Dlaczego quady są używane w produkcji filmowej, a trójkąty w grach?

W szkole filmowej na zajęciach z modelowania 3D powiedziano mi, że kiedy modelujemy coś do filmów, zachowujemy topologię 4-kątowych wielokątów. Każdy wielokąt, który ma więcej niż 4 krawędzie / wierzchołki, jest uważany za zły i należy go unikać. Podczas gdy ten sam model jest używany w grach, jest triangulowany.

Chociaż nie zajmuję się modelowaniem 3D, pytanie wciąż jest w mojej głowie. Dlaczego w grach używany jest 3-kątowy wielokąt? Czy renderuje się szybciej? Dlaczego więc nie stosuje się go w renderowaniu filmów?

W przypadku modelowania 3D typowym powodem, dla którego preferowane są kwadraty, jest to, że algorytmy podziału powierzchni działają z nimi lepiej - jeśli siatka ulega podziałowi, trójkąty mogą powodować problemy z krzywizną powstałej powierzchni. Na przykład spójrz na te dwa pola:

Lewy to wszystkie quady; prawy ma ten sam ogólny kształt, ale jeden narożnik jest wykonany z trójkątów zamiast quadów.

Zobacz teraz, co się stanie, gdy pola zostaną podzielone:

Inny, tak? Zwróć uwagę na sposób, w jaki zmieniły się pętle krawędziowe z mniej więcej jednakowej odległości w lewym pudełku na bardziej skomplikowane, ściśnięte i rozciągnięte ustawienie po prawej stronie. Teraz wyłączmy szkielet i zobaczmy, jak się świeci.

Widzisz dziwne szczypanie w podświetleniu po prawej stronie? Jest to spowodowane niechlujnym podziałem. Ten konkretny przypadek jest dość łagodny, ale można uzyskać znacznie bardziej popracowane wyniki dzięki bardziej złożonym siatkom o wyższych poziomach podziału (takich jak te, które zwykle używasz w filmie).

Wszystko to nadal obowiązuje przy tworzeniu zasobów gry, jeśli planujesz je podzielić, ale kluczową różnicą jest to, że podział odbywa się z wyprzedzeniem - gdy jesteś jeszcze w quad-land - i wtedy ostateczny wynik podziału zostaje odwrócony w trójkąty, ponieważ tak mówi sprzęt graficzny (ponieważ, jak wspomniano w komentarzach powyżej, ułatwia matematykę).

Jak @Noah Witherspoon poprawnie mówi, że podział na trójkąty nie działa tak dobrze, jak podział na quady. Chociaż na początku trójkątów nie można było w ogóle podzielić. Jednak tak naprawdę nie wyjaśnia, dlaczego tak jest. Co jest użyteczną informacją i wyjaśnia, dlaczego quady są preferowane i jak z nich korzystać.

Po pierwsze, zauważ, że trójkąt jest podzielony na 3 kwadraty na wielu schematach. Ponieważ masz teraz siatkę z czterema quadami, wyraźne utrzymanie podziału na wszystkie quady nie jest samo w sobie wymogiem. Musi być głębszy powód niż bycie tylko czterostronnym.

Zdjęcie 1 : Możesz podzielić trójkąt na 3 czworokąty

Powód leży w tak zwanych pętlach krawędzi. Osoba wykonująca modelowanie musi przewidzieć, jak nastąpi podział, ponieważ podział będzie ostatecznym kształtem. Niestety, ludzie naprawdę dobrze potrafią rozszyfrować kształt obiektu wzdłuż krawędzi twoich prymitywnych krawędzi. Poprzez formułowanie kształtu w ciągłe wielopłaszczyznowe długie pętle pomaga nam przewidzieć kształt po podziale i, co ważne, po deformacji kości itp.

Trójkąt ma nieprzyjemny sposób na zakończenie pętli, więc nie rozumiemy, co dzieje się z kształtem wewnątrz i na zewnątrz tego kształtu. Podzielona siatka ma zatem tendencję do niekontrolowanego zachowania, powodując niepożądane uderzenia. Uwaga : Możliwe jest podzielenie trójkątów w taki sposób, aby tak się nie stało, jest to po prostu trudniejsze do pracy, a praca z quadami była wtedy dobrze znana.

To nie jest tak naprawdę pierwotny powód, tylko że stało się to na rondzie. Pierwotny powód, dla którego zastosowane przez nich łatki geometryczne jako prymitywy parametryczne są kwadratowe. Wydłużenie linii na powierzchnię w naturalny sposób przyjmuje kwadratowy kształt, jeśli się po prostu wyciągnie. Posiadanie trójkąta powoduje degenerację jednej krawędzi i jej osobliwość. Jest to jednak bardzo związane z przyczyną podziału, ponieważ można wykazać, że powierzchnia podziału jest tylko ogólnym przypadkiem łaty splajnu.

Zdjęcie 2 : Oryginalne powierzchnie parametryczne były przedłużeniami krzywych, a nie dowolnymi siatkami, a kształty te naturalnie są kwadratowe.

Jedną rzeczą, o której większość ludzi zapomina, jest to, że w filmie chodzi przede wszystkim o jakość, a nie szybkość. To dlatego filmowanie dotyczy bardziej renderowania offline, ponieważ tak jak w przypadku gier wideo, wszystko odbywa się w czasie rzeczywistym, więc wydajność / szybkość jest znacznie ważniejsza niż jakość.

Dlatego jeśli chodzi o gry wideo, ludzie starają się znaleźć najlepszy sposób na „przybliżenie” lub „sfałszowanie” wyglądu prawdziwej rzeczy. Jeśli chodzi o różne obliczenia i trójkąty prędkości, są one znacznie łatwiejsze niż wielokąty. Podobnie jak wspomniany dziwak @ratchet, ponieważ wszystkie 3 punkty są współpłaszczyznowe, co upraszcza przecięcia i inne obliczenia. To jeden z głównych powodów, dla których trójkąty są używane w grach wideo.

Jednak w przypadku renderowania filmu jedna klatka może zająć godziny, a nawet dni, dlatego szybkość nie stanowi większego problemu. To, co Noah powiedział, jest poprawne, chciałem też podzielić się tym punktem widzenia.