Manipulando superfícies NURBS no Autodesk Maya

A modelagem 3d pode ser realizada com as mais variadas técnicas sendo a mais comum e difundida, a baseada em polígonos. Com essa técnica podemos construir modelos 3d que são gerados pelo posicionamento e ajuste de faces que formam um objeto 3d mais complexo, que depois pode ser suavizado e editado para representar formas complexas. Mas, apesar de ser bem conhecido utilizado para vários projetos de visualização, a modelagem poligonal apresenta algumas dificuldades e limitações, principalmente quando o objetivo da modelagem é representar objetos de natureza totalmente curva. Esse tipo de modelagem mais orgânica acaba encontrando uma base mais sólida quando utilizamos técnicas baseadas em superfícies.

Entre as técnicas de modelagem por superfície mais conhecidos está o chamado NURBS. Essa técnica de maneira muito parecida com a modelagem por curvas, mas temos um nível de sofisticação e controle sobre as curvas muito maior. O controle sobre as superfícies é mais aprimorado em alguns softwares como o Rhinoceros 3D, fazendo com que profissionais de design industrial adotem o NURBS como forma de modelar objetos com superfícies complexas como embalagens e outros objetos que demandam grande nível de precisão sobre as curvas.

Como manipular as superfícies NURBS no Autodesk Maya?

Os usuários que tem a disposição do Maya, possuem uma vasta gama de ferramentas para modelar usando NURBS, e as opções do Maya para esse tipo de criação são bem robustas e estáveis. Se você nunca teve a oportunidade de trabalhar com NURBS no Maya, o vídeo abaixo pode ser de grande ajuda.

Nesse tutorial, o autor explica de maneira bem básica como manipular e editar as curvas de uma superfície NURBS no Maya. Os exemplos usados para as explicações não são difíceis de seguir, até pelo fato de não ser criado nenhum elemento 3d no vídeo, apenas figuras geométricas.

A manipulação de estruturas do tipo NURBS não é complicada, e consiste apenas na transformação dos seus pontos de controle. Ao deformar esses pontos de controle, como aparece no vídeo, já podemos perceber como toda a estrutura se deforma e gera uma curva bem suavizada.

A movimentação dos pontos de controle não é suficiente para modelar com NURBS, mas é o primeiro passo antes de partir para a criação de formas mais complexas. Aguarde por mais tutoriais sobre modelagem com NURBS no Maya.

Tutorial de modelagem com NURBS no Blender

As técnicas disponíveis para criar modelos 3d variam significativamente entre si e permitem elaborar objetos com resultados bem diferentes, dependendo da natureza da superfície. A minha técnica preferida é a modelagem poligonal que pode ser aplicada em praticamente qualquer situação, mas com alguma dificuldade extra quando o objeto tem muitas curvas. Um modificador de suavização resolveria esse problema, mas teríamos que trabalhar com edge loops para determinar a suavidade das arestas. Esse é o ponto trabalhoso da modelagem poligonal para casos como a criação de uma chave de fenda. Por outro lado, podemos aproveitar técnicas como a modelagem usando NURBS para criar de maneira bem simples esse tipo de objeto.

No Blender encontramos ferramentas que aproveitam a flexibilidade e maleabilidade do NURBS para gerar curvas complexas. Esse tipo de técnica é bem sofisticada e nem todos os softwares dispõe de módulos NURBS poderosos. Por exemplo, até mesmo o 3dsmax ficou muito tempo com um módulo de NURBS que não agradava muitos artistas 3d, até que nas últimas versões a Autodesk melhorou bastante esse módulo. Um software que tem um excelente módulo NURBS é o Maya.

Mas, e o Blender?

O tutorial abaixo mostra todos os passos necessários para elaborar um modelo simples, mas que usando polígonos teria uma carga extra de controle.

Blender 2.5 – Creating a Screw Driver with Nurbs from 3D Immortal on Vimeo.

No tutorial o autor usa uma técnica clássica do NURBS que é trabalhar com os perfis dos objetos, para conseguir ajustar as suas posições e sequencia na criação do objeto. A modelagem por curvas tem esse tipo de característica, seja ela por NURBS ou Spline. O segredo para conseguir descobrir se um objeto pode ser criado usando curvas é saber se o mesmo possui um perfil que pode receber modificadores, para gerar superfícies. Essas superfícies são geradas por revoluções ou outras técnicas.

Nesse caso os perfis do modelo 3d são posicionados e escalonados ao longo de um eixo, e quando as suas formas e posições estão de acordo com o objeto desejado a opção para gerar uma superfície é acionada. Como resultado temos a chave de fenda.

Esse é um objeto que sempre uso como exemplo nas minhas aulas sobre modelagem, com o Blender em NURBS e no 3dsmax usando Loft.

Tutorial Blender: Modelagem 3d com curvas

A modelagem 3d por subdivisão é uma das técnicas mais comuns e fáceis de ensinar para as pessoas que estão aprendendo a trabalhar com modelagem. A simplicidade da técnica está diretamente relacionada a segmentação em blocos das formas 3d, em que o artista pode ir aos poucos adicionando pequenos elementos como faces e arestas para construir os objetos aos poucos. Por outro lado, as técnicas que trabalham com curvas como NURBS ou Splines acabam adicionando um nível extra de dificuldade ao processo de modelagem, pois o artista precisa vislumbrar o modelo 3d completo para conseguir criar os objetos com curvas. Esse é um dos motivos que faz com que muitas pessoas acabem evitando técnicas de modelagem como as curvas.

Mesmo sendo evitadas por muitas pessoas, a modelagem usando curvas ainda é muito útil para criar alguns tipos de objetos. Quer ter uma idéia dos tipos de objetos que podem ser criados? Os vídeos abaixo mostram diversos exemplos de modelagem 3d com curvas no Blender 3d, e ainda apresentam as técnicas e procedimentos necessários para criar esses modelos no Blender.

Para assistir o conjunto completo de tutoriais, visite as outras partes do tutorial:

Como a modelagem 3d usando curvas não é simples de deduzir pelas ferramentas e tipos opções disponíveis, isso não é exclusividade do Blender, pois as ferramentas que usam curvas não são intuitivas. Por exemplo, ainda lembro das minhas aulas de 3ds Max em que mostro o funcionamento de opções como o Loft para a modelagem de objetos usando perfis. Além da opção do Loft não estar associada com as curvas no painel de criação, ainda é necessário deduzir o tipo de objeto que pode ser criado.

O exemplo do Loft é uma excelente demonstração de como usar a modelagem com curvas. Caso algum objeto possa usar linhas para definir um perfil simétrico, pode ser criado com ferramentas de modelagem com curvas de maneira relativamente simples. No Blender essa opção se chama BevOb. Entre os objetos que se enquadram nessa categoria temos vasos, copos e diversos tipos de ferramentas. Ainda é possível modelar cabos, mangueiras e outros elementos tubulares.

Assista aos vídeos e reproduza os exemplos demonstrados para colocar em prática esse tipo de modelagem.

Modelagem 3d para arquitetura com o Cinema 4D e Sweep NURBS

A técnica mais usada para modelagem de especializada em arquitetura é a poligonal ou a derivação da subdivisão chamada de edge modeling. O uso de curvas ou técnicas como o NURBS, acaba sendo restrita a modelagem de móveis e objetos que precisem das ferramentas avançadas de modelagem para superfícies. Um dos softwares que possuem grande quantidade de ferramentas especializadas em curvas NURBS é o Cinema 4D que não aparece aqui no blog já faz certo tempo. Essa semana encontrei um tutorial de modelagem para arquitetura muito interessante com o Cinema 4D, fazendo uso de curvas NURBS para criar paredes.
O tutorial de modelagem para arquitetura pode ser visualizado nesse endereço, sendo que o tutorial é composto por um conjunto de imagens representando os passos da modelagem.

O autor do tutorial usa uma ferramenta poderosa do Cinema 4D para criar as paredes com base em curvas, mas o texto do tutorial não explica o funcionamento da chamada Sweep NURBS. Apesar do nome um pouco estranho, você muito provavelmente já usou essa ferramenta em outros softwares, mas com outro nome. Com o Sweep NURBS do Cinema 4D é possível fazer um extrude usando duas curvas, sendo que uma delas funciona como caminho do extrude e a outro é o perfil usado no extrude. O resulto é semelhante ao Loft do 3ds Max ou o BevOb do Blender 3D.

Depois que as paredes estão criadas usando a técnica do Sweep NURBS, o autor usa operações Booleanas para trabalhar a abertura de portas e janelas no modelo 3d.

A técnica usada para criar o modelo 3d é bem diferente do que estamos acostumados a trabalhar com softwares de modelagem poligonal. O resultado desse tipo de criação em ferramentas como o Blender 3D seria uma série de triângulos, marcando as superfícies dos objetos. Até mesmo no 3ds Max a topologia do objeto 3d começaria a ficar complicada com o acumulo de modificadores e objetos. Para usuários do Cinema 4D que nunca usaram o Sweep NURBS é a oportunidade de aplicar a técnica em modelagem geométrica, mas para os outros artistas o tutorial é um desafio interessante, pois propõe a criação de topologia geométrica usando curvas, algo pouco comum.

Modelagem 3d aeronáutica com Alias Studio

A modelagem 3d de objetos com perfil mais industrial é bem diferente da que estamos acostumados para projetos que abordam apenas visualização. Entre as principais diferenças é a da escala e fidelidade nas curvas e formas do objeto, pois nos projetos que são apenas visualizados isso não é importante, ficando apenas a cargo do artista mostrar as proporções corretas na imagem. Já nos casos em que o mesmo objeto deve ser usado para produção em larga escala e com detalhes milimétricos, a fidelidade com que reproduzimos as curvas podem determinar o sucesso ou fracasso do projeto. Sim, pois o planejamento errado do objeto 3d resulta na calibração errada das máquinas, acarretando a criação de objetos com formato diferente do planejado.

O vídeo abaixo é uma demonstração detalhada de como funciona um dos softwares usados para fazer esse tipo de planejamento industrial, nesse caso o Alias Studio que funciona de maneira parecida como Maya, apresentando inclusive diversas semelhanças na interface. No vídeo é possível acompanhar o processo de modelagem 3d usando curvas do nariz de um avião comercial de passageiros.

Essa técnica de modelagem é totalmente diferente das variações que estamos acostumados a usar na subdivisão, em que os modelos 3d são criados com base em primitivas geométricas e depois editados e suavizados até chegar na forma final. Apesar de parecer mais simples de trabalhar, esse tipo de modelagem envolve diversos problemas na manipulação e ajuste das curvas, pois o modelo 3d já é criado com curvas. O nome das curvas usadas pelo artista no vídeo é CV Curves que é muito semelhante a ferramenta NURBS. Existem diversos softwares como o próprio Maya que apresentam esse mesmo modelo de curva disponível para modelagem.

Se a ferramenta dispor apenas de curvas do tipo Spline, o processo de modelagem adotado precisará ser bem diferente pois o funcionamento das Splines difere bastante das curvas NURBS.

Além do Alias Studio que é usado para design de produtos, outro software bem famoso nessa área é o Rhino 3D que é conhecido também como Rhinoceros. Ele funciona como uma mistura do AutoCAD com o 3ds Max, permitindo trabalhar com curvas complexas em NURBS e precisão absoluta por dispor de uma linha de comando, para informar parâmetros e valores para as ferramentas de modelagem.