller visualisering. Vi beskriver programmet videre i kapittel 6 om 3D-omgivelser.

Figur 1.17: Et skjermbilde av tekstureringsprogrammet Adobe Substance Painter med materialbibliotek, arbeidsvindu med 3D-modell og modellen gjengitt som en flat tekstur (UV-mappet).

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 26

15.12.2023 14:22

Programvarer

Figur 1.18: Et skjermbilde av QuadSpinner Gaea med et 3D-generert landskap. I bunnen av skjermbildet ser vi et nodenettverk som inneholder all informasjonen om landskapet.

Unreal Engine og Unity er spillmotorer som opprinnelig først og fremst ble brukt til å lage dataspill, men ettersom datamaskinene og spillmotorene har blitt kraftigere, ser vi også spillmotorene oftere og oftere tatt i bruk som rendere for animasjoner og virtuelle produksjoner. Ved å bruke en spillmotor kan man både jobbe og hente ut bilder og animasjoner i sanntid, og vi er ikke lenger begrenset av lang kalkuleringstid. Spillmotorene gir oss stor frihet til å raskt endre resultatet underveis i en produksjon ved f.eks. å endre lyssetting og atmosfære i sanntid uten å måtte vente på en render.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 27

Archicad og Revit er programmer som er spesielt godt egnet for å konstruere målsatte byggetegninger av hus og bygninger, da programmene inneholder biblioteker og verktøy for det aller meste av det et bygg inneholder. Programmene brukes blant annet av arkitekter og arkitekturvisualiseringsbransjen i tillegg til yrkesgrupper som rørleggere, elektrikere og ventilasjonsteknikere, for å nevne noen. Tegningene kan ofte være veldig detaljerte og inneholde alt fra konstruksjon av bygningsmassen i tillegg til ventilasjon, VVS og elektrisk. Programmene er videre beskrevet i kapittel 12, Arkitekturvisualisering.

15.12.2023 14:22

Kapittel 1 Det tekniske fundamentet

Figur 1.19: Et skjermbilde av spillmotoren Unreal Engine med verktøy for landskapsgenerering på venstre siden og mapper med alt innholdet i prosjektet i bunnen.

Twinmotion er et sanntidsvisualiseringsverktøy som minner mye om en spillmotor. Programmet gir oss mulighet til raskt og enkelt å produsere bilder, panoramabilder og animasjoner av blant annet arkitektur i høy kvalitet. Twinmotion er bygget på spillmotoren Unreal Engine, men med et mye enklere brukergrensesnitt og med lett tilgjengelige biblioteker av modeller man trenger spesielt innenfor arkitekturvisualisering. Programmet er videre beskrevet i kapittel 12, Arkitekturvisualisering.

Max, Maya eller Blender tilgjengelig så du kan prøve ut verktøy og teknikker underveis for å få en dypere forståelse av hvordan verktøyene fungerer. Vi viser i hovedsak til metodene, men har enkelte spesifikke referanser til disse programmene.

I denne boken har vi lagt spesiell vekt på å forklare verktøy og fremgangsmåter for å lage 3D-modeller i et 3D-program. For å få fullt utbytte av boken bør du ha enten 3ds

som viser en bygning eksportert over fra ArchiCAD, plassert inn i

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 28

Figur 1.20: Et skjermbilde av Graphisoft ArchiCAD som viser plantegning og 3D-modellen av et bygg. Figur 1.21: Et skjermbilde av visualiseringsprogrammet Twinmotion omgivelser og gjengitt med realistisk lyssetting og natur. På venstre side har vi et bibliotek med alt fra møbler til planter.

15.12.2023 14:22

Programvarer

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 29

15.12.2023 14:22

K A PIT T EL 2

Grunnleggende modellering

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 30

15.12.2023 14:22

Programmets utseende

Da jeg fikk min første jobb i spillbransjen i 1995, var bruken av 3D-grafikk relativt nytt – i hvert fall det at hele spillet var i full 3D. Min bakgrunn var hovedsakelig innen tegning og animert 2D-grafikk, så 3D var et ganske ukjent terreng. Det viste seg at de andre på teamet også bare hadde innledende kunnskap om 3D-programvaren, så her måtte vi prøve oss frem og utforske modellering og teknikker steg for steg. Vi 3D-grafikere tegnet skisser og modellerte figurer nærmest polygon for polygon for deretter å detaljere dem. Etter hvert som vi ble kjent med modelleringsteknikker, materialer og lyssetting – og scener begynte å se bra ut – ble 3D-arbeidet veldig morsomt! Det er uansett viktig i starten å eksperimentere med enkel 3D-geometri og utforming, og tenke at modellene blir mer avanserte senere i prosessen. I dette kapittelet skal vi se på noen grunnleggende metoder for utforming av forskjellige typer modeller. – Sigbjørn

Programmets utseende Modellering er selve fundamentet i 3D-grafikk og omhandler utformingen av en digital modell. Det er flere ulike fremgangsmåter for modellering, og det finnes dermed ikke bare én riktig metode du må anvende. Du trenger å vurdere hva slags form du skal utforme, og hvilket sluttresultat du ønsker, for å vite hvilken metode som tjener deg best. For eksempel anvender vi gjerne forskjellige metoder for å modellere en mekanisk gjenstand kontra en organisk figur. En mekanisk gjenstand har gjerne harde kanter og enkle geometriske former, mens en organisk figur ofte består av kurvete og anatomiske former. Det er også av betydning om modellen er symmetrisk eller tar utgangspunkt i en bestemt geometrisk form.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 31

3D-programmene har et brukergrensesnitt eller det som på engelsk kalles User Interface (UI). Ved første øyekast er det mange knapper og paneler som kanskje er litt overveldende. De fleste av disse programmene, blant annet Blender, Max og Maya, har likevel noen fellestrekk. Vi kan derfor først prøve å forenkle programmet til hovedkategorier av menyer og paneler. I figur 2.1 ser vi en skjematisk fremstilling av 3D-programmers UI, der følgende kategorier som regel gjelder:

15.12.2023 14:22

Kapittel 2 Grunnleggende modellering

Figur 2.1: Forenklet og skjematisk fremstilling av et 3D-program.

A: Menylinje med standard filåpning, redigering og hovedfunksjoner. B: Verktøylinje og ikoner for sentrale funksjoner, blant annet forflytte, justere og modellere. C: Panel med ekstrafunksjoner og sceneoversikt. D: Selve 3D-rommet (viewport) hvor objektene vises. Dette kan byttes til andre synsvinkler. E: Ikon for å navigere i scenen. F: Panel med informasjon om objektet og sentrale verktøy (som også finnes i menylinjen). G: Tidslinjen som brukes til animasjon og avspilling. Det er i tillegg underkategorier for hver av panelene, og de forandrer seg gjerne avhengig av om man har valgt et objekt, polygoner eller eksempelvis et lys. Da vil det komme opp informasjon og verktøy som er relevant for det som er valgt.

9788215065076_Galåen mfl_3D-grafikk.indd 32

Figur 2.2: De forskjellige måtene å navigere i viewport ved bruk av mus og tastatur, her i programmene 3ds Max, Maya og Blender.

15.12.2023 14:22

Henning Birkeland Sigbjørn Galåen Ivar Kjellmo

FRA GEOMETRI TIL REALISME

Henning Birkeland, Sigbjørn Galåen, Ivar Kjellmo

3D-GRAFIKK

ISBN 978-82-15-06507-6 Modellering

Lyssetting

Rendering

Sanntidsgrafikk

Visualisering