Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap

3D-grafikk eller 3D-design er et både kreativt og teknisk fagfelt som er sentralt i de store visuelle bransjene: dataspill, animasjon, filmeffekter og visualisering. 3D-grafikere produserer digitale modeller og scener som kan være tilpasset både realistiske, stiliserte og tegnefilmlignende stilretninger. 

I moderne dataspill og animasjonsfilmer står 3D-grafikk for det meste av den visuelle opplevelsen, og det er nok her vi ser 3D-grafikk oftest. Her er som regel alle figurer, effekter og omgivelser 3D-grafikk i en eller annen form. Omtrent alt innhold til det audiovisuelle produktet konstrueres da innenfor 3D-programmer eller i spillmotorer, som vil si selve programmet som driver et spill.

3D-grafikk har med tiden også blitt en stadig viktigere del i filmer der deler av bildet er byttet ut eller supplert med 3D-grafikk, eksempelvis i en futuristisk eller antikk by, eller i en scene med et monster. I andre tilfeller kan det være at bakgrunnen av praktiske årsaker er endret og modellert. Disse innslagene er ofte såpass godt integrerte i scenen at vi ikke tenker over at de ikke er fra innspillingen.

Idéen må utvikles 

For å skape en 3D-omgivelse må vi først ha en idé om dens utforming Uansett om 3D-omgivelsen skal brukes til en animasjonsfilm, et dataspill eller en realistisk visualisering, så bør omgivelsene fortelle sin egen historie og danne et troverdig univers for karakterene.

Jo mer vi klarer å sette ord på, dess lettere er det å danne seg et visuelt bilde i hodet av hvordan omgivelsen skal se ut. Vi må også stadfeste stilart, tidsalder og geografisk sted. I tillegg bør vi lage skisser og samle inn referansebilder av de forskjellige elementene vi ønsker å ha med. 

For 3D-grafikere vil ofte denne idé-utviklingen være utformet av en Art Director eller konsept-illustratører på prosjektet. Dermed vil designet være klart, mens selve 3D-scenen må bygges opp.

Ulike stilretninger krever ulike teknikker og metoder 

Prosjekter som har valgt en realistisk stilretning kan bruke store arkiver med lisensierbare eller gratis 3D-modeller, slik som Quixel Megascans eller Polyhaven. Disse modellene er gjerne utformet fra ekte referanser eller kan være 3D-skannede objekter. Da vil 3D-grafikere i stor grad jobbe med ferdigprodusert innhold, men sette det sammen på en måte som resulterer i en helhetlig og funksjonell scene.

I andre tilfeller hvor vi ønsker et helt spesifikt design eller en egen stilretning, må 3D-grafikere ofte modellere objekter fra bunnen av, ved å bruke programvarer innen såkalt polygonmodellering eller digital skulptering. 

Dette betyr at objektene bygges opp av geometriske polygoner eller formes som en slags digital leire. De mest sentrale programvarene her er 3D Studio Max, Maya eller Blender. 

Vi omtaler en tegnefilmlignende stilretning som cartoony, og da er former og farger forenklet, slik vi ofte ser i barne-TV eller mobilspill. En variant som er relativt populær innen spill og animasjonsfilmer kalles semi-cartoony eller stylized stilretning. Dette er en stilisert utføring der figurer og omgivelser ser delvis realistiske ut, men likevel overdrevne eller som karikaturer.

Scenene bygges med enkle blokker som fylles med detaljer 

Når 3D-grafikere bygger opp en scene i henhold til et spesifikt konsept, går de videre til fasen som kalles «blocking». Ved å modellere og plassere enkle 3D-former foran kameraet kan vi komponere omgivelsen. Vi kan eksperimentere med kameralinsen (for eksempel synsfelt og fokus) for å få ønsket dybdeeffekt i scenen. Scenen ser foreløpig veldig enkel ut, men vil i de neste stegene bli mer detaljert.

Det er heller ikke uvanlig å benytte seg av spesifikke programvarer som for eksempel Gaea til å lage et terreng eller SpeedTree for å forme trær. Felles for disse programmene er at de er nodebaserte, hvor hver node tilfører prosjektet ny informasjon eller utforming. Ved å koble sammen noder kan vi lage et node-nettverk som definerer hvordan terrenget eller trærne skal se ut.

Hva er en node?

En node er et knutepunkt, eller en celle med informasjon, og flere slike kan kobles sammen. Summen av nodene gir en bestemt effekt. Noder brukes både innen elektronikk og i programmering

Terrenget blir så eksportert ut fra Gaea som et eget stort 3D-objekt, og de opprinnelig enkle objektene fra blocking-fasen byttes nå ut med detaljerte fjell. Slottet blir også detaljert videre ved å bygge på de enkle formene og klippe ut åpninger til vinduer og dører. Her kan vi også finne passende elementer fra et arkiv, eller modellere egne fra bunnen, for å utforme border, pilarer og takdeler.

Scenen er fortsatt bare i gråskala, og vi trenger farger, mønster og detaljer i overflatene – også kalt teksturer. Disse finnes som bilder som vi kan påføre 3D-modellenes overflater, og det finnes egne programvarer som gir oss mulighet til å tegne på og bearbeide 3D-modellenes overflater. Den mest vanlige programvaren for dette er Substance Painter. 

De små detaljene som setter stemningen

Det ferdigteksturerte slottet tas nå inn i hovedscenen, i dette tilfellet i Unreal Engine. Vi setter også opp materialer og gir terrenget detaljerte teksturer som passer til de forskjellige overflatene. Planter og trær kan plasseres manuelt én og én i scenen ved å lage kopier. 

Skal vi ha scener med kanskje tusenvis av planter, bruker vi som regel verktøy som kalles object paint eller scatter, der vi i prinsippet sprayer valgte objekter på terrenget. De trærne som skal være nærmest kamera bør være ekstra detaljerte, mens de som er langt unna kan være enklere. 

Lyssettingen i scenen er gjort med en svak blålig skydome light som gir lys som fra et himmelhvelv. Et gulaktig spotlys er brukt for å lage sollys, og til slutt et spotlys som lyser ned på selve slottet for å trekke dette frem fra omgivelsene. 

I tillegg er det lagt til en svak såkalt volumetrisk tåke-effekt for å gi ekstra atmosfære i scenen. Volumetrisk betyr her at man «fyller lufta» med for eksempel tåke, snøfnugg eller støvpartikler. Ved å bearbeide scenen med diverse fargefiltre kan vi få et samkjørt utseende på det hele og dermed krone verket.

Denne artikkelen er basert på utdrag fra den nye læreboken «3D-grafikk – fra geometri til realisme», av Henning Birkeland, Sigbjørn Galåen og Ivar Kjellmo. Alle forfatterne har solid erfaring fra å jobbe med 3D-grafikk i ulike bransjer, i tillegg til mange års undervisning ved 3D-studiet på Høyskolen Kristiania.

Delta i forskning.nos kronikkonkurranse!

les også:

Filmeffekter: Slik lager man kunstig snø i julefilmene