3D modelování

Co je 3D modelování a kde se používá

3D modelování je proces tvorby digitálních objektů v trojrozměrném prostoru pro vizualizace, animaci, simulace, hry, průmyslový design, architekturu, film, medicínu i 3D tisk. V praxi zahrnuje návrh topologie, práci s materiály a texturami, techniky osvětlení a rendering. Úspěch projektu stojí na kombinaci správně zvolené technologie (DCC/CAD/engine), konzistentního workflow a datové hygieny.

Typy modelovacích přístupů

• Polygonální modelování: práce s vrcholy, hranami a ploškami (mesh). Vhodné pro hry, VFX, produktové vizualizace. Pružné, dobře se UV-mappuje a bake-uje.
• NURBS/parametrické křivky a plochy: matematicky přesné plochy vhodné pro průmyslový design a CAD. Výborné pro přesné rozměry, méně vhodné pro realtime bez převodu.
• Sochání (sculpting): vysokopolygonální detail (miliony polygonů) s dynamickou topologií. Podkladem pro retopologii a normal/displacement mapy.
• Voxel/objemové modelování: vhodné pro organické tvary a rychlý koncept, následně vyžaduje retopologii a rekonstrukci povrchu.
• Procedurální modelování: generování geometrií pomocí uzlů/scriptingu (Houdini, Geometry Nodes). Opakovatelné, škálovatelné, parametrizovatelné.
• Fotogrammetrie a 3D skenování: rekonstrukce z fotografií/lidaru. Vyžaduje čištění, decimaci, retopo a rebake textur.

Rozdíl mezi DCC a CAD světem

• DCC (Digital Content Creation): flexibilní, orientované na vizuální kvalitu, animaci a rendering (Blender, Maya, 3ds Max, Cinema 4D). Materiály PBR, export do herních enginů.
• CAD: přesnost a tolerance, mechanismy, výrobní dokumentace (SolidWorks, CATIA, Fusion 360). Pro realtime vizualizace se exportuje přes STEP/IGES → triangulace → optimalizace.

Topologie: pravidla pro čistou a produkční síť

• Quad dominantní síť: usnadňuje subdivizi, UV, deformace a rigging.
• Edge flow: směr hran sleduje anatometrii/objem; minimalizovat póly s vysokým valením (n-gony, pětivrcholy).
• Density management: detaily lokálně, neglobálně. Konzistentní měřítko polygonů eliminuje artefakty bake/lighting.
• Hard-surface: podpůrné smyčky (support loops) pro kontrolu zaoblení při subdivizi; případně weighted normals bez subdiv.

Retopologie, UV mapování a baking

• Retopologie: převod z high-poly (sculpt/skan) na low-poly strukturální síť. Cílem je optimalizace polygonů a správný edge flow.
• UV mapování: švy (seams) na méně viditelných místech, jednotná texel density (např. 512 px/m), minimalizace distorze, využití UDIM pro velké plochy.
• Baking: přenos detailu z high-poly na textury (normal, AO, curvature, height). Důležitý je cage a shoda triangulace mezi DCC a enginem.

Materiály a PBR workflow

• PBR (Metal/Rough): standardní sady map: base color/albedo, metalness, roughness, normal, AO, případně emissive a height.
• Sdílené lineární workflow: správa gama: barvy v sRGB, hodnotové mapy lineární. Barevný management (OCIO) pro předvídatelný výstup.
• Texel density a rozlišení: volba 1–4k podle vzdálenosti kamery a platformy; pro hry často LOD s různými texel density.

Reálný čas vs. offline rendering

• Realtime (game/AR/VR): optimalizace polygonů, LOD, instancing, lightmapy, reflection probes, omezený počet shader variant.
• Offline (VFX/produkt): path tracing, displacement, volumetrika, komplexní stíny a globální iluminace, vyšší nároky na paměť a čas.

Formáty a interoperabilita

• Výměnné formáty: OBJ (statická mesh, bez hierarchie), FBX (hierarchie, animace), Alembic (cache geometrie), glTF/GLB (realtime PBR), USD/USDZ (scény, varianty, vrstvy).
• CAD formáty: STEP/IGES/Parasolid; vyžadují triangulaci při přenosu do DCC/engine.
• Asset metadata: měřítko (cm/m), jednotky, osy (Y/Z up), jmenná konvence a pivoty – nutné sjednotit pro pipeline.

Pipeline a správa verzí

• Adresářová struktura: /assets/{type}/{name}/{variant}/(model|textures|materials|rig|anim).
• Verzování: semver pro assety (v1.2.0), DCC incremental save, DCC-to-Git přes lfs pro binární data.
• Automatizace: skripty pro reexport, validace naming conventions, kontrola jednostranných nornál (flipped normals) a neuzavřených objemů.

Rigging, skinning a deformace (stručný přehled)

• Rigging: hierarchie kostí, ovladače (controllers), IK/FK přepínání, constraints.
• Skinning: váhy (weights) na vertexy; kritické je plynulé rozložení kolem kloubů a správná topologie pro omezení candy-wrapper artefaktů.
• Blendshapes: mimika a jemné korekce, kombinace s deformátory (lattice, corrective shapes).

3D tisk: pravidla pro tisknutelnost

• Vodotěsnost (manifold): žádné díry, invertované normály, samoprotínání.
• Tloušťka stěny: respektovat minimální tloušťku pro zvolený materiál/technologii (FDM/SLA/SLS).
• Měřítko a tolerance: konverze jednotek, kompenzace smrštění; export STL/OBJ s adekvátní hustotou triangulace.
• Podpěry a orientace: minimalizace podpor, segmentace modelu a spojovací mechaniky.

Optimalizace pro hry a XR

• Polygon budget a LOD: několik úrovní detailu se shodnou bounding box/pivot, crossfade nebo dithering při přepnutí.
• Normals a smoothing groups: správné hranice hladkosti pro iluzi detailu bez vysokého poly.
• Lightmapping a texel density: unikátní UV2 bez překryvů, rozumné rozestupy (padding) mezi ostrovy.
• Instancing a moduralita: stavebnice z modulárních dílů, snížení draw calls.

Fotorealistické vizualizace a produktový design

• Fyzikální materiály: přesné IOR, mikrodrsnost (microfacet), textury v reálných jednotkách.
• Osvětlení: HDRI pro base světlo, area lights pro akcenty, správné měřítko a expozice (ACES/OCIO).
• Kamera: ohnisko, clona, DOP a chromatičnost; korektní velikost senzoru a jednotek.

Data hygiena a kvalita modelu

• Bez n-gonů pro deformaci: používat quads/tri; n-gony jen pro ploché hard-surface mimo deform.
• Bez zbytečných double-vertexů: weld, remove doubles, kontrola non-manifold hran.
• Reálné měřítko a pivoty: aplikovat transformace (freeze), pivot na logické místo (dveře – panty).
• Pojmenování a vrstvy: smysluplné názvy, kolekce/layers, skupiny pro export a varianty.

Simulace a fyzika

• Cloth/hair/softbody: vyžadují čistou topologii a kolizní objekty; pro realtime bake do cache/anim křivek.
• Rigid body a destrukce: prefragmentace, constraints, time scale; publikace jako Alembic pro DCC/engine.
• Fluids/volumetrics: náročné na výpočet; často renderované offline nebo jako flipbook/sprite sheets pro hry.

Bezpečnost, práva a licence

• Autorská práva a skeny: respektovat licence zdrojů, skeny osob/objektů se souhlasem.
• Open data a knihovny: glTF/CC0 knihovny, ale validovat topologii a materiály.
• Firemní standardy: NDA, exportní omezení u technických modelů.

Tabulka referenčních metrik pro produkční asset

Kontrolní seznam před exportem

1. Freeze transformace, aplikované měřítko, správné jednotky.
2. Žádné non-manifold hrany, inward normály ani volné vertexy.
3. Správné UV (bez překryvů pro lightmapy, dostatečný padding).
4. Konzistence názvů materiálů a textur, relativní cesty.
5. Validační render/preview v cílovém enginu (shading parity).

Časté chyby a jejich mitigace

• Stair-stepping ve spekulárním světle: nekvalitní normal map; zvýšit rozlišení, zkontrolovat tangents.
• Švy na texturách: nedostatečný padding; navýšit dilation a sjednotit texel density.
• Rozpad při subdivizi: n-gony, špatný edge flow; převést na quads a přidat support loops.
• Mismatch materiálů mezi DCC a enginem: odlišná BRDF/IOR; použít PBR-kompatibilní workflow a LUT/OCIO.

Trendy a budoucnost

• USD jako scénový standard: nelineární pipeline, varianty, vrstvení, kolaborace napříč nástroji.
• Procedurální a generativní nástroje: nodální systémy a AI pro retopo, UV a materiálové návrhy.
• RT path tracing: rostoucí dostupnost v enginích a konfiguracích pro vizualizace i hry.
• XR a web: glTF + WebGPU, lehké assety pro webové konfigurátory a e-commerce.

Závěr

3D modelování je disciplína na pomezí designu, matematiky a inženýrství. Kvalitní výsledek vyžaduje čistou topologii, promyšlené UV, správně nastavené PBR materiály, adekvátní optimalizaci a kontrolu v cílovém prostředí. Standardizovaná pipeline, důsledná data hygiena a automatizace exportů zvyšují efektivitu a snižují riziko chyb. Díky konvergenci standardů (glTF, USD) a rozvoji procedurálních technik je dnes možné škálovat tvorbu assetů rychleji, přitom s vyšší konzistencí a kvalitou.