Jsem dřevo a nestydím se za to (01) … - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

17. července 2008, 00.00 | Aneb několik drobností, které by Vám mohly pomoci při simulaci vzorků dřevěných povrchů v CINEMĚ 4D (ale určitě nejen v ní). V několikadílném seriálu, který dnes začínáme, prostudujeme základní aspekty, jenž bychom měli brát v případě dřeva v potaz. Od různých řezů dřeva přes využití jednotlivých dřevin až po využití geometrických projekcí materiálů, textur a samozřejmě také shaderů CINEMY 4D.

Úvodem

Než začneme, tak bych rád nejprve trochu specifikoval tento článek. Nebude to vlastně adresný tutoriál, jako spíše obecné vodítko postupu v různých oblastech tvorby dřevěného povrchu, počínaje projekcí materiálu a konče jednotlivými shadery, které by nám s takovým povrchem mohly pomoci. Je pravdou, že si tím tak trochu podkopávám své druhé DVD, ale zase na druhou stranu chci nyní podávané informace směřovat více adresně na jeden typ materiálu, a tak to podle mého nevadí.

Projekce dřeva

Základním kamenem úrazu tvorby dřeva, a to i v případě, že bychom použili texturu, je projekce. Respektive nevhodná projekce.

Abychom ale mohli rozhodnout o tom jakou projekci použijeme, je dobré si nejprve trochu specifikovat typy kresby dřeva a také to, jak se nám tato kresba projeví na nějakém tom prvku „stavebního truhlářství“, například.

Typy řezu dřeva jsou vlastně tři: transverzální, radiální a tangenciální. První jmenovaný je vlastně jednoduchým přeříznutím kmene, prostě jeho podélným dělením, které se projeví v čele tohoto prvku letokruhy. Druhý příklad – řez se vyznačí fakticky „rovnoběžnou“ kresbou letokruhů, která je často obohacená o další prvky (například parenchymatická zrcátka vodorovného „vedení“ v dubu) a která obsahuje také centrální dřeň. Nevznikají žádné kaskádovité pyramidální vzory. Ty vznikají až v kresbě poslední, v tangenciální. I ta probíhá, jako kresba předešlá, po délce, ale již mimo osu kmene, a tudíž se díky sbíhavosti vzniká pyramidální kresba s více či méně se projevujícími dalšími prvky (jako jsme si právě popsali u dubu). Takto teoreticky vyzbrojeni můžeme pokračovat dále…

Volumetrická simulace dřeva, tangenciální a radiální řez

Projekce CINEMY 4D

CINEMA 4D nám nabízí poměrně široké spektrum geometrických projekcí a také samozřejmě UV projekci a příslušné nástroje (BodyPaint 3D). Jakkoliv se to ale zdá podivné, není UV projekce vždy zapotřebí… I když, není to tak jednoduché…

Podívejme se tedy, co nám CINEMA 4D nabízí za druhy geometrických projekcí: sférická, cylindrická, plošná, kubická, čelní, prostorová, skrčený obal, mapování kamerou a mimo to samozřejmě UV.

Pokud budeme používat jako vzorek povrchu bitmapovou texturu a nebo standardní 2D šumy, pak můžeme s velkou pravděpodobností vyloučit projekci sférickou, cylindrickou, čelní, mapování kamerou a skrčený obal. Naopak poměrně výhodnou může být projekce plošná, kubická a hlavně prostorová. A samozřejmě UV.

V případě, že použijeme volumetrický shader (například 3D přechod, vzorky shaderu Dřevo, volumetrický shader Banzi a další), pak je vhodná jakákoliv! projekce (za jistých podmínek), která má přesně definované osy, podle kterých jsou řízené vlastnosti velikosti a také polohy této projekce, tedy může to být projekce sférická, cylindrická, kubická, prostorová, skrčený obal a vlastně i plošná. Zcela nevhodnou je pak projekce UV, čelní a také mapování kamerou, protože lze tak jen velmi obtížně projekci nastavit. To si ještě ale vysvětlíme v zápětí.

Projekce 2D vzorků

V případě 2D vzorků dřeva jsme si řekli, že jsou vhodné projekce plošné, kubické, prostorové a také UV. Některé mají užití širší, některé užší a ne vždy je každá z nich vhodná…

Plošné prvky

Plošným prvkům samozřejmě svědčí plošná projekce, tedy projekce plošná, kterou ale většinou musíme (pokud se jedná například o podlahu) natočit o 90 stupňů, to však snad není pro nikoho problém. Výhodou je velká jednoduchost celého zadání. Stejně tak můžeme použít i projekci kubickou, kterou pokud necháme v ortogonální pozici, uděláme stejnou službu jako v případě projekce plošné…

Jednoduché prostorové prvky

Zde to je již trochu složitější a to proto, že kubická projekce není tak úplně nejvhodnější. Proč že? Protože kubická projekce promítá vzorek na všechny stěny krychle stejný, tedy pokud bychom ji použili na hrací kostku, tak na každé ze šesti stěn kostky by bylo číslo 6.

Navíc v případě kubické projekce nám nemusí vyhovovat směřování jednotlivých stěn, tedy řekněme natočení vzorku podél normály příslušné stěny krychle (musíme pak variovat s natočením celé projekce). Další nevýhodou je prostor „okrajů“, zejména při zaoblení hran. Zde často vzniká šev a to přesto, že je případně textura navazující v jednom směru.

Kubická projekce tedy není špatná, ale uplatnění najde jen v těch případech, kdy je prvek plošný (podlaha), nebo pokud jsou z prvku vidět jen vertikální, či horizontální plochy (například bočnice a čela bočních desek vestavěné skříně). Pokud bychom kubickou projekci použili na prvek, ve kterém by byly patrné vertikální i horizontální plochy, kubická projekce by se projevila „tvorbou lamina“, tedy plochy, jejíž kresby nerespektují přirozený vzhled dřeva.

Složitější prostorové prvky

Jedinou skutečně použitelnou a takřka (ale jen takřka) univerzální projekcí je projekce prostorová. Jak funguje? Je to v zásadě obdoba projekce plošné, avšak s tím rozdílem, že pokud aplikujeme plošnou projekci, pak ve směru kolmém na plochu této projekce dochází k jevu, kdy každý bod je vysílán ve směru vektoru této projekce a veškerý povrch., na který dopadne, je tak zabarven stejně. Tedy řekněme, že máme krychli, na kterou na čelní stranu promítneme plošnou projekci vzorek. Tedy na plochu v rovině os XY. Objekt je veliký 50x50x50 a jedná se o krychli. Řekněme, že v místě XY 50, 50 je červená barva 256,0,0. Tato barva tedy bude v celé „hloubce“ objektu stejná, tedy řekněme že body 50,50,5 a 50,50, 30 budou mít vždy stejnou barvu, tedy 256, 0, 0. Dochází tak k prostorovému „rozmáznutí“, přetečení plošně promítaného povrchu.

Do této chvíle jsme se bavili jen o plošné projekci. Jak s tím souvisí prostorová? Velmi úzce. Představme si, že by barva textury neprobíhala z plošné projekce ve směru normály promítané plochy (tedy kolmo jako v případě plošné projekce), ale šikmo jak do strany, tak dolu (vertikálně). Ve výsledku se stane divná věc, čelní strana bude promítaná „plošně“, ale boky nikoliv, ty obdrží sice zdeformovanou, ale velmi realisticky vyhlížející povrch. Nevíc předpokládejme, že se textura na čelní ploše projeví vertikální kresbou – na vrchním uzávěru objektu tak vznikne rovnoběžná kresba „letokruhů v řezu“. Tyto „letokruhy“ sice netvoří radiálně soustředný vzorek, v případě 9/10 případů dřevěných prvků to ale nevadí (prkna, fošny, různé soustružené prvky a podobně).

Pokud uvedeného jevu využijeme a navíc natočíme celou projekci (v tomto případě podle vertikální osy H-Y), tak získáme přirozený vzorek jak na čelní, tak na bočních stranách a dokonce i na vrchním uzávěru. Ano, u krychle to nebude ideální, ale v případě různých dlouhých prvků s jedním méně výrazným rozměrem (prkna, fošny), nebo v případě různých řekněme uměleckých předmětů a předmětů denního užití (rukojeti nožů, nástrojů, kořenky, různé předměty) není patrná absence radiálních soustředných letokruhů a celá kresba vychází velmi přirozeně. Navíc většinou můžeme využít (aniž by to bylo tak patrné) i možnost bezešvého opakování textury.

Jehlan a koule má prostorovou projekci, spodní deska UV

Výhody/nevýhody

Jaké jsou obecné výhody a nevýhody geometrických projekcí? Pokud pomineme otázku, kterou použít, a zda je vybraná projekce vhodná, pak se jedná zejména o problematiku normálových map, tedy univerzálních normálových map, které jsou v tangenciální podobě. Tyto mapy totiž pro svou správnou funkci potřebují UV projekci a to nejsou geometrické projekce sto zajistit, prostorová z nich nejméně. Tedy musíme si vystačit s prostou hrbolatostí/bumpem.

UV souřadnice

Jsou případy, kdy je UV objektu skutečně nezbytná. Například v případě tvarované překližky – židle. V takovém případě nám skutečně nezbývá nic jiného, než pracovat s UV souřadnicemi a také zachovanými výběry. Mimochodem, ty jsou také velmi důležité.

Zachované výběry

Zachované výběry jsou jednou z opravdu silných zbraní ať již UV souřadnice používáme, nebo ne. Opět si vezměme příklad židle tvořené překližkou. Tloušťka materiálu má výrazně odlišnou kresbu, a tak by asi nebylo od věci, aby měla i odlišný materiál. Tedy objekt má UV, čelní a zadní plocha židle leží v rámci UV na sobě a má stejný materiál. Boční plochy, plochy tloušťky materiálu mají separátní UV ležící ve stejném prostoru. Jenže tyto polygony jsou vymezené právě zachovaným výběrem, a tak můžeme jednoduchý materiál aplikovat jen na tyto určité polygony. Výsledek je tak ještě více realistický.

Závěrem dnešního dílu

Domnívám se, že bychom na tomto místě náš výlet do dřevní hmoty mohli ukončit. Máme snad již dostatečné znalosti o otázkách projekce a dalších nutných charakteristikách dřevěných povrchů, a tak se v příštím díle můžeme věnovat tomu podstatnému, tedy jednotlivým prvkům, které bychom mohli chtít vizualizovat a také dvěma hlavním shaderům, které můžeme pro tvorbu dřevěného povrchu použít. Mimo to se samozřejmě podíváme také na typy možných kreseb na těchto površích podle typu zpracování dřeva.