¿Por qué se usan los quads en el cine y el triángulo en los juegos?

En la escuela de cine, en las clases de modelado 3D, me dijeron que cuando modelamos algo para películas mantenemos una topología de 4 polígonos con bordes. Cualquier polígono que tenga más o menos de 4 aristas / vértices se considera malo y debe evitarse. Mientras que si se usa el mismo modelo en los juegos, se triangula.

Aunque no me estoy especializando en modelado 3D, la pregunta todavía está en mi mente. ¿Por qué se usa un polígono de 3 filos en los juegos? ¿Se renderiza más rápido? Entonces, ¿por qué no se usa en representaciones de películas?

Para el modelado 3D, la razón habitual para preferir los quads es que los algoritmos de superficie de subdivisión funcionan mejor con ellos: si su malla se subdivide, los triángulos pueden causar problemas en la curvatura de la superficie resultante. Por ejemplo, eche un vistazo a estos dos cuadros:

El izquierdo es todo quads; la derecha tiene la misma forma general, pero una esquina está hecha de triángulos en lugar de quads.

Ahora vea qué sucede cuando los cuadros se subdividen:

Diferente, si? Observe la forma en que los bucles de borde han cambiado de ser aproximadamente equidistantes en el cuadro de la izquierda a un arreglo más complicado, pellizcado y estirado a la derecha. Ahora apaguemos la estructura metálica y veamos cómo se ilumina.

¿Ves el extraño pellizco en el resaltado en el cuadro de la derecha? Eso es causado por la subdivisión desordenada. Este es un caso bastante benigno, pero puede obtener resultados mucho más desordenados con mallas más complejas con niveles de subdivisión más altos (como los que generalmente usaría en películas).

Todo esto aún se aplica al hacer activos del juego, si planeas subdividirlos, pero la diferencia clave es que la subdivisión ocurre antes de tiempo, mientras todavía estás en quad-land, y luego el resultado subdividido final se convierte en triángulos porque eso es lo que habla el hardware de gráficos (porque, como se mencionó en los comentarios anteriores, facilita las matemáticas).

Como @Noah Witherspoon correctamente, dice que la subdivisión triangular no funciona tan bien como la subdivisión cuádruple. Aunque, al principio, los triángulos no podían subdividirse en absoluto. Sin embargo, él realmente no explica por qué ese es el caso. Que es información útil y explica por qué se prefieren los quads y cómo usarlos.

Primero, observe que un triángulo se subdivide en 3 quads en muchos esquemas. Dado que ahora tiene una malla todo cuádruple, mantener claramente la subdivisión todo cuádruple no es en sí mismo un requisito. Tiene que haber una razón más profunda que simplemente ser de cuatro lados.

Imagen 1 : Puedes subdividir un triángulo en 3 cuadrángulos

La razón radica en lo que se ha llamado bucles de borde. La persona que realiza el modelado tiene que anticipar cómo sucede la subdivisión, ya que la subdivisión será la forma final. Desafortunadamente, los humanos solo son realmente buenos para descifrar la forma del objeto a lo largo de los bordes de los bordes primitivos. Al formular la forma en bucles largos de múltiples bordes continuos, nos ayuda a predecir la forma después de la subdivisión y, lo que es más importante, después de la deformación por huesos, etc.

Un triángulo tiene una forma desagradable de terminar el ciclo, por lo que no entendemos qué sucede con la forma dentro y fuera de esa forma. La malla subdividida, por lo tanto, tiene una tendencia a comportarse de manera incontrolable, causando golpes no deseados. Nota : Es posible subdividir triángulos de una manera que esto no suceda, simplemente es más difícil trabajar con ellos y trabajar con quads era muy conocido para entonces.

Ahora bien, esta no es la razón original, solo sucedió de manera indirecta. La razón original es que los parches geométricos que usaron como primitivas paramétricas tienen forma cuadrada. Como extender una línea en una superficie, naturalmente, toma una forma cuadrada si solo se extruye. Tener un triángulo hace que un borde se degenere y tenga una singularidad. Pero esto está muy relacionado con la razón de subdivisión, ya que se puede demostrar que una superficie de subdivisión es solo un caso general de un parche de spline.

Imagen 2 : Las superficies paramétricas originales eran extensiones de curvas, no mallas arbitrarias y estas formas naturalmente tienden a ser cuadradas.

Una cosa que veo que la mayoría de la gente olvida es que en la realización de películas se trata principalmente de calidad, no de velocidad. Eso es porque la realización de películas se preocupa más por el renderizado sin conexión, ya que, como en los videojuegos, todo es en tiempo real, por lo que el rendimiento / velocidad es mucho más crucial que la calidad.

Por lo tanto, cuando se trata de videojuegos, la gente trata de encontrar la mejor manera de "aproximar" o "falsificar" el aspecto de una cosa real. Cuando se trata de cálculos diferentes, los triángulos de velocidad son mucho más fáciles que los polígonos. Como se menciona en @ratchet freak, ya que los 3 puntos son coplanares y simplifica las intersecciones y otros cálculos. Esa es una de las razones principales por las que se usan triángulos en los videojuegos.

Sin embargo, en la renderización de películas, un fotograma puede llevar horas o incluso días, por lo tanto, la velocidad no es un gran problema. Lo que Noah dijo es correcto, solo quería compartir este punto de vista también.