Вертекс (vertex) — это вершина полигона, определяющая точки пересечения его граней. Когда полигональную сетку только разработали, многоугольники в пространстве задавали через координаты их вершин — вертексы. Вертекс был и остается гораздо более основополагающим элементом трехмерной модели, чем полигон.

Основы моделей в 3D пространстве

Элементы моделирования сетки объекта:

  1. Вершина, или вертекс — это одномерный объект, точка в пространстве.
  2. Ребро — соединение между двумя вершинами.
  3. Грань — замкнутое множество ребер.
  4. Многоугольник или полигон — набор граней, лежащих в одной плоскости.
  5. Сетка — набор многоугольников, фигура в трехмерном пространстве, также называемая моделью или телом.
Элементы полигона: вертекс, ребро, грань

Элементы полигона: вертекс, ребро, грань

Что такое вертекс и зачем он нужен

Вертексы — это вершины, которые указывают, где начинается и кончается определенный многоугольник. Часто о них говорят, как о подобъектах, считая, что полигоны в этой иерархии находятся выше. На самом деле это не так, ведь вертексы представляют собой одномерные объекты (точки) в пространстве. Если соединить две вершины, то получится линия – ребро многоугольника. Три точки образуют треугольник, а четыре — оптимальный вид полигонов, четырехугольник.

Вершина представляет собой точку в пространстве, где встречаются ребра объекта, образуя углы. Когда компьютер отображает фигуру на экране, есть два варианта. Он может визуализировать каждый многоугольник (или грань) формы как плоскую поверхность и выполнять расчеты освещения на основе этого. Либо он пытается визуализировать некоторую сглаженную версию той же формы.

Второй вариант — то, что нужно в большинстве случаев. Именно здесь появляются нормали вершин (перпендикулярные векторы, необходимые для организации сглаживания и отражений).

Вместо того чтобы смотреть на нормали граней (направление, в котором указывают грань), средство визуализации смотрит на нормали вершин (направление, указывающее угол). Именно тогда программа интерполирует (находит промежуточные значения) направление по треугольной грани, которую она отображает. Это придает объекту визуальную плавность.

Преимущества вершинного представления полигональных сеток:

  • позволяет определить расположение всех полигонов в пространстве;
  • эффективные трансформации и анимация объектов;
  • оптимизированное использование оперативной памяти за счет индексирования одним вертексом других соседних вершин.

Видеокарты специально разработаны так, чтобы быстро выполнять интерполяцию нормалей из трех вершин в каждом углу. Это то, что происходит в трехмерной компьютерной графике от спецэффектов фильма «Аватар» до игры Cyberpunk 2077.

Проблемы вершинных сеток

Обычно специалисты во время работы усредняют нормали для всех граней, прикрепленных к вершине. Это позволяет визуализировать гладкие поверхности, используя угловую геометрию (и фиксированное количество полигонов). Но часто конечный результат отличается от ожиданий: появляются визуальные искажения или дефектные участки освещения, которые выглядят странно. С помощью оптимизации сетки модели искажения сводятся к минимуму или полностью устраняются.

Меню