Ein Modell bauen und in Bewegung setzen
Modellieren ist das Bilden der Form eines Objekts. Zwei Quellen überwiegen. Jemand aus der Kunst oder dem Ingenieurwesen baut das Modell am Computer mit einem Werkzeug zum Modellieren. Oder ein wirklicher Gegenstand wird abgetastet, und der Scan wird das Modell. Polygonales Modellieren, Modellieren mit Patches und Modellieren mit NURBS gehören zu den üblichen Werkzeugsätzen. Modelle können auch prozedural entstehen, durch eine Regel statt durch eine Hand, oder durch eine physikalische Simulation, die laufen darf und dann zur Geometrie eingefroren wird. Eine Stadt aus identischen Fenstern ist für eine Bildhauerin eine schlechte Aufgabe und für eine Regel eine vernünftige. Ein Faltenwurf aus Stoff ist oft eine bessere Aufgabe für eine Simulation als für jemanden, der die Eckpunkte einzeln verschiebt.
Eckpunkte und die Flächen dazwischen
Ein 3D-Modell wird aus Punkten gebildet, den Eckpunkten (Vertices). Die Eckpunkte legen die Form fest, und sie legen die Polygone fest. Ein Polygon ist eine Fläche aus mindestens drei Eckpunkten, ein Dreieck. Ein Polygon aus n Punkten ist ein n-Eck (n-Gon). Die Integrität des Modells, und ob es eine Animation übersteht, hängt davon ab, wie diese Polygone gebaut sind. Ein Netz, das im Standbild richtig aussieht, kann in dem Augenblick reißen, in dem ein Gelenk sich beugt, weil die Eckpunkte für diese Biegung nie angeordnet wurden. Das Standbild war ein glücklicher Kamerawinkel. Die Animation nimmt das Glück weg.
Bevor irgendetwas gerendert wird, müssen die Objekte in einer Szene angeordnet werden. Die Anordnung legt räumliche Beziehungen fest: wo etwas ist, und wie groß es im Verhältnis zum Übrigen ist. Animation ist die zeitliche Beschreibung eines Objekts, wie es sich mit der Zeit bewegt und verformt. Zu den gängigen Verfahren gehören das Setzen von Schlüsselbildern (Keyframing), die inverse Kinematik und die Bewegungsaufzeichnung (Motion Capture). Sie werden oft zusammen benutzt. Eine dargestellte Bewegung lässt sich aufzeichnen, mit inverser Kinematik bereinigen, damit die Füße auf dem Boden bleiben, und danach mit Keys nachziehen, wo die Aufzeichnung die Hände falsch getroffen hat. Auch die physikalische Simulation legt Bewegung fest. Sie ist Animation, deren Autor ein Satz von Kräften ist und nicht ein Satz von Posen.
Unter diesen Verfahren trägt ein virtuelles Objekt Attribute, darunter die Werte der Transformation: Ort, Ausrichtung und Maßstab, gespeichert in einer Transformationsmatrix. Animation ist im Einfachsten die Änderung eines Attributs über die Zeit. Die schlichte Form sind Schlüsselbilder. Jedes speichert zu einer gegebenen Zeit einen Wert für jedes Attribut, das animiert werden soll. Die Software baut eine Kurve dieses Werts gegen die Zeit. Bearbeitet wird die Kurve. Prozedurale Verfahren bündeln verwandte Attribute. So bleiben Partikeleffekte und Simulationen von Menschenmengen handhabbar. Verfahren über Ausdrücke lassen einen selbst gesetzten Ausdruck, mit Mathematik darin, einen Wert zurückgeben und die Animation antreiben. So lässt sich ein Knochen über das hinaus steuern, was eine schlichte Hierarchie in einem Skelett hergibt. Für die Betrachtung bleibt es der alte Trick. Ein Bild wird gezeigt und rasch durch ein ähnliches ersetzt, ein wenig verschoben. Film und Fernsehen haben immer so gearbeitet. Der Beitrag des Computers ist die Herkunft des nächsten Bildes.
Wozu die Software da ist
Software für 3D-Grafik erzeugt Bilder durch Modellieren und Rendern, oder sie erzeugt Modelle für Analyse, Wissenschaft, Unterhaltung und Industrie. Ein Modellierer ist die Klasse von Programmen, mit denen die Modelle gemacht werden. Das Modellieren geht von drei Arten der Darstellung aus: Punkte zeichnen, Linien zeichnen, und Dreiecke sowie andere polygonale Flächen zeichnen.
In einem Netzmodellierer wird das Netz ergänzt, abgezogen, gestreckt und sonst verändert. Das Modell sieht man aus mehreren Winkeln, oft zur selben Zeit. Man dreht es, und man zoomt den Blick. Das Modell kann in eine Datei geschrieben und von einem anderen Programm gelesen werden, sofern die Metadaten zueinander passen. Viele Modellierer lassen Importer und Exporter einhängen, sodass sie die nativen Formate anderer Programme lesen und schreiben können. Die meisten enthalten auch einen Strahlverfolger (Raytracer) oder einen anderen Renderer, und irgendeine Einrichtung für das Texturieren. Manche unterstützen Animation. Manche können eine Reihe von Einzelbildern zu einem bewegten Bild rechnen.
Software für rechnergestütztes Konstruieren kann dieselben zugrunde liegenden Verfahren benutzen und doch ein anderes Werkzeug sein, weil das Ziel ein anderes ist. CAD dient im Ingenieurwesen, in der Fertigung, in der Finite-Elemente-Analyse, in der Verwaltung des Lebens eines Produkts, im 3D-Druck und im architektonischen Entwurf. Ein Modell, das spanend gefertigt werden muss, darf die lässige Geometrie nicht haben, die ein Modell für den Film haben darf. Eine Lücke, die ein Renderer verdecken würde, wird eine Lücke im Bauteil. Die Dateiformate trennen sich entlang derselben Linie. Ein Format für ein Spiel und ein Format für einen spanend gefertigten Halter lösen verschiedene Aufgaben, auch wenn beide Dreiecke enthalten.
Sobald eine Bildfolge vorliegt, schneiden Studios sie und setzen sie zusammen. In der Mitte des Marktes können das Premiere Pro oder Final Cut Pro sein. Am oberen Ende hieß das Werkzeuge wie Combustion, Digital Fusion und Shake. Software fürs Matchmoving bringt eine Kamera aus der Aufnahme mit einer computergenerierten zur Deckung, sodass die beiden im Schritt bleiben, während die reale Kamera sich bewegt. Laufen sie auseinander, sieht das Publikum eine Zeichnung, auf eine Fotografie gelegt. Das ist manchmal der Stil und gewöhnlich ein Fehler.
Ein filmisches Stück mit einer Grafikengine in Echtzeit herzustellen heißt Machinima. Die Bilder werden unter denselben Zwängen gerendert wie ein Spiel, weil sie ein Spiel sind, auf einen Film gerichtet und nicht auf eine spielende Person. Dieser Zwang ist das Verfahren. Er ist auch das Aussehen.