VR Scan & 3D Modeling für Virtual Reality (VR), VFX und Gaming

3D Modeling für Virtual Reality (VR), VFX und Gaming auf Basis von VR Scans

LOGXON liefert mit Hilfe von speziellen VR Drohnen und High End Laserscanner VR Rohmaterial, 3D Datensätze und hochauflösende Texturen. Die Nutzung von Virtual Reality (kurz VR) gewinnt stetig an Bedeutung und ist aus dem Alltag in vieler Branchen und privaten Haushalten nicht mehr wegzudenken. Der Einsatz von VR Umgebungen reicht schon jetzt weit über den Bereich Gaming und Entertainment hinaus. Im Bereich Bau, der Architektur und auch in der Industrie erkennt man mehr und mehr das Potenzial moderner VR Anwendungen und VR Brillen (Datenbrillen). Daher haben wir uns neben der dreidimensionalen Erfassung (VR Scans) auch auf 3D Modeling für Virtual Reality, Gaming und Visuel Effects spezialisiert.

Rohmaterial Erfassung zur 3D Modeling für Virtual Reality, kurz „VR Scan“

Um mit dem 3D Modeling für Virtual Reality Umgebungen, Räume und Gegenstände zu beginnen, benötig man eine solide Grundlage auf Basis von Scans der realen Welt. Es sei denn, das VR Modell entsteht ausschließlich in einer CAD bzw. 3D Software, doch dazu mehr im nächsten Abschnitt. Wir nutzen für unsere VR Scans verschiedene Technologien, hauptsächlich jedoch Drohnen, Laserscanner und High End Kameras. Mittels Photogrammetrie und Laserscanning gewinnen wir texturierte (farbige) Punktwolken die den Realzustand der Umwelt und Objekten dreidimensional darstellen. Durch die Vermaschung der Punktwolke zum Drahtgittermodell erhalten wir ein rohes High Poly Mesh wie auch eine, zumindest auf den ersten Blick, saubere Textur. Da dieses Modell zu groß, unhandlich und die Textur ungeordnet ist, muss es unserem 3D Modeling Prozess unterzogen werden um es „VR ready“ zu machen.

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Ausschnitt aus einer dichten Photogrammetrie Punktwolke eines VR Scans

3D Modeling für Virtual Reality

Wir machen die Realität durch texturierte volumetrische 3D Modelle digital erlebbar – dies erreichen wir durch 3D Modeling für Virtual Reality auf zwei Arten: Am Computer maßgerecht konstruierte 3D Modelle (CAD Modeling) und freihand gezeichnete, designte oder wie in den meisten unserer Fälle gescannte 3D Modelle.

CAD Modelling

In der Industrie und im Bereich Bauwesen/Architektur greift man in der Regel auf CAD Modeling für VR zurück, da die Modelle in der Regel bereits nach exakten Maßen konstruiert oder auf Basis einer dreidimensionalen Punktwolke gezeichnet sind. Im Anschluss werden die CAD Modelle entsprechend der VR Anwendung und dem jeweiligen Endgerät (z.B. VR Brille) texturiert. Je nach Anspruch werden einfache oder fotorealistische Texturen genutzt. Diese liefern wir beispielsweise auf Wunsch mittels VR Scan.

Fotorealistisches VR Modeling – Mesh Modeling

Beim gestalten von fotorealistischen Virtual Reality Welten gibt es verschiedene Modeling Ansätze. Wir von LOGXON sind spezialisiert auf das Verarbeiten von VR Scans. Wir erfassen die „echte“ Umgebung durch Scannen in der realen Welt. Die gewonnen geometrischen Informationen und visuelle Inhalte werden dann durch viele einzelne Schritte zu einem in Virtuel Reality nutzbaren Modell.

Selbstverständlich können die beiden Arten frei kombiniert werden. Beispielsweise kann man ein konstruiertes CAD Architekturmodell in eine fotorealistische Umgebung einbetten. Hierfür würde man auf Basis eines VR Scans des Bestands in die Umgebung erfassen und das daraus gewonnene Virtual Reality Modell (Mesh Modell) um das CAD Architekturmodell erweitern. So lassen sich beeindruckende Rundgänge, Rundumsichten und vor allem Erlebnisse in einer virtuellen, aber dennoch realitätsnahen Welt realisieren!

VR ready ist das Ziel! 3D Modeling für Virtual Reality auf Basis von VR Scans

Um aus einem VR Scan ein Virtual Reality Modell zu erschaffen benötigt es einige Schritte, die wir in einem reibungslosen Workflow zusammengefasst haben. Übrigens ist der Prozess ähnlich dem Prozess ein VFX oder Game Asset zu erstellen, falls Sie diesen bereits kennen. Auch das Erstellen hochauflösender Texturen, das wir auch im Kundenauftrag durchführen, erfährt einen Großteil der folgenden Verfahren.

Wie bereits weiter oben angesprochen sind die „Ur-3D-Modelle“ aus dem ersten Step nach dem VR Scan für Virtual Reality, VFX oder Games aufgrund der Dateigröße und ungeordneten Textur nahezu umbrauchbar, wenn sie eine gewissen Objektgröße überschreiten. Daher unterziehen unsere 3D Artist dem Modell folgende Prozeduren, die wir kurz erklären wollen:

Mesh Cleanup und Aufteilung 

Beim Mesh Cleanup wird das ursprüngliche High Poly Mesh (Drahtgittermodell mit hoher Anzahl dreieckiger Flächen) bereinigt. Bei der Bereinigung werden unerwünschte Geometrie und Vermaschungsfehler aus einem Polygonnetz entfernt z. B. Objekte oder sogenannte lose Geometrien, sprich „Schwebende Objekte“.

Mesh Decimation / Simplification

Bei diesem Schritt wird der Face und Vertex Count, sprich die Anzahl der Polygone und Scheitelpunkte stark reduziert, um das Mesh zu verschlanken. Die Polygonanzahl nimmt ab und die Fläche der einzelnen Polygone werden dadurch größer. Das Vereinfachen bezieht sich vor allem auf den Detailgrad und die Dateigröße, um das Mesh besser bearbeiten zu können.

Retopology / Reprojection

Der Retopology ist ein wichtiger und gleichzeitig sehr aufwendiger Schritt im Prozess, um ein 3D Modell VR ready zu machen. Bei diesem Schritt wird das dezimierte und bis dahin ungeordnete Mesh, bestehend aus Dreiecken, in Vierecke (Quads) umgewandelt. Die einzelnen Polygone aus dem Quad-Mesh werden anschließend manuell sortiert, indem sie an vorhandene Krümmungen, Formen und Kanten des Objekts ausgerichtet werden einen sauberen Mesh Fluss (Edge Flow) zu erhalten. Das Mesh wirkt und verhält sich nach der Anpassung natürlicher und vor allem dynamischer und ist perfekt auf den nächsten Schritt vorbereitet. Im Anschluss wird die Details der ursprünglichen Scan Geometrie auf die Retopo Geometrie reprojiziert um ein hochauflösendes low Poly Mesh und ein sauberes UV Layout zu erhalten.

Texture-Mapping

Textur-Mapping sind verschiedene Verfahren zum Erhalten von feinsten Details, Oberflächenstrukturen und Farbinformationen in der Textur eines 3D Models und das bei geringstmöglicher Dateigröße. Einfach gesagt werden den dreidimensionaler Oberflächen zweidimensionale Pixel (Textur) exakt zugewiesen. Eine Kombination aus verschiedenen Textur-Mapping Methoden ermöglichen es, nahezu fotorealistische Modelle in Echtzeit zu simulieren. Die Anzahl der Polygone und Beleuchtungsinformationen, die eigentlich für eine realistische und funktionellen 3D-Szene benötigt werden, können durch Textur-Mapping stark reduziert werden, ohne die feinen Details der Textur aus dem ursprünglichen Scan zu verlieren. 

Beispiel 3D Modeling für Virtual Reality in verschiedenen LoDs auf Basis eines reinen Photogrammetrie VR Scans unsere VR Drohne

Zusammengefasst wurde das VR Modell der Fassade Vorder- und Rückseite geteilt und dann in einzelne Teile zerlegt und separat bearbeitet.

Vorderseite:

  • Art des VR Scans: Photogrammetrie mit unserer VR Drohne: Erfasst wurden Fassaden Aufnahmen (horizontal) plus Senkrecht- und Schrägluftbilder von oben
  • 3D Modeling Steps: Mesh Cleanup, Mesh Decimation / Simplification, Retopology und Texture-Mapping (neue UVs) für eine hochauflösende Textur

Rückseite:

  • Art des VR Scans: Photogrammetrie unserer VR Drohne. Erfassen von Senkrecht- und Schrägluftbildern von oben
  • 3D Modeling Steps: Mesh Cleanup, Mesh Decimation / Simplification, simple Retopology (um die wichtige Ecken/Kanten zu erhalten), Texture-Mapping (neue UVs) für eine hochauflösende Textur

Bilder VR Modeling der Rückseite als Beispiel für Basic/Economy VR Modeling auf Basis von VR Scans

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