No 3D é comum nos depararmos com os mais diferentes tipos de processos que são essenciais para se chegar em um resultado desejado na modelagem, e um desses processos é a topologia.
É através de uma boa topologia que conseguimos ver todos os movimentos e expressões naturais de um personagem animado quando assistimos algo no cinema ou na TV.
Fonte: Kevin Xhuti
Além do valor para animação, a topologia é importante para a execução e performance de vários outros processos, como texturizar um modelo e até renderizá-lo.
Neste artigo você aprenderá mais sobre topologia, o que é e qual sua importância para criar objetos em 3D. Vamos lá?
O que é topologia no 3D?
Topologia é onde as arestas estão organizadas em qualquer modelo 3D. Em termos básicos, é a característica geométrica que dá vida à forma tridimensional do nosso modelo, e todo esse conjunto de arestas também é chamado de wireframe. O modelo 3D funciona como uma coleção de pontos, chamados vértices, que são as linhas que ligam esses pontos – as chamadas arestas, e esse conjunto formam a face, que dá origem ao objeto.
Para ficar mais claro:
Fonte: educamaisbrasil
Portanto, um objeto 3D pode ter 3, 4 ou 5 faces.
Um polígono com 3 lados é chamado de “tri”, comumente usado para reduzir a contagem de polígonos do seu modelo, mas, apesar disso, é difícil de animar com esse tipo de polígono.
Já um polígono de 4 lados é chamado "quad'', são os melhores quando o assunto é animar um modelo, pois a malha deforma com mais facilidade.
E um polígono de 5 lados ou mais é chamado de “N-Gons”, pois podem ter vários lados, mas esse tipo não é muito recomendado.
É importante saber também que modelos podem ter formas iguais, mas com topologias diferentes como no exemplo abaixo. A possibilidade de existir várias topologias para um mesmo modelo é o que deixa esse processo mais difícil, por isso, é necessário antes de tudo pensar na sua topologia e ver para que fim ou propósito ela vai servir, pois nem toda topologia pode ser utilizada ou ter seu máximo extraído nos processos posteriores, como texturizar e animar um modelo.
Fonte: All3DP
Qual a importância de se ter uma boa malha?
A forma como você faz ou cria sua topologia determina vários aspectos da sua modelagem: o quão fácil ou difícil vai ser editar sua malha, como a luz a afeta, qual a facilidade de deformá-la na hora de animar e muito mais. Por isso, é essencial tomar um tempo pensando na topologia de seu modelo, porque no pipeline geral do 3D uma boa topologia vai fazer seu processo muito mais fácil.
Aqui vão alguns benefícios que uma boa topologia proporciona na modelagem:
Editar um modelo: Uma boa topologia vai facilitar a edição da sua malha em estágios posteriores, como perceber na etapa de renderização que existem muitos vértices em uma área, e pra resolver isso é necessário mover o vértice, mas sem uma malha adequada esse simples processo pode criar incongruências no modelo.
Texturizar um modelo: Com o uso de quads em uma malha, o processo de UV unwrapping (mapeamento que ajuda a abrir a malha em objeto 3D) fica mais simples, e com uma boa UV do seu modelo é possível aplicar texturas melhores.
Modificadores funcionam sem problema: Modificadores que são comuns como a subdivisão de superfície, que deixa seu modelo mais regular e suave, são melhores aproveitados quando se tem uma topologia agradável, que não vai formar artefatos ou problemas nas normais do objeto, por exemplo.
Rig e animação de um modelo: Com uma topologia boa os vértices ficam mais organizados para entender como os objetos são deformados, deixando a animação mais fácil e fluida, diferentemente de uma topologia ruim que dificulta muito o processo de rig e animação e que deixa falhas e artefatos por todo modelo.
Fonte: Freddy Arenas
Fica claro que a forma que sua topologia é feita pode sim afetar seu processo de diversas maneiras, é por isso que existe na modelagem várias técnicas e boas condutas que você deve pensar quando faz uma superfície no 3D.
Cuidados para uma boa topologia
1. Saiba quando usar tris, n-gons e quads
Tris são três vértices conectados da maneira mais simples para criar uma face. Por conta dessa simplicidade, você vai ver que em jogos esse tipo de polígono é muito usado. Se você for importar um modelo 3D inteiro em quads na Unity e Unreal Engine (motores para criação de jogos) vai perceber que eles são transformados em triângulos, pois engines de games tendem a otimizar a performance do computador e tri-gons são calculados de maneira mais rápida do que quads ou N-gons.
N-gons são polígonos com 5 ou mais lados como um pentágono por exemplo. N-gons são difíceis de trabalhar por conta da sua forma não usual, e por isso aplicar subdivisão nele pode acarretar em artefatos e alguns sombreamentos estranhos. Tudo isso fica mais difícil quando você pensa em animar um modelo com esse tipo de polígono e quase nunca você vai ter a deformação correta. Contudo, N-gons não são sempre evitados, na verdade você poderá ver muito deles em superfícies planas mais complexas no 3D.
Por último, os quads. Os quads têm 4 lados( 4 arestas e 4 vértices) fazendo com que seja mais fácil de usar modificadores, animar, texturizar, etc. Por isso, os quads são preferíveis quando se é falado no pipeline do 3D. Contudo, no uso dos quads é preciso tomar cuidado se eles estão organizados de uma forma que não esteja “esticado” na sua malha, pois isso pode afetar a aplicação de texturas e até criar certas deformações na topologia. O uso dos quads não só ajudam a ter um topologia mais limpa como também deixa o fluxo de malha mais aparente.
2. Faça a adequação da superfície
Posicione os Edges ou Face Loops de acordo com o fluxo dos músculos em modelos orgânicos ou no que vai ser deformado no modelo, de forma que haja um padrão nos polígonos, principalmente quando falamos de quads. Os anéis de arestas (que são outra forma de agrupar este tipo de componentes) devem fluir ou serem distribuídos de acordo com a forma, volume ou “elevação” das partes que vão ser deformadas, como seria nos músculos de um personagem.
Fonte: DevianArt
Loops e anéis de arestas que seguem o fluxo de músculos.
3. Verifique as normais
Normais ou normals no 3D, é essencialmente para onde as faces de seu modelo estão apontando em uma vista 3D. Um conceito que muita gente desconhece, mas que está sempre envolvido na maioria dos problemas de malha – como os clássicos sombreamentos estranhos na superfície quando usamos modificadores como smooth( suavizar o objeto) – e não à toa, já que as normais estão ligadas à forma que seu modelo recebe luz.
Fonte: Stringfixer
Exemplo que ilustra a direção que as faces apontam.
Para entender melhor é preciso estabelecer que em um modelo 3D existem normais negativas e positivas.
As positivas configuram a superfície exterior de seu modelo e as negativas a superfície interior. Então, a maioria dos problemas são causados porque as normais positivas e negativas estão invertidas e isso acaba ocasionando aquela sombra estranha. Quando essa situação ocorrer, o ideal é que você recalcule as normais. Muitos softwares fazem esse cálculo automático.
Fonte: 3Dcoat
Malha com sombra estranha devido aos problemas nas normais.
O conceito de normais é um pouco mais amplo, se você for estudar mais, vai se deparar que as normais são importantes também na etapa de texturização e na aplicação de alguns modificadores, como é o caso do smooth – modificador que suaviza um objeto sem a necessidade de subdivisões.
Comparação de modelo aplicado com o modificador smooth.
4.Edge Flow
Quando falamos de edge loop(fluxo de arestas), estamos falando de que direção as arestas estão distribuídas e para onde eles vão se mover em um modelo. Saber como as arestas estão ordenadas em um modelo vai possibilitar o controle da sua topologia e fluxo como um todo, desde o controle dos loops para adicionar mais detalhes até coisas mais simples, como deixar um malha mais limpa removendo geometrias desnecessárias.
Veja este exemplo de um esfera no 3D – aqui o edge loop segue a direção horizontal e vertical, ou seja, podemos ter o controle desse modelo de esfera apenas sabendo o flow que as arestas seguem.
Esfera com edge loops na vertical e horizontal.
Portanto, fluxo de arestas é basicamente o entendimento de sua topologia como um todo. Por isso, adquirir esse conhecimento é necessário no 3D, porém, é algo que pode ser difícil e exigir prática, então vai com calma! Tente introduzir esses conceitos em seu workflow de maneira natural.
5. Simplifique
Pensar simples no 3D é necessário, principalmente quando falamos em contagem de polígonos.
Simplificar pode ser, muitas vezes, dividir as peças de modelo para que partes mais detalhadas não tornem a malha toda mais densa, como exemplo, a maçaneta de uma porta, em que a porta tem uma geometria simples, diferente da maçaneta que pode ter mais detalhes, e nessas ocasiões faz mais sentido dividir em partes para manter a contagem de polígonos baixa.
Além disso, é importante usar o mínimo de polígonos para chegar na forma que você deseja. E isso é um desafio, pois é tentador adicionar vários loops desnecessários em modelos com intuito de fazer o objeto parecer melhor, quando na verdade está só tornando a malha mais difícil de trabalhar.
Por isso, o ideal é você tentar trabalhar com uma contagem de polígonos baixa desde o começo e depois aumentar se for necessário.
Conclusão
Entender todos esses conceitos na modelagem 3D é necessário quando falamos em se ter um bom entendimento malha.
Neste artigo você pode ver mais a fundo sobre a topologia e sua importância dentro da modelagem 3D, além de alguns conceitos, dicas e boas práticas para se ter uma boa topologia.
Se você gostou e quer aprender mais sobre esse universo do 3D, aqui na Alura temos uma variedade de conteúdos que vão te ajudar a mergulhar ainda mais nesse assunto! Aqui vão algumas sugestões:
Até a próxima!
