3D Studio MAX 6.0

Министерство образования Республики Таджикистан

Таджикский Технический Университет им. ак. М.С. Осими

кафедра АСОИиУ

Курсовая работа

на тему: «3D Studio MAX 6.0»

Душанбе 2009

Оглавление

Введение

1. Объекты MAX 6.0

2. Элементы интерфейса MAX 6.0

2.1 Главное меню

2.2 Командные панели

3. Отображение трехмерного пространства

3.1 Виды проекций, используемых в MAX 6.0

3.2 Общая характеристика окон проекций

3.3 Типы окон проекций

3.4 Уровни качества отображения объектов

4. Этапы создания анимации

4.1 Предварительная подготовка

4.2 Формирование геометрической модели сцены

4.3 Настройка освещения и съемочных камер

4.4 Назначение и настройка материалов

4.5 Анимация сцены и настройка поведения объектов во времени

4.6 Визуализация сцены и имитация эффектов внешней среды

4.7 Видеомонтаж

4.8 Сохранение результатов

Заключение

Рабочее задание

Аннотация

Эта курсовая работа может вполне послужить ознакомительным руководством по 3D Studio MAX 6.0. В ней будут рассмотрены основные управляющие элементы 3D Studio MAX 6.0, объекты и методы и принципы создания анимации. Программа 3D Studio MAX 6.0 является профессиональным продуктом и поэтому в курсовой работе будет рассмотрен лишь небольшой комплект элементов и функций, необходимый для начинающего дизайнера 3D графики. Рабочее задание курсовой работы также выполняется на 3D Studio MAX 6.0.

Введение

Программа 3D Studio MAX версии 6.0 (в дальнейшем называемая просто МАХ 6.0) является собственностью компании Autodesk и разработана ее отделением - фирмой Discreet, специализирующейся на создании программных средств компьютерной графики и анимации.

Программа МАХ 6.0 относится к семейству программ трехмерной компьютерной графики или, как ее еще называют, ЗD-графики (3 Dimensional - трехмерная) и предназначена для синтеза отдельных изображений, имитирующих сцены из жизни реальных или вымышленных миров с фотографической детальностью и качеством, а также последовательностей кадров таких изображений, воспроизводящих движения объектов и называемых анимациями.

Вот лишь некоторые возможности, обеспечиваемые программой МАХ 6.0 при создании отдельных изображений и анимаций:

- моделирование геометрической формы любых трехмерных объектов - от простейших, наподобие сферы, цилиндра или прямоугольного параллелепипеда, до таких сложных по форме объектов природного происхождения, как тела животных, деревья или поверхность взволнованной воды;

- имитация физических свойств материалов объектов, таких как шероховатость, блеск, прозрачность, свечение и т.п., явлений многократного зеркального отражения и преломления световых лучей, атмосферных явлений, таких как дымка или туман, природных явлений, таких как снег, пламя или дым;

- имитация освещения трехмерной сцены практически для любых условий, от глубокого космоса до яркого солнечного дня, и визуализация моделируемых объектов на реальном фотографическом фоне с тенями, отбрасываемыми на этот фон;

анимация практически всех параметров объектов: их формы, размеров, пространственного положения, цвета и характеристик материалов и т.п.;

- реализация различных способов управления перемещением или изменением свойств объектов в процессе анимации, обеспечивающих возможность достоверной имитации самых разных типов движений;

- создание связанных иерархических цепочек объектов и их анимация по методам прямой или обратной кинематики, когда движение одного объекта вызывает согласованные перемещения остальных объектов цепочки;

- моделирование постепенных превращений одних объектов в другие, отличающиеся по форме и внешнему виду (морфинг);

- моделирование динамических свойств движущихся объектов с учетом их соударений, сил тяжести, ветра или упругости;

- применение различных фильтров к синтезированным изображениям, включая имитацию таких свойств объективов фото- или видеокамер, как глубина резкости или блики линз.

Основными областями использования МАХ 6.0 являются:

- архитектурное проектирование и конструирование интерьеров;

- подготовка рекламных и научно-популярных роликов для телевидения;

и компьютерная мультипликация и съемка игровых фильмов с фантастическими сюжетами;

- разработка компьютерных игр;

- подготовка иллюстраций для книг и журналов;

- художественная компьютерная графика, Web-дизайн;

- досуг и развитие пространственного воображения;

- судебно-медицинская экспертиза.

1. Объекты МАХ 6.0

Термин объект (object) в МАХ 6.0 относится к любым элементам виртуального трехмерного мира, которые могут включаться в состав сцен и к которым могут применяться преобразования и модификаторы. Объекты МАХ 6.0 делятся на категории, разновидности и типы. Всего имеется семь категорий объектов: Geometry (Геометрия), Shapes (Формы), Lights (Источники света), Cameras (Камеры), Helpers (Вспомогательные объекты), Space Warps (Объемные деформации) и Systems (Системы), а также три отдельных типа объектов, не относящихся к данным категориям - Editable Spline (Редактируемый сплайн), Editable Patch (Редактируемый кусок) и Editable Mesh (Редактируемая сетка). За исключением объектов этих трех типов, все остальные объекты МАХ 6.0 являются параметрическими, то есть при создании приобретают определенный набор характеристических параметров, таких как координаты положения объекта, его размеры по длине, ширине и высоте, число сегментов или сторон и т.п. Эти параметры в дальнейшем можно легко изменять, поэтому в процессе создания объектов необязательно стремиться к обеспечению высокой точности.

Ниже приводится классификация основных объектов МАХ 6.0. Число типов используемых объектов может увеличиваться за счет применения дополнительных модулей.

Объекты категории Geometry

В данную категорию входят объекты, предназначенные для построения геометрической модели трехмерной сцены и подразделяемые на следующие разновидности:

- Standard Primitives (Стандартные примитивы) - это трехмерные тела правильной геометрической формы, такие как параллелепипед, сфера или тор. В число стандартных примитивов исторически входит также объект, представляющий собой чайник с носиком, ручкой и крышкой (рис. 1);

- Extended Primitives (Улучшенные примитивы) - это также трехмерные тела, но обладающие несколько более сложной формой и характеризуемые большим числом параметров, чем стандартные примитивы. К их числу относятся такие объекты, как параллелепипед, цилиндр с фаской, многогранник и тороидальный узел;

Рис. 1. Стандартные примитивы

Compound Objects (Составные объекты) - это трехмерные тела, составленные из нескольких простых объектов, как правило, объектов-примитивов (рис. 2). В данную разновидность входят также объекты типа Loft (Лофтинговые) - трехмерные тела, которые строятся методом лофтинга, то есть путем формирования оболочки по опорным сечениям, расставляемым вдоль заданной траектории (рис. 3);

Рис. 2. Составные объекты

- Particle Systems (Системы частиц) - это источники множества мелких двумерных или трехмерных частиц, призванных имитировать такие природные объекты, как пыль, дым, снег, брызги воды, воздушные пузырьки или искры огня;

- Patch Grids (Сетки кусков) - это поверхности, состоящие из кусков Безье и создаваемые изначально как фрагменты плоскости прямоугольной формы. В дальнейшем форма и кривизна таких поверхностей может регулироваться за счет манипулирования управляющими точками. С помощью сеток кусков Безье удобно моделировать поверхности с плавно меняющейся кривизной;

Рис. 3. Объекты, построенные методом лофтинга

Рис. 4. Динамические объекты

- NURBS Surfaces (NURBS-поверхчости) - это поверхности, форма которых описывается неоднородными рациональными В-сплайнами (Non-Uniform Rational B-Splines - NURBS). В зависимости от типа NURBS-поверхностей они или проходят через все точки, заданные в пространстве сцены, или плавно огибают их. Такие поверхности наилучшим образом подходят для моделирования объектов сложной формы, свойственных живой и неживой природе;

- Dynamics Objects (Динамические объекты) - это специфическая разновидность стандартных объектов, позволяющая с легкостью моделировать два типа механических устройств: пружины и амортизаторы (рис. 4). Эти объекты не просто похожи на свои реальные прототипы по виду, при анимации они физически правдоподобно реагируют на действующие на них воображаемые силы;

- Doors (Двери) и Windows (Окна) - разновидности стандартных объектов, позволяющие с легкостью моделировать такие довольно сложные архитектурные элементы, как двери и окна различных типов, которые к тому же могут открываться и закрываться в процессе анимации.

Объекты категории Shapes

К данной категории относятся различные типы линяй, образующих разомкнутые или замкнутые двумерные фигуры. Некоторые типы линий (например, спираль) могут размещаться не на плоскости, а в трехмерном пространстве. Формы используются в качестве заготовок, которые могут различными способами преобразовываться в трехмерные тела, и подразделяются на следующие разновидности:

- Splines (Сплайны) - это стандартные двумерные геометрические фигуры, такие как прямоугольник, эллипс или звезда, а также линии произвольной кривизны и контуры текстовых символов

- NURBS Curves (NURBS-кривые) - это разновидность линий, позволяющих строить плавные, не имеющие изломов кривые. NURBS-кривые или проходят через точки, обозначенные в пространстве сцены, или плавно огибают их.

Объекты категорий Lights и Cameras

В данные категории входят объекты, предназначенные для имитации различных источников освещения сцены и для наблюдения сцены через объективы воображаемых съемочных камер. На показано, как выглядят подобные объекты на экране МАХ 6.0.

Источники света и камеры могут быть нацеленными и свободными. Нацеленные источники света и камеры характеризуются наличием мишени (target) - точечного объекта, на который нацелена ось пучка световых лучей или линия визирования камеры. Свободные источники света и камеры не имеют мишеней.

Объекты категории Helpers

В данную категорию входят объекты, которые не включаются в итоговое изображение сцены и предназначены для упрощения ее моделирования или анимации. Вспомогательные объекты делятся на следующие разновидности:

и Standard (Стандартные) - это объекты, используемые как вспомогательные при разработке и анимации геометрических моделей;

- Atmospheric Apparatus (Атмосферная оснастка) - объекты, предназначенные для локализации областей проявления эффектов окружающей среды;

- CameraMatch (Горизонт камеры) - это набор объектов, облегчающих согласование линии горизонта воображаемой съемочной камеры с линией горизонта фона сцены при визуализации моделей на фоне фотографии или кадров видеоклипа;

- VRML 1.0/VRBL и VRML97 - объекты, используемые при моделировании трехмерных сцен, предназначенных для экспорта в форматах языков описания виртуальной реальности.

Объекты категории Space Warps

В данную категорию входят объекты, предназначенные для имитации действия различных сил на геометрические модели или частицы, попадающие под влияние «силового поля». Это позволяет имитировать действие сил тяжести или ветра на системы частиц или, скажем, деформировать поверхность плоского объекта, изображающего воду, для моделирования ветровых волн или кругов от брошенного камня. Источники объемных деформаций изображаются в окнах проекций в виде условных значков, но не включаются в итоговое изображение сцены. В МАХ 6.0 имеется пять разновидностей объемных деформаций:

- Geometric/Deformable (Деформируемая геометрия) и Modifier-Based (На базе модификаторов) - различным образом деформируют геометрические модели объектов:

- Particles & Dynamics (Частицы и динамика) и Particles Only (Только частицы) - оказывают силовые воздействия на отдельные частицы в системах частиц, а также используются для имитации действия на объекты сил тяжести или ветра;

- Dynamics Interface (Динамическое окружение) - служат для оказания воздействий на динамические системы (так называются в МАХ 6.0 наборы объектов, для которых программ:) может, например, достоверно воспроизводить результаты столкновений с учетом сил упругости).

Объекты категории Systems

Каждый тип систем представляет собой совокупность связанных между собой объектов, снабженных набором параметров, обеспечивающих анимацию системы. Данная категория изначально предназначена для включения в нее объектов, создаваемых дополнительными программными модулями. В комплект поставки МАХ 6.0 входят три типа систем:

- Bones (Кости) - позволяет создавать иерархически связанные цепочки рычагов, напоминающих кости скелета и используемых при анимации моделей живых существ или механических устройств. Эти объекты не могут визуализироваться и видны только в окнах проекций;



Рис. 6. «Хоровод» из 20 объектов

- Ring Array (Хоровод) - позволяет создавать набор из заданного числа объектов, упорядочение расположенных по окружности указанного радиуса, и выполнять анимацию движений этих объектов (рис. 6);

- Sunlight (Солнечный свет) - позволяет создать источник параллельных световых лучей, имитирующий солнечное освещение, а также воспроизводящий движение солнца с учетом географического положения, времени года и суток моделируемой сцены.

Объекты типа Editable Spline

К объектам типа Editable Spline (Редактируемый сплайн) относятся сплайновые кривые, не имеющие характеристических параметров, допускающих модификацию. В редактируемые сплайны могут быть преобразованы параметрические сплайновые формы, такие как Circle (Окружность), Ellips (Эллипс) или Rectangle (Прямоугольник). После такого преобразования параметрические объекты утрачивают свои характеристические параметры и могут модифицироваться только как сплайновые кривые на уровне вершин или сегментов. Кроме того, тип Editable Spline (Редактируемый сплайн) автоматически приобретают импортируемые сплайновые объекты, такие как формы DOS-версии программы 3D Studio, сохраняемые в файлах типа shp.

Объекты типа Editable Mesh

К объектам типа Editable Mesh (Редактируемая сетка) относятся геометрические модели трехмерных тел, представленных оболочками в виде сеток с треугольными или четырехугольными ячейками и не имеющих характеристических параметров, допускающих модификацию. Модификация формы таких объектов возможна только путем редактирования самой сетки на уровне вершин, ребер или граней. Любой параметрический трехмерный объект МАХ 6.0 из категории Geometry (Геометрия), кроме объектов разновидности Particle Systems (Системы частиц), может быть преобразован в объект типа Editable Mesh, (Редактируемая сетка). При этом такой объект перестает быть параметрическим и в дальнейшем должен модифицироваться как сетка. Кроме того, при импорте любых геометрических моделей трехмерных объектов, имеющих формат, отличный от формата МАХ 6.0, эти модели также преобразуются к типу Editable Mesh (Редактируемая сетка).

Объекты типа Editable Patch

Объекты типа Editable Patch (Редактируемый кусок) могут создаваться на базе любых параметрических объектов категории Geometry (Геометрия), кроме объектов разновидностей Particle Systems (Системы частиц) и NURBS Surfaces (NURBS-поверхности). Кроме того, к типу Editable Patch (Редактируемый кусок) можно преобразовать объекты типа Editable Mesh (Редактируемая сетка). После преобразования в редактируемый кусок Безье любого параметрического объекта, например одного из стандартных или улучшенных примитивов, этот объект перестает быть параметрическим и должен модифицироваться как совокупность кусков Безье на уровнях соответствующих подобъектов - вершин, ребер или отдельных кусков.

2. Элементы интерфейса МАХ 6.0

2.1 Главное меню

В главном меню используются стандартные для операционной системы Windows группы команд и способы их выбора. Ниже приводится краткое описание назначения каждого из пунктов меню, а использование команд меню рассматривается по мере необходимости в последующих главах энциклопедии.

Меню File

Команды меню File (Файл) позволяют открывать, сохранять, импортировать и экспортировать файлы трехмерных сцен, а также просматривать файлы изображений и анимаций различных форматов. Кроме того, данное меню дает доступ к командам предварительной настройки и конфигурирования МАХ 6.0.

В нижней части меню помещается список имен последних открывавшихся файлов, число которых задается в счетчике Recent Files in File Menu (Число имен файлов в меню) на вкладке Files (Файлы) окна диалога Preference Settings (Настройка параметров), вызываемого по команде Customize > Preferences (Настройка > Параметры), и по умолчанию равно 9.

Меню Edit

Меню Edit (Правка) обеспечивает доступ к командам отмены и повторения операций, выделения, копирования, удаления и настройки свойств объектов, а также регистрации и восстановления текущего состояния сцен.

Помимо названных меню Edit (Правка) содержит следующие команды:

- Undo (Отменить) - отменяет действие последней выполненной команды или операции, наименование которой отображается в меню. С той же целью можно щелкнуть на кнопке Undo (Отменить) панели инструментов или нажать комбинацию клавиш Ctrl+Z. По умолчанию запоминается 20 последних команд, но объем списка может быть увеличен с помощью счетчика Undo Levels (Уровней отмены) на вкладке General (Общие) окна диалога Preference Settings (Настройка параметров), вызываемого по команде меню Customize > Preferences (Настройка > Параметры);

- Redo (Повторить) - отменяет действие последней команды Undo (Отменить), то есть повторяет последнюю отмененную команду. Для той же цели служит кнопка Redo (Повторить) панели инструментов;

- Delete (Удалить) - удаляет выделенный объект или набор выделенных объектов текущей сцены. Для удаления можно также просто нажать клавишу Del.

Меню Tools

Меню Tools (Сервис) позволяет применять к объектам различные преобразования, а также обеспечивает вызов плавающих командных палитр и окон диалога Material Editor (Редактор материалов) и Material/Map Browser (Просмотр материалов / карт текстур).

Меню Group

Меню Group (Группа) позволяет создавать, редактировать и разрушать именованные группы объектов.

Меню Views

Меню Views (Проекции) позволяет управлять всеми аспектами отображения объектов в МАХ 6.0, включая показ, активизацию и выравнивание вспомогательных координатных сеток, а также обеспечивает отмену и повторение команд управления отображением сцены в окнах проекций.

Меню Rendering

Меню Rendering (Визуализация) предоставляет доступ к командам визуализации сцен, создания и просмотра эскизов анимаций, позволяет вызывать диалоговое окно Video Post (Видеомонтаж) и выполнять настройку параметров имитации эффектов окружающей среды.

Меню Track View и Schematic View

Меню Track View (Просмотр треков) содержит команды манипулирования окнами диалога Track View (Просмотр треков), а аналогичное по составу меню Schematic View (Просмотр структуры) - команды манипулирования окнами диалога Schematic View (Просмотр структуры).

Меню Customize

Меню Customize (Настройка) содержит команды настройки, сохранения и загрузки описаний интерфейса МАХ 6.0, настройки базовых параметров программы, единиц измерения, координатной сетки и привязок, а также команды конфигурирования путей к папкам с файлами и окон проекций.

Меню MAXScript

Меню MAXScript содержит команды, предназначенные для создания, отладки и исполнения макросов - программ, составляемых на встроенном в МАХ 6.0 языке MAXScript и предназначенных для автоматизации операций конструирования и анимации трехмерных сцен, а также для формирования элементов интерфейса МАХ 6.0.

Меню Help

Меню Help (Справка) предоставляет доступ к справочной системе МАХ, обеспечивает возможность обновления справочной информации по сети Интернет, а также содержит информацию о текущей версии программы.

2.2 Командные панели

МАХ 6.0 имеет шесть командных панелей, снабженных корешками: Create (Создать), Modify (Изменить), Hierarchy (Иерархия), Motion (Движение), «Display (Дисплей) и Utilities (Сервис). Для выбора нужной командной панели следует щелкнуть на соответствующем корешке.

Свитки командных панелей

Основную часть каждой командной панели занимает область свитков. Свиток (rollout) - это участок командной панели, содержащий группу связанных параметров и имеющий заголовок в виде кнопки шириной во всю ширину свитка.

Свитки применяются не только в составе командных панелей, но и в ряде окон диалога, таких как Material Editor (Редактор материалов), Render Scene (Визуализация сцены) или Environment (Внешняя среда). Свиток может быть развернут или свернут до размеров кнопки-заголовка последовательными щелчками на этой кнопке. Кнопка заголовка свернутого свитка помечается в левой части знаком «+».

Вертикальная прокрутка свитков

Иногда развернутые свитки не умещаются в пределах экрана и уходят за нижний край командной панели или окна диалога. Особенно часто это происходит при разрешении экрана менее 1280х768 пикселей. В этом случае можно прокрутить область свитков вверх или вниз. Когда свитки не помещаются в пределах командной панели или окна диалога целиком, вдоль правого края командной панели (окна диалога) изображается узкая вертикальная полоска-индикатор. Серая часть индикатора соответствует относительному размеру видимой части области свитков, а черная - той, что скрыта. Для прокрутки области свитков выполните следующее:

1. Установите курсор в пределах свитка, но вне элементов управления. Курсор примет форму руки.

2. Нажав и удерживая кнопку мыши, перетаскивайте область свитков вверх или вниз.

Если во время прокрутки свитка удерживать клавишу Ctrl, то скорость прокрутки заметно увеличивается.

Контекстное меню свитков

Если установить курсор в пределах свитка, но вне элементов управления и щелкнуть правой кнопкой мыши, появится контекстное меню свитков командной панели.

Это меню содержит следующие команды:

- Close Rollout (Закрыть свиток) - закрывает свиток, на котором был выполнен щелчок правой кнопкой мыши;

- Close All (Закрыть все) - закрывает все свитки командной панели;

- Open All (Открыть все) - открывает все свитки командной панели.

В нижней части меню содержатся имена свитков данной панели. Выбор имени свитка ведет к развертыванию и свертыванию этого свитка (имена открытых свитков помечаются галочками).

3. Отображение трехмерного пространства

Объекты, создаваемые в МАХ 6.0, живут и действуют в воображаемом, или виртуальном, трехмерном пространстве, существующем в памяти компьютера. Чтобы получить возможность видеть эти объекты на экране компьютерного дисплея, нужны специальные программные средства. Такими средствами в программе МАХ 6.0 являются окна проекций (viewports).

Общие сведения об окнах проекций

Трехмерные объекты не могут быть отображены на двумерном экране дисплея иначе как в виде проекций на плоскость. Чтобы эффективно пользоваться окнами проекций, необходимо представлять себе типы проекций, используемых в МАХ 6.0, их особенности и различия.

3.1 Виды проекций, используемых в МАХ 6.0

В МАХ 6.0 используются два вида проекций: параллельные (аксонометрические) и центральные (перспективные). При построении аксонометрической проекции трехмерного объекта его отдельные точки сносятся на плоскость проекции параллельным пучком лучей (рис. 7, а), а при построении центральной проекции - пучком лучей, исходящих из одной точки, соответствующей положению глаза наблюдателя (рис. 7, б).

Рис. 7 Аксонометрическая проекция строится с помощью параллельных лучей (а), а центральная - с помощью лучей, исходящих из одной точки (б)

Плоскость аксонометрической проекции располагается перпендикулярно всей совокупности проекционных лучей, а плоскость центральной проекции - перпендикулярно только одному, центральному лучу, соответствующему линии визирования сцены. При аксонометрической проекции не происходит искажения горизонтальных и вертикальных размеров, но искажаются размеры, характеризующие «глубину» объекта. При центральной проекции оказываются искаженными все размеры объекта. Примером перспективной проекции может служить любая фотография, сделанная обычным фотоаппаратом.

Частным случаем аксонометрических проекций являются проекции ортографические, при построении которых плоскость проекции выравнивается параллельно одной из координатных плоскостей трехмерного пространства, в котором размещена сцена. К ортографическим проекциям относятся знакомые вам по школьному курсу черчения «вид сверху», «вид слева» и т.п.

Перспективная проекция окружающего мира привычна и естественна для наших глаз, так как в жизни мы все предметы видим в перспективе. При такой проекции чем дальше объект расположен от глаз наблюдателя, тем меньше он кажется по размерам. При параллельной проекции размеры объектов на изображении не зависят от их удаления от глаз наблюдателя. Это непривычно, но очень удобно: можно точно сопоставлять размеры объектов, на каких бы расстояниях они ни находились.

3.2 Общая характеристика окон проекций

Каждое окно проекции имеет рамку и имя, располагающееся в левом верхнем углу окна. Одновременно на экране МАХ 6.0 может присутствовать не более четырех окон проекций, расположение и размеры которых выбираются пользователем из числа заранее заготовленных вариантов. По умолчанию на экране МАХ 6.0 располагаются три окна ортографических проекций - Тор (Вид сверху), Front (Вид спереди) и Left (Вид слева), а также окно центральной проекции Perspective (Перспектива).

Из всех присутствующих на экране окон проекций только одно является активным, то есть находится в готовности к применению команд и инструментов МАХ 6.0. Рамка активного окна изображается белым цветом. Неактивные окна служат только для наблюдения за сценой. Для активизации окна проекции выполните одно из следующих действий:

- чтобы сделать окно активным, не заботясь о сохранении текущего выделения объектов сцены, щелкните левой кнопкой мыши в пределах окна на любой точке, кроме его имени;

- чтобы сделать окно активным, сохранив текущее выделение объектов, щелкните правой кнопкой мыши на любой точке окна, или щелкните левой кнопкой мыши на имени окна, когда курсор приобретет вид, соответствующий режиму активизации окна.

3.3 Типы окон проекций

Все объекты сцены МАХ 6.0 размещаются в глобальной (World) системе координат. Условно можно считать, что ось Z этой системы направлена вертикально вверх, ось Х - вправо, а ось Y - в направлении от наблюдателя. Окна ортографических проекций МАХ 6.0 - Top (Вид сверху), Front (Вид спереди), Left (Вид слева) и т.п. - названы так именно по отношению к глобальной системе координат. Взгляд на сцену «спереди» означает наблюдение вдоль оси Y в ее положительном направлении. В соответствии с этим, например, на проекции «вид спереди» ось Х глобальной системы координат будет направлена вправо, ось Z - вверх по экрану, а ось Y - от наблюдателя, перпендикулярно экрану, как показано на рис. 8. На проекции «вид сверху» оси глобальных координат будут располагаться так: ось Х направлена вправо, Y - вверх по экрану, Z - на наблюдателя, перпендикулярно экрану. Плоскостями, на которых изображаются проекции объектов сцены, по умолчанию являются три плоскости, проходящие через оси глобальной системы координат. Для проекций «вид спереди» и «вид сзади» это будет плоскость ZX, проекций «вид сверху» и «вид снизу» - плоскость XY, а для проекций «вид слева» и «вид справа» - плоскость ZY.

Рис. 8. Положения осей глобальной системы координат виртуального трехмерного мира определяют понятия «сверху», «спереди», «слева» и т.п.

Координатная сетка, которая видна в окнах проекций после запуска МАХ 6.0, - это сетка соответствующей плоскости глобальной системы координат, Координатные плоскости глобальной системы координат носят название исходных координатных сеток (home grids). МАХ 6.0 позволяет создавать вспомогательные объекты-сетки (Grid objects), которые могут располагаться под любым углом к плоскостям глобальной координатной системы. При этом имеется возможность построения ортографических проекций объектов сцены на плоскости, параллельные координатным плоскостям объектов-сеток. 1

В МАХ 6.0 поддерживаются следующие типы окон проекций:

- Тор (Вид сверху), Front (Вид спереди), Left (Вид слева), Back (Вид сзади), Right (Вид справа) и Bottom (Вид снизу) - шесть окон ортографических проекций объектов на плоскости, параллельные соответствующим плоскостям глобальной системы координат;

- Perspective (Перспектива) - окно центральной проекции, характеризующей вид сцены из точки, положение которой может изменяться пользователем;

- окно центральной проекции сцены на плоскость, перпендикулярную линии визирования съемочной камеры. Такие окна позволяют увидеть сцену из точки расположения каждой камеры и имеют имена, соответствующие именам камер, то есть по умолчанию Cameraft (Камерай), где # - порядковый номер камеры (01, 02 и т.д.);

- окно центральной проекции сцены на плоскость, перпендикулярную оси пучка лучей источника света. Такие окна позволяют увидеть сцену из точки расположения каждого направленного источника света или прожектора и имеют имена, соответствующие именам источников света, то есть по умолчанию Spot# (Прожектор#) или Direct# (Направленный#), где # - порядковый номер источника света (01, 02 и т.д.);

- User (Специальный вид) - окно аксонометрической проекции на плоскость, не параллельную координатной плоскости, демонстрирующее вид сцены под углом, который может изменяться пользователем;

- Grid (Top) (Сетка (Вид сверху)), Grid (Front) (Сетка (Вид спереди)), Grid (Left) (Сетка (Вид слева)), Grid (Back) (Сетка (Вид сзади)), Grid (Right) (Сетка (Вид справа)), Grid (Bottom) (Сетка (Вид снизу)) и Grid (Display Planes) (Сетка (Показ плоскостей)) - шесть окон ортографических проекций объектов на плоскости, параллельные соответствующим плоскостям системы координат объекта-сетки, и окно, отображающее конструкционную плоскость объекта-сетки, выбранную в разделе Display (Показывать) свитка параметров вспомогательного объекта-сетки;

- Shape (Форма) - окно ортографической проекции на плоскость, параллельную плоскости XY локальной системы координат выделенного двумерного объекта-формы, то есть плоскости, в которой располагается эта форма.

Каждое из окон проекций может иметь любой из поддерживаемых в МАХ 6.0 типов. Кроме того, в любом окне проекции может размещаться окно диалога Track View (Просмотр треков) или Schematic View (Просмотр структуры), что бывает удобно при отладке анимации сцены, а также окно Asset Manager (Диспетчер ресурсов) или MAXScript Listener (Редактор MAXScript).

Выполнение каких-либо действий в окне Track View (Просмотр треков), размещенном в одном из окон проекций, не ведет к переключению активного окна проекции. При размещении в окне проекции окон Track View (Просмотр треков), Schematic View (Просмотр структуры) или MAXScript Listener (Редактор MAXScript) имя окна отсутствует, и для вызова меню окна проекции необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши, установив курсор на любой участок панели инструментов (строки меню) окна диалога, размещенного в окне проекции, вне кнопок панели (команд меню).

При размещении в окне проекции окна диалога Asset Manager (Диспетчер ресурсов) меню окна проекции не вызывается, и для переключения типа окна следует использовать вкладку Layout (Компоновка) окна диалога Viewport Configuration (Конфигурация окон проекций).

3.4 Уровни качества отображения объектов

Возможность отображать объекты с различными уровнями качества предусмотрена в МАХ 6.0 с целью обеспечения оптимального быстродействия при перерисовке изображения в окнах проекций на этапах разработки модели сцены и отладки анимации. МАХ 6.0 обеспечивает семь основных уровней качества отображения объектов в окнах проекций:

- Bounding Box (Габаритный контейнер) - объекты изображаются в виде описанных вокруг них параллелепипедов со сторонами, параллельными плоскостям глобальной системы координат.

- Wireframe (Каркас) - объекты изображаются в виде «проволочных каркасов», образованных видимыми ребрами между соседними гранями, не лежащими в одной плоскости.

- Lit Wireframes (Освещенные каркасы) - объекты изображаются в виде каркасов, тонированных в соответствии с направлением лучей источников света.

- Facets (Грани) - объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней.

- Facets + Highlights (Грани + блики) - объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней с добавлением бликов.

- Smooth (Сглаживание) - объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями.

- Smooth + Highlights (Сглаживание + блики) - объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями и с добавлением бликов. В любом из вариантов тонированного отображения объектов - Facets (Грани), Facets + Highlights (Грани + блики), Smooth (Сглаживание) или Smooth + Highlights (Сглаживание + блики) - может быть дополнительно включен режим Edged Faces (Контуры граней), чтобы одновременно с тонированными оболочками демонстрировались каркасы объектов.

При выборе вариантов Smooth (Сглаживание) и Smooth + Highlights (Сглаживание + блики) в окнах проекций могут демонстрироваться текстуры материалов, назначенных объектам, если применительно к данным материалам в Редакторе материалов будет включен режим Show Map in Viewport (Показать текстуру в окне проекции).

4. Этапы создания анимации

В отличие от программных средств двумерной компьютерной графики, представляющих собой совокупность инструментов и приемов для рисования изображений с помощью компьютера, программы SD-графики предназначены для имитации фотографирования или видеосъемки трехмерных образов объектов, которые должны быть предварительно подготовлены в памяти компьютера. Совокупность таких образов носит название трехмерной сцены.

При использовании средств трехмерной графики синтез изображения сцены выполняется по алгоритму, или сценарию, включающему в общем случае следующие этапы:

- предварительная подготовка;

- формирование геометрической модели сцены, включающее промежуточные этапы создания базовых элементов моделей объектов, их преобразования и модификации;

- настройка освещения и съемочных камер;

- подготовка и назначение материалов;

- анимация сцены и настройка поведения объектов во времени;

- визуализация отдельных статичных изображений или серии кадров, составляющих анимационную последовательность, и имитация эффектов внешней среды.

Из перечисленных этапов только последний посвящен собственно формированию изображения, а все остальные являются подготовительными: ведь чтобы выполнить «фотографирование» сцены, ее нужно сначала создать. Это похоже на подготовку макета или строительство декораций, с тем отличием, что и макет и декорации создаются не в натуре, а только в памяти компьютера.

Ниже описывается типовой порядок действий при создании анимации. Данный перечень стандартных шагов призван служить не шаблоном на все случаи жизни (при создании каждой конкретной анимации набор действий и их порядок могут меняться), а, скорее, путеводителем по остальным главам энциклопедии.

4.1 Предварительная подготовка

На этом этапе продумывается состав сцены. Следует предусмотреть все объекты и их детали, которые будут видны с предполагаемых направлений наблюдения.

При этом полезно бывает нарисовать один или несколько эскизов будущей сцены, подобных показанным на рис. 9.

Собственно работа над анимацией начинается с создания новой сцены, открытия файла ранее сохраненной сцены или импорта файла сцены одного из форматов, не являющихся описаниями сцен МАХ 6.0. Можно начать с присоединения к текущей сцене объектов из файла ранее сохранённой сцены или замены части объектов текущей сцены объектами из файла ранее сохраненной сцены, имеющими аналогичные имена. В МАХ 6.0 реализована новая возможность включения в текущую разрабатываемую сцену внешних ссылок (eXternal References - XRefs) на существующие сцены или объекты из таких сцен, которые хранятся в отдельных файлах.

При необходимости следует выполнить настройку единиц измерения и режимов привязки, призванных обеспечить требуемую точность разработки моделей.

4.2 Формирование геометрической модели сиены

Работа над геометрической моделью сцены производится в два этапа: сначала создаются базовые элементы моделей объектов, а затем эти базовые элементы преобразуются и модифицируются.

Создание базовых элементов моделей объектов

При создании базовых элементов геометрических моделей объектов сцены используйте следующие приемы:

- если трехмерный объект может быть представлен в виде совокупности простых геометрических тел, что характерно для технических конструкций, машин, механизмов, зданий, сооружений и т.п., целесообразно начать с создания объектов-примитивов, которые затем можно будет произвольным образом объединять друг с другом, создавая составные объекты;

- если трехмерный объект является телом вращения, напоминает деталь, создаваемую методом штамповки, или его форма может быть охарактеризована набором поперечных сечений, то нарисуйте сечения объекта и используйте методы построения трехмерных тел на основе сечений: вращение, выдавливание, скос по профилю или лофтинг;

- если трехмерное тело имеет сложную форму, свойственную природным объектам, то начинайте с создания сеток кусков Безье или NURBS-поверхностей, которые затем можно модифицировать, придав им форму требуемого объекта. Можно выполнить преобразование объектов простой формы в редактируемые сетки кусков Безье или тела типа NURBS с целью последующей модификации их формы.

При необходимости включите в состав сцены и должным образом разместите и сориентируйте источники частиц и другие сложные стандартные объекты, такие, скажем, как окна и двери, а также источники объемных деформаций (space warps), которые свяжите с объектами воздействия. Объемные деформации предназначены для того, чтобы заставить объекты от кадра к кадру изменять свою форму или имитировать действие на объекты различных внешних сил, таких как сила тяжести или ветра. Использование объемных деформаций позволяет моделировать средствами ЗD-графики даже такие сложные динамичные объекты, как поверхность взволнованной воды, потоки раскаленной лавы или вихри снежной метели.

Во время работы над геометрической моделью сцены используйте при необходимости средства увеличения и прокрутки изображения, скрытия и показа объектов, а также методы и средства повышения точности моделирования.

Преобразование и модификация моделей объектов

Выполняйте необходимые преобразования базовых элементов моделей объектов, используя для перемещения, поворота или масштабирования, а также для построения зеркальных отражений и упорядоченных массивов объектов инструменты и приемы преобразований.

Для придания нужной формы объектам, созданным методом лофтинга, примените к ним различные варианты деформаций.

Используйте возможности стека модификаторов, позволяющего вернуться к изменению параметров или отменить действие любого из модификаторов, примененных к объекту на любом из этапов его редактирования.

Для редактирования формы параметрических объектов, а также для объединения отдельных фрагментов сеток кусков Безье или NURBS-поверхностей примените инструменты модификации, как на уровне объектов в целом, так и на уровне подобъектов. Используйте также новую технику моделирования, напоминающую приемы лепки: создайте вручную сетку из сплайнов произвольной кривизны и преобразуйте ее в поверхность из кусков Безье с помощью модификатора Surface (Поверхность).

В итоге вы получите геометрическую модель трехмерной сцены.

4.3 Настройка освещения и съемочных камер

Чтобы воспроизвести условия освещения сцены, отвечающие замыслу композиции, и подобрать выигрышные ракурсы наблюдения объектов, разместите в составе сцены воображаемые источники света и камеры.

Создание и настройка источников света

Для изменения общего уровня освещенности сцены настройте параметры подсветки (Ambient light), относящейся к разряду эффектов окружающей среды. Для регулирования уровня освещенности отдельных фрагментов сцены разместите в ее составе один или несколько всенаправленных осветителей, подобных лампочке без абажура или солнцу в условиях открытого космоса. Для имитации освещения сцены лучами солнца добавьте в состав сцены источник направленного света и придайте ему нужную ориентацию. Для имитации географически точного освещения архитектурной сцены лучами солнца создайте объект типа Sunlight (Солнечный свет).

Для дополнительного освещения отдельных объектов или участков сцены, имитации специальных бликов и создания эффектов цветных световых пучков включите в состав сцены осветители-прожекторы с расходящимся конусом лучей.

Включите свойство отбрасывать тени для тех осветителей, которые должны обеспечить формирование теней от объектов, настройте параметры теней.

При необходимости исключите некоторые объекты сцены из числа освещаемых теми или иными источниками света.

Правильный подбор источников света позволяет выполнять имитацию фотографирования сцены в любых условиях освещенности.

Размещение и настройка съемочных камер

Включите в состав сцены требуемое число моделей съемочных камер. При этом, чтобы удерживать в поле зрения движущиеся объекты или не терять неподвижные объекты из виду при имитации съемки движущейся камерой, включите в сцену HoufiJiewbie камеры, а для имитации съемки, при которой взгляд переходит с предмета на предмет, используйте свободные камеры.

Модели съемочных камер дают возможность осматривать и выполнять съемку трехмерной сцены под любым углом зрения.

4.4 Назначение и настройка материалов

Для достижения визуальной достоверности и повышения реализма синтезируемого изображения примените материалы к геометрическим моделям объектов сцены. Для этого выберите готовые материалы из библиотек, поставляемых в составе МАХ 6.0 и распространяемых на компакт-дисках, и примените их к объектам сцены или используйте в качестве заготовок для создания собственных материалов.

Последовательно переходя от объекта к объекту, настройте компоненты цвета материалов, а также такие их характеристики, как глянцевитость, сила блеска, прозрачность, самосвечение и т.п. Для имитации зеркального отражения окружающих предметов на поверхности объекта, нанесения материалов с разными свойствами на различные участки поверхности одного и того же объекта, имитации теней, отбрасываемых моделируемыми объектами на фотографический фон сцены, воспроизведения явлений преломления световых лучей в прозрачных средах и многих других оптических характеристик реальных предметов используйте усовершенствованные материалы.

При необходимости имитации текстур объектов реального мира, таких как рисунок кирпичной кладки, характерные узоры деревянной панели, пятна ржавчины на поверхности старого металла или разноцветные прожилки полированного мрамора, примените в составе материалов карты, текстур, более тридцати разновидностей которых имеется в МАХ 6.0

4.5 Анимация сиены и настройка повеления объектов во времени

Если вы создавали модель трехмерной сцены только для формирования ее изображения при нужном освещении и с заданного ракурса, то переходите сразу к следующему шагу - визуализации сцены. Если же цель состояла в моделировании поведения объектов сцены во времени, то произведите анимацию сцены и настройте параметры движений объектов.

Анимация (animation - оживление) сцены в 3D Studio МАХ 6.0 состоит в автоматизации процесса формирования последовательности кадров, представляющих отдельные промежуточные стадии движения того или иного объекта сцены или изменения его свойств, таких как форма, цвет, прозрачность и т.п., - анимацию допускают почти все параметры МАХ 6.0. При этом от пользователя программы требуется всего лишь установить начальное и конечное положения объекта в пространстве сцены или определить начальное и конечное значения свойств этого объекта и указать, каким номерам кадров будущей анимации эти положения (значения свойств) соответствуют. Все промежуточные положения и значения свойств программа рассчитывает автоматически. При синтезе каждого отдельного кадра анимационной последовательности программа выполняет все те же трудоемкие процессы расчета и визуализации изображений с учетом взаимных затенении, изменений освещенности, отражений и переотражений света и т.п., как и при создании отдельного фиксированного изображения.

Приступая к созданию анимации, настройте ее временные параметры (число кадров во временном сегменте, частоту повторения кадров, масштаб времени и т.п.) и создайте в опорных кадрах ключи (keys) нужных параметров объектов, используя инструменты интерактивного управления анимацией. При необходимости вставьте в создаваемую анимацию готовые треки (tracks) анимации из ранее созданного файла. Выполните воспроизведение и предварительный просмотр анимации с целью контроля качества движений. При необходимости произведите редактирование параметров ключей анимации, используя окно диалога Track View (Просмотр треков). Используя контроллеры анимации (animation controllers), укажите, должен ли «оживляемый» объект в интервалах времени между заданными положениями двигаться равномерно, рывками, с ускорением в начале или в конце и т.п.

Если выполняется анимация персонажей или механических устройств, перемещение или поворот отдельных элементов которых должен вызывать согласованные движения других частей, используйте возможности МАХ 6.0 по анимации связанных объектов методами прямой и обратной кинематики. При необходимости моделирования эффектов соударений объектов или их движения с учетом внешних сил тяжести или ветра задайте и настройте динамические параметры анимации. Для воспроизведения эффектов постепенного превращения одних объектов в другие используйте возможности анимации с элементами морфинга.

4.6 Визуализация сиены и имитация эффектов внешней среды

Выполните визуализацию отдельного кадра изображения сцены или последовательности кадров, составляющих анимацию. При этом укажите, должен ли визуализироваться только текущий кадр, определите номера визуализируемых кадров или задайте границы диапазона номеров кадров, которые предстоит визуализировать.

Задайте высоту и ширину выходного изображения в пикселях или выберите один из стандартных размеров кадра изображения, настройте режимы визуализации и укажите, куда следует направлять результат визуализации: на экран, в файл или на устройство цифровой регистрации изображений.

При необходимости визуализации большого числа кадров используйте возможности распараллеливания данного процесса с помощью сети компьютеров под управлением операционной системы Windows NT.

Для воссоздания требуемой атмосферы сцены, придания ей большего реализма и достоверности примените эффекты окружающей среды, которые становятся видны на изображении сцены только после ее визуализации.

Используйте эффекты окружающей среды для имитации воздушной дымки, тумана, распространения пучков света сквозь туман или дым, а также языков пламени. Настройте цвет фона сцены или примените в качестве фона фотографию реального пейзажа.

Выполните фильтрацию изображений отдельных объектов или материалов сцены, используя программный модуль визуализации оптических эффектов, таких как сияние, блики линз, глубина резкости объектива, зернистость фотопленки и т.п.

Теперь, когда модель трехмерной сцены полностью готова, легко выполнить ее визуализацию с любого требуемого направления.

4.7 Видеомонтаж

Примените возможности фильтрации готовых изображений, объединения изображений двух кадров в одно целое с добавлением межкадровых переходов или организации циклов повторения отдельных сегментов анимации на этапе видеомонтажа.

Создайте очередь событий видеомонтажа, используя программный модуль Video Post (Видеомонтаж), включите в нее события вставки изображений, их фильтрации, композиции или циклического повторения. Настройте параметры фильтров для имитации различных оптических эффектов, аналогичных тем, какие используются на этапе визуализации.

Определите, куда должны направляться результаты видеомонтажа (в файл или на устройство цифровой регистрации изображений), и выполните цепочку событий видеомонтажа.

4.8 Сохранение результатов

Сохраните результаты работы над сценой вместе с настройками системных параметров в файле типа МАХ или выполните импорт результатов в файл описания трехмерных сцен одного из форматов, не являющихся форматом МАХ 6.0. При необходимости сохраните в отдельном файле только выделенные объекты сцены.

Заключение

3D Studio МАХ 6.0 - достаточно сложная программа, являющаяся плодом интеллектуального труда большого коллектива разработчиков, создававших и совершенствовавших ее не один год. Она обладает поистине огромным количеством параметров, допускающих настройку и обеспечивающих воплощение практически любых замыслов пользователя, решившего заняться трехмерной компьютерной графикой и анимацией. В связи с этим для успешного освоения МАХ 6.0 мало знать назначение отдельных кнопок и команд меню. Необходимо иметь перед глазами хотя бы простейшие примеры выполнения тех или иных операций над объектами виртуального трехмерного мира.