¿Por qué las mallas suavizadas en 3D studio terminan con el mismo número de vértices / triángulos? ¿Cómo se pueden alisar con la misma geometría?

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Estoy tratando de entender por qué las mallas que se suavizan en el estudio 3D (Modificadores / Suavizador) terminan teniendo la misma cantidad de vértices / caras antes o después de ese proceso, así como exactamente la misma geometría.

En el siguiente ejemplo, ambas mallas tienen 32 vértices y 60 caras.

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Aunque tengo experiencia trabajando con programación (c ++ y c #), soy bastante principiante con gráficos por computadora. Por lo tanto, mi expectativa era que el aspecto suavizado de una malla suavizada requeriría vértices adicionales, es decir, subdivisión de triángulos, para terminar teniendo una malla final más detallada. Sin embargo, ese no parece ser el caso.

Por eso pregunto:

1) ¿cómo es posible el alisado sin aumentar los detalles de la geometría de la malla?

2) ¿el suavizado al menos aumenta la memoria asignada / utilizada para almacenar la nueva malla en comparación con la original?

Las explicaciones son súper bienvenidas, pero también se agradecen las referencias (académicas o no).

Louis15
fuente
No tengo mucha experiencia aquí tampoco, pero supongo que podrías estar usando un sombreador diferente en uno. Lambert se vería como el de la derecha. Pero los gourands los promediarían y lo harían parecer más suave. prosjekt.ffi.no/unik-4660/lectures04/chapters/jpgfiles/…
Andrew Wilson
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¡Gracias por tu comentario! Francamente, lo único que hice fue aplicar el modificador Smoother. No había ningún sombreador agregado antes y no agregué ningún sombreador después.
Louis15
Los términos históricos son "esa es la diferencia entre el sombreado plano y el gouraud". En la práctica, esto se relaciona con las normales como lo explica joojaa
v.oddou el
¿Qué software usaste en la captura de pantalla? THX :)
xyz

Respuestas:

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La suavidad en este caso solo hace que las superficies normales en los vértices apunten de la misma manera, cuando se interpola se ve suave. Meshsmooth agregaría vértices.

1) ¿cómo es posible el alisado sin aumentar los detalles de la geometría de la malla?

Los ojos humanos no pueden ver realmente la curvatura, excepto en los bordes de los objetos. Todo lo que pueden hacer es aproximar la suavidad y procesar la pendiente del gradiente. Por lo tanto, tener un campo continuo da un aire de suavidad. Sin embargo, el ojo es extremadamente sensible a los cambios bruscos de color, y lo interpreta como un pliegue duro.

Al interpolar las normales del vértice, su superficie tendrá la apariencia de un flujo suave. Como esta normalidad se usa para calcular el color reflejado final, obtienes un campo de color uniforme.

Sombreado plano vs sombreado suave

Imagen 1 : una normal sombreada plana frente a las normales de una interplantación suave. La normalidad negra se encuentra en un vértice. Los de color están interpolados.

No hay nada que diga que necesitamos hacer una interpolación lineal. De hecho, al perturbar las normales podemos hacer que la superficie plana cambie de apariencia. Así es como funciona el mapeo de relieve y el mapeo normal. El efecto puede ser convincente a menos que el borde de la superficie juegue un papel demasiado grande en el lugar donde se rompe la ilusión.

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Imagen 2 : una superficie plana sombreada (parte posterior), Suavemente sombreada (en el medio) y un mapa liso normalizado. La ilusión de una superficie ondulada se rompe porque el borde juega un papel tan destacado en la imagen que, en cambio, podría aumentar las normales.

2) ¿el suavizado al menos aumenta la memoria asignada

Es difícil decir cosas definitivas sobre el motor gráfico subyacente. Las normales deben emitirse a la tarjeta gráfica de todos modos, lo más probable es que estos datos se almacenen en caché, pero podrían calcularse sobre la marcha (en ambos casos).

Como Max usa grupos de suavizado, me parece que el uso de memoria es constante independientemente. Es difícil de decir, incluso si no está en caché, entonces no haría una gran diferencia. Hace que el sombreador pequeño sea un poco más complicado, pero lo más probable es que esta complejidad esté presente, úselo o no.

joojaa
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¡Gran respuesta! Eso es exactamente lo que estaba buscando: una explicación conceptual que no dejara detalles cruciales pero que fuera clara y directa. Muchas gracias
Louis15
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"Sin embargo, el ojo es extremadamente sensible a los cambios bruscos de color, y lo interpreta como un pliegue duro". En realidad, el sistema visual humano es muy bueno para detectar cambios en la derivada del sombreado. El sombreado puede ser continuo, pero si hay discontinuidades en la tasa de cambio, como en esta imagen, pueden ser sorprendentemente notables. Busca el efecto de banda Mach.
Simon F
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@SimonF es por eso que ven un pliegue, porque derivan su detección de bordes y todo eso. Pero el cerebro humano realmente no eveló el flujo de gradiente 2, los suavizados son casi iguales a la mayoría de los humanos (por ejemplo, no hay una segunda detección derivada). Por lo tanto, tener una esfera lisa es lisa, incluso si las normales no se comportan de manera completamente esférica siempre que sean lisas. Es por eso que nos salimos con la suya. Muy pocas superficies se comportan realmente de esta manera.
joojaa
"(no hay una segunda detección derivada, por ejemplo)" Acabo de revisar los "Principios de síntesis de imagen digital" de Glassner (Volumen 1, página 29) ... y ahora estoy más confundido que nunca.
Simon F
@SimonF Puede estar confundido acerca de los reflejos que son naturalmente una derivada más baja que la superficie. Así, un ser humano puede, bajo ciertas condiciones, sentir la segunda derivada. Pero el punto es más bien que los humanos pueden ver pliegues, pero no hacen una diferencia significativa entre todos los cambios diferentes, el hecho de que un reflejo esté ligeramente desviado o en la dirección incorrecta no es automáticamente evidente para un humano. Sin un análisis más profundo. Siempre y cuando no haya un cambio abrupto, en su mayor parte es lo suficientemente bueno en muchas circunstancias. Sin embargo
joojaa