Att skapa material för 3D-modeller

För att vår 3D-modell ska se verklig ut måste vi ge den ett material. Något som gör att plast ser ut som plast, tyg som tyg och trä som trä. Att skapa ett material handlar inte bara om färg, utan om att återskapa hur ljus reagerar på ytan. I det här inlägget går vi igenom grunderna i att skapa material för 3D-visualisering.

Vad innebär det att skapa ett material?

Ett 3D-material definierar hur en yta ser ut och beter sig i förhållande till ljus. När vi skapar ett material specificerar vi alltså egenskaper som t.ex.:

• Färg – vilken grundfärg ytan har.

• Reflektion – hur blank eller matt ytan är.

• Metall – om ytan ska bete sig som metall eller icke-metall.

• Struktur – om ytan har små höjdvariationer som påverkar hur ljuset reflekteras.

• + en massa annat som är för tekniskt för att gå in på här.

Tillsammans kombineras denna information till ett material som vi kan applicera på modellen och få den att kännas levande och realistisk.

Ett viktigt steg

Vi måste alltså i detta steg ha koll på vad för material vi skapar så att det återspeglas på korrekt sätt. En 3D-modell med låg upplösning går oftast omärkt förbi om materialet är realistiskt men skulle materialet inte se bra ut spelar det ingen roll hur väl modellerad vårt objekt är.

Vi vill få betraktaren att verkligen känna ytan, är den sammetslen eller sträv som ett sandpapper? Blänker den vackert i solljuset eller absorberar den strålarna så den själv lyser upp? Ett bra material kan verkligen hjälpa en produkt när det kommer till att uppnå fotorealism.

Hur går det till?

Så hur gör vi då för att datorn ska veta hur den ska se ytorna? Det finns två tillvägagångssätt som såklart har sina för- och nackdelar. Jag har här nedan kortfattat beskrivit de båda.

PBR – material

PBR står för Physically Based Rendering och är ett sätt att ta verklig data och applicera den på 3D-modellen. Vi kan alltså mäta hur ljus interagerar på olika ytor och sedan skapa bilder som representerar detta. Se exempel ovan hur de kan se ut.

Dessa bilder ger vårt 3D-program instruktioner hur den ska beräkna ljuset när det träffar ytan. Det är bl.a. vilken färg den har, hur mycket av ljuset som ska studsa vidare etc. och vi får därmed ett realistiskt beteende.

Att ta fram dessa bilder kan göras med speciella scanners eller skapas, antingen från grund eller utifrån foton, i diverse datorprogram. Men det finns många färdiga material att ladda ner från nätet så oftast är detta inget som görs från grunden av de flesta 3D-grafikerna.

Fördelar:

• Realism

• Standard, så kompatibelt i flera mjukvaror

• Enkla att använda

Nackdel:

• Ingen variation, fotot är taget som det är

• Stora filer, jobbigare för datorn att beräkna

• Oftast sömlös upprepning men på stora ytor kan det märkas ändå

Procedurella material

Istället för att använda bildfiler kan vi skapa material direkt i 3D-programmet. Precis som när vi modellerar procedurellt kan vi sätta upp algoritmer och regler som beskriver hur materialet ska bete sig. Vi ger datorn fortfarande information om färg och diverse ytstrukturer men vi tar själva fram dem med hjälp av olika verktyg.

Här är vi mer fria och till skillnad från PBR-material som har exakta värden kan vi nu gå mot naturlagarna och skapa precis vad vi vill. Kan vara att vi ska ha mer kreativa och kanske animerade material på vår 3D-modell och då har vi full kontroll med detta upplägg. Viktigt är dock att ha koll på parametrarna om målet är fotorealism, för precis som PBR-materialen har värden hämtade från verkliga mätningar kan vi också med dessa material skriva in fysiskt korrekta egenskaper.

Fördelar:

• Flexibelt och “icke destruktivt”

• Anpassas till 3D-modellen utan sömmar

• Obegränsad upplösning

• Effektivt och lättare för datorn

Nackdelar:

• Komplext och måste ha förståelse för materialet

• “Fel” uppbyggt kan det kännas orealistiskt

• Oftast bara kompatibla med programmet de skapas i

UV-mappning – Att klä en 3D-modell

Innan ett material kan appliceras behöver datorn veta hur den ska visa materialet på vår 3D-modell. Vi måste på något sätt få en 2D-bild att projiceras på ett 3D-objekt. För PBR-materialen är detta steg ett måste, då de består av bilder, och för procedurella material är det lite beroende på hur avancerade de är och hur de är uppbyggda men detta steg kan behövas för de också.

Lösningen är något som heter UV-mappning.

Det innebär att man vecklar ut modellen, tänk er som en chokladtomte ni äter till jul. Där har ni en folie som utvecklat blir platt och “tvådimensionell” men vikt på rätt sätt kan de omge chokladtomten som är ett tredimensionellt objekt.

På samma sätt måste vi ta vår modell och “skära” upp den på ett sätt som gör att den platt kan få en bild projicerad på sig. Som ni förstår kan detta vara komplicerat beroende på hur komplex vår 3D-modell är, men bra UV-mapping är avgörande för att:

• Texturer inte ska se utdragna eller sneda ut.

• Detaljer hamnar på rätt plats

• Undvika synliga skarvar eller repetition

Sammanfattning

För att en 3D-modell ska se verklighetstrogen ut måste den ha ett bra material. Något som talar om för datorn hur ytan ska reagera på ljus. Det handlar inte bara om färg, utan även om dess reflektion, struktur och mycket mer.

De två vanliga sätten att skapa material är:

• PBR-material - som bygger på verkliga värden och använder bilder för att förmedla den datan. Det är realistiskt och enkelt att använda men mindre flexibelt.

• Procedurella material - som skapas direkt i programmet med hjälp av “kod” och olika verktyg. Mer anpassningsbart men kräver mer teknisk kunskap.

För att materialet ska placeras rätt på modellen görs UV-mappning, som är en tvådimensionell representation av 3D-modellens yta.

Bra material gör skillnaden mellan en platt modell och något som känns levande. Det är här produkten får sin yta, sin känsla och i slutändan, sin fotorealism.

Vi kan nu gå vidare till nästa steg som är att ljussätta vår 3D-modell och få materialet att visa sig från sin bästa sida.