Warum werden Quads beim Filmemachen und Dreiecke beim Spielen verwendet?

In der Filmschule, in den Klassen der 3D-Modellierung, wurde mir gesagt, dass wir beim Modellieren von etwas für Filme die Topologie von vierkantigen Polygonen beibehalten. Jedes Polygon mit mehr oder weniger als 4 Kanten / Scheitelpunkten wird als schlecht angesehen und sollte vermieden werden. Wenn dasselbe Modell in Spielen verwendet wird, wird es trianguliert.

Obwohl ich mich nicht mit 3D-Modellierung befasse, ist die Frage immer noch in meinem Kopf. Warum wird beim Spielen ein dreischneidiges Polygon verwendet? Wird es schneller gerendert? Warum wird es dann nicht in Film-Renderings verwendet?

Bei der 3D-Modellierung ist der übliche Grund, Quads zu bevorzugen, dass Unterteilungsoberflächenalgorithmen besser mit ihnen funktionieren. Wenn Ihr Netz unterteilt wird, können Dreiecke Probleme mit der Krümmung der resultierenden Oberfläche verursachen. Schauen Sie sich als Beispiel diese beiden Felder an:

Der linke ist alles Quads; Die rechte hat die gleiche Gesamtform, aber eine Ecke besteht aus Dreiecken anstelle von Quads.

Nun sehen Sie, was passiert, wenn die Felder unterteilt werden:

Anders, ja? Beachten Sie, wie sich die Kantenschleifen von ungefähr gleich weit vom linken Feld zu einer komplizierteren, eingeklemmten und gedehnten Anordnung auf der rechten Seite geändert haben. Jetzt schalten wir das Drahtgitter aus und sehen, wie es beleuchtet wird.

Sehen Sie das seltsame Kneifen im Highlight auf der rechten Seite? Das liegt an der unordentlichen Unterteilung. Dieser spezielle Fall ist ein ziemlich harmloser Fall, aber Sie können mit komplexeren Netzen mit höheren Unterteilungsebenen (wie die, die Sie normalerweise im Film verwenden würden) viel mehr durcheinandergebrachte Ergebnisse erzielen.

All gilt dies immer noch , wenn das Spiel Vermögen machen, wenn Sie planen , sie zu unterteilen, aber der wesentliche Unterschied besteht darin , dass die Unterteilung geschieht vor der Zeit -Während Sie noch in der Quad-Land-und dann die endgültige teilter Ergebnis wird gedreht sind in Dreiecke, weil dies die Grafikhardware spricht (weil es, wie in den obigen Kommentaren erwähnt, die Mathematik einfacher macht).

Wie @Noah Witherspoon richtig sagt, funktioniert die Dreiecksunterteilung nicht so gut wie die Quad-Unterteilung. Obwohl am Anfang Dreiecke überhaupt nicht unterteilt werden konnten. Er erklärt jedoch nicht wirklich, warum dies der Fall ist. Dies ist eine nützliche Information und erklärt, warum Quads bevorzugt werden und wie man sie verwendet.

Beachten Sie zunächst, dass ein Dreieck in vielen Schemata in drei Quads unterteilt wird. Da Sie jetzt ein All-Quad-Netz haben, ist es an sich nicht erforderlich, die Unterteilung All-Quad eindeutig beizubehalten. Es muss einen tieferen Grund geben, als nur vierseitig zu sein.

Bild 1 : Sie können ein Dreieck in 3 Vierecke unterteilen

Der Grund liegt in sogenannten Kantenschleifen. Die Person, die die Modellierung durchführt, muss vorhersehen, wie die Unterteilung erfolgt, da die Unterteilung die endgültige Form sein wird. Leider sind Menschen nur wirklich gut darin, die Form des Objekts entlang der Kanten Ihrer primitiven Kanten zu entziffern. Durch die Formulierung der Form in durchgehende mehrkantige lange Schleifen können wir die Form nach der Unterteilung und vor allem nach der Verformung durch Knochen usw. vorhersagen.

Ein Dreieck hat eine unangenehme Art, die Schleife zu beenden, sodass wir nicht verstehen, was mit der Form innerhalb und außerhalb dieser Form passiert. Das unterteilte Netz neigt daher dazu, sich unkontrolliert zu verhalten, was zu unerwünschten Unebenheiten führt. Hinweis : Es ist möglich, Dreiecke so zu unterteilen, dass dies nicht der Fall ist. Es ist nur schwieriger, mit ihnen zu arbeiten, und die Arbeit mit Quads war bis dahin bekannt.

Nun, das ist eigentlich nicht der ursprüngliche Grund, nur geschah es auf Umwegen. Der ursprüngliche Grund dafür, dass die geometrischen Flecken, die sie als parametrische Grundelemente verwendeten, eine quadratische Form haben. Das Erweitern einer Linie in eine Oberfläche nimmt natürlich eine quadratische Form an, wenn Sie nur extrudieren. Ein Dreieck führt dazu, dass eine Kante entartet ist und eine Singularität aufweist. Dies hängt jedoch sehr stark mit dem Unterteilungsgrund zusammen, da gezeigt werden kann, dass eine Unterteilungsfläche nur ein allgemeiner Fall eines Spline-Patches ist.

Bild 2 : Ursprüngliche parametrische Flächen waren Erweiterungen von Kurven, keine willkürlichen Maschen, und diese Formen neigen natürlich dazu, quadratisch zu sein.

Eine Sache, die die meisten Leute vergessen, ist, dass es beim Filmemachen hauptsächlich um Qualität geht, nicht um Geschwindigkeit. Das liegt daran, dass sich das Filmemachen mehr mit dem Offline-Rendering befasst, bei dem wie bei Videospielen alles in Echtzeit erfolgt, sodass Leistung / Geschwindigkeit viel wichtiger sind als Qualität.

Wenn es um Videospiele geht, versuchen die Leute daher, den besten Weg zu finden, um das Aussehen einer echten Sache zu "approximieren" oder "zu fälschen". Wenn es um verschiedene Berechnungen und Geschwindigkeitsdreiecke geht, sind diese viel einfacher als Polygone. Wie @ratchet freak erwähnt, da alle 3 Punkte koplanar sind und es Schnittpunkte und andere Berechnungen vereinfacht. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Dreiecke in Videospielen verwendet werden.

Beim Rendern von Filmen kann ein Bild jedoch Stunden oder sogar Tage dauern, daher ist die Geschwindigkeit kein so großes Problem. Was Noah sagte, ist richtig, ich wollte nur diesen Standpunkt auch teilen.