Blender Dokumentation: Subdivision Surfaces

Diese Seite bezieht sich auf Blender v2.40

Catmull-Clark Subdivision Surfaces

Catmull-Clark Subdivision Surfaces oder kurz Subdivision Surfaces (SubSurfs) sind eine durch den Computer errechnete, verfeinerte Annäherung an ein grobes Mesh. Sie erlauben eine weiche Oberfläche von Objekten, ohne dass man Mengen an Vertices und Faces erstellen müsste. Objekte mit SubSurfs besitzen ein organisches Aussehen.

Für den Umgang mit SubSurfs gibt es drei einfache Regeln, die Sie unbedingt beherzigen sollten.

SubSurf Tips

1. Alle ihre Flächen sollten vier Eckpunkte besitzen. Man spricht dann von "Quads".
2. Benutzen Sie wenige Vertices, um die SubSurfs zu kontrollieren. Ein Circle benötigt z. B. nicht 32 Vertices, sondern nur 8.
3. Die Richtung der Flächennormalen ist essentiell wichtig. Die Funktion Recalculate Normals Outside Strg-N werden Sie häufig benötigen.

Die Gründe und Einzelheiten für diese Regeln werden wir im Folgenden näher besprechen.

Bedienung

Abbildung 1: Subdivision Surfaces Modifier

Subsurf ist ein Mesh Modifier, es wird im Editing Kontext (F9) durch hinzufügen (Add) auf dem Modifiers Panel angestellt (Abbildung 1). Mit Subsurfs werden überlicherweise die Catmull-Clark Subsurfs gemeint, mit dem Menübutton können Sie aber auch Simple Subdiv. auswählen.

Der Levels Wert bestimmt den Unterteilungsgrad im 3D-Fenster, Render Levels den Unterteilungsgrad für das Rendern. Dabei sind jeweils die Einstellungen 1 bis 6 möglich.

Gerendertes Bild ist kantiger als Ansicht im 3D-Fenster

Um im gerenderten Bild etwas von den SubSurfs zu sehen, müssen Sie die SubSurf Render Levels einstellen.

Im Object Mode können Sie SubSurfs mit Shift-O an und abstellen, damit entfernen Sie nicht den Modifier, Sie stellen nur seine Anzeige ab (siehe den Abschnitt Modifiers). Hat das Objekt noch keinen Subsurf Modifier, wird mit Shift-O ein solcher hinzugefügt.

Da SubSurf Berechnungen in Echtzeit durchgeführt werden und ziemlich rechenintensiv sein können, sollten Sie den SubSurf Level im 3D-Fenster niedrig halten (1–2), für das Rendern können Sie ihn immer noch höher stellen.

• Der Cage Modus Button zeichnet die Vertices auf der durch SubSurf gebildeten Fläche. Dies erleichtert das Modellieren. Der Cage Modus entspricht dem alten (vor 2.40) Button Optimal.
• Simple Subdiv. erzeugt keine weiche Unterteilung, sondern wirkt wie eine reversible Subdiv Funktion.
• Optimal Draw unterdrückt die Anzeige des unterteilten Meshes im Objekt und im Edit Modus.

In Abbildung 2 sind die Auswirkungen der verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten gezeigt.

Abbildung 2a: Das Ausgangsmesh.	Abbildung 2b: Das Mesh mit Subsurf Level 2. Optimal Draw ist ausgeschaltet.
Abbildung 2c: Ohne Cage Modus.	Abbildung 2d: Cage Modus im Edit Mode. Das sichtbare Mesh liegt der Oberfläche an.
Abbildung 2e: Simple Subdiv gerendert mit einem Level von 3.	Abbildung 2f: Catmull-Clark gerendert mit einem Render Level von 3

Anwendungshinweise

Abbildung 3 zeigt die Auswirkungen von SubSurf Level 0,1,2,3 auf eine quadratische und eine dreieckige Fläche. Diese Unterteilung wird auf einem Mesh für jede einzelne Fläche durchgeführt.

Jede viereckige Fläche erzeugt 4^n Flächen im SubSurf Mesh, wobei n der SubSurf Level ist. Jede dreieckige Fläche erzeugt 3*4^(n-1) neue Flächen. Diese dramatische Zunahme an Flächen und Vertices bedeutet eine starke Verlangsamung beim Bearbeiten und Rendern. Halten Sie den SubSurf Level daher so niedrig wie möglich. Es ist eine sehr, sehr, sehr schlechte Idee, ein einigermaßen komplexes Mesh mit einem SubSurf Level von 6 zu versehen (zumindest zum jetzigen Zeitpunkt der Computerentwicklung).

Abbildung 3: Viereck und Dreieck mit SubSurf Leveln 0, 1, 2 und 3

Blenders Subdivision System benutzt den Catmull-Clarke Algorithmus. Dieser erzeugt sanfte SubSurf Meshes, aber jedes SubSurfed Face – also jede berechnete und neu erzeugte Fläche – hat den gleichen Normalenvektor wie die ursprüngliche Fläche. Das ist im Grunde auch gar nicht schlimm, und beeinflusst auch nicht die Form. Es spielt allerdings eine Rolle beim Rendern und in den schattierten Ansichten, da plötzliche Wechsel der Normalenrichtung hässliche schwarze Streifen erzeugen (Abbildung 4).

Abbildung 4: Abrupte Wechsel der Flächennormalen erzeugen schwarze Streifen in den schattierten Ansichten.

Abbildung 5: Falsche (oben) und richtige Flächennormalen

Für die Form ist das kein Problem, wie Abbildung 5 zeigt, es spielt aber eine Rolle in den schattierten Ansichten und beim Rendern (Abbildung 4). Wählen Sie alle Vertices aus und benutzen Strg-N im Edit Mode, damit Blender die Normalenausrichtung neu berechnet. Eine gute Kontrolle erhalten Sie, wenn Sie sich die Normalen anzeigen lassen. Das können Sie im Editing Kontext (F9) im Mesh Tools 1 Panel anstellen (siehe Edit Mode).

Das Neuberechnen der Normals funktioniert meistens, allerdings nur dann, wenn das Mesh nicht Non-Manifold ist. Am einfachsten ausgedrückt: Ein Non-Manifold Mesh ist ein Mesh, bei dem eine oder mehrere Kanten zu mehr als zwei Flächen gehören.

Abbildung 6: Ein Non-Manifold Mesh

In Abbildung 6 ist ein Beispiel für ein Non-Manifold Mesh gezeigt. Häufig entstehen solche Stellen, wenn man in einem Objekt interne Flächen modelliert.

Bei normalen Modellen sind solche Stellen kein Problem, sie führen aber zu hässlichen Artefakten in SubSurfed Meshes. Außerdem kann das Decimate-Modifier nicht angewandt werden, daher sollte man sie so weit wie möglich vermeiden.

Wie man herausfindet, ob das Mesh Non Manifold ist

• Das Neuberechnen der Normals hinterlässt irgendwo schwarze Streifen.
• Das Decimator Tool im Mesh Panel funktioniert nicht und liefert den Hinweis: ERROR: No manifold Mesh

Eine Form wie in Abbildung 6 würde man anders modellieren. Ausgehend von einem schmal skalierten Würfel oder einer extrudierten Plane würde man an der Oberseite ein „Gelenk“ einfügen und dieses wieder extrudieren. Durch Hinzufügen eines weiteren Vertex Ringes mit Loop Subdivide (Strg-R) kann man die Geometrie des Meshes so definieren wie benötigt (Abbildung 7).

Abbildung 7: Vermeiden eines Non Manifold Meshes

Das SubSurf Werkzeug erlaubt das Erstellen sehr guter, organisch aussehender Modelle, allerdings ist ein regelmäßiges Mesh mit möglichst nur „Quads“ Voraussetzung für ein gutes Ergebnis. In Abbildung 2 ist z. B. auf der Wange von Suzanne ein Stern-Vertex zu sehen, von dem 6 Edges wegführen. Im gerenderten Bild sieht man dort ein Artefakt, der auch bei höheren SubSurf Leveln nicht geglättet wird.

In den Abbildungen 8 bis 10 sehen Sie ein schönes Beispiel für die Anwendung von SubSurfs (aus den Demodateien zu Version 2.37).

Abbildung 8: Dinosaurier Mesh

Abbildung 9: Mesh mit SubSurf auf Level 2

Abbildung 10: Shaded Ansicht

Links

Die englischsprachige Vorlage dieses Textes
Video-Tutorial von Greybeard. Das sollten Sie sich unbedingt anschauen!
Sehr gute und ausführliche Tips zu SubSurfs (deutsch)