Моделирование объектов в среде Autodesk 3ds Max

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В наш век бурного развития информационных и мультимедийных технологий у каждого более-менее грамотного человека (получившего хотя бы начальное образование) уже имеется вполне сформировавшееся представление о таких понятиях, как трехмерное изображение, 3d-графика, трехмерное моделирование. Всему этому, в первую очередь, способствует невероятный прорыв современной киноиндустрии в создании реалистичных 3d спецэффектов, которые мы все можем наблюдать в фильмах на экранах телевизора, в кинотеатрах и на просторах интернета. Такие направления жизнедеятельности, как архитектура и дизайн, напрямую ассоциируются с миром 3d.

В настоящее время существует множество пакетов программ трехмерного моделирования, такие как Maya, 3d studio max, ZBrush, Blender и многие, многие другие, но внимание в данной курсовой работе будет приковано лишь к одному программному продукту из этого множества, а именно Autodesk 3ds Max(ранее 3D Studio MAX).

Autodesk 3ds max - это профессиональный программный пакет, созданный компанией Autodesk, для полноценной работы с 3d-графикой, содержащий мощный инструментарий не только для непосредственного трехмерного моделирования, но и для создания качественной анимации. В стандартный пакет входит также подсистема визуализации, позволяющая добиться довольно реалистичных эффектов. Для достижения более фотореалистичных рендеров, без труда можно воспользоваться более мощными визуализаторами, разработанными специально для Autodesk 3ds max. Интуитивно понятный, дружественный интерфейс, обширные библиотеки готовых моделей и материалов, а также широкое распространение данного продукта в нашей стране - и как результат, свободный доступ к множеству интересной и полезной информации.

От релиза к релизу совершенствуются функциональные возможности программы, позволяющие все с меньшими затратами времени и сил, но с большим качеством, воплощать поставленные задачи. Расширяются стандартные библиотеки. Появление новых специализированных функций моделирования делает работу в 3d max более эффективной (функции полигонального моделирования, операции для создания сложных объектов, точные средства двумерного моделирования, большое количество модификаторов для работы с геометрией модели, широкие возможности творческой работы с текстурами).

1. Моделирование

Autodesk 3ds max располагает обширными средствами для создания разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей, реальных или фантастических объектов окружающего мира, с использованием разнообразных техник и механизмов.

Полигональное моделирование, в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон). Является низкоуровневым моделированием и основано на манипулировании непосредственно с вершинами, ребрами и гранями объектов.

Полигональное моделирование является одним из основных способов моделирования. При полигональном моделировании изменяют форму объекта, непосредственно воздействуя на его составляющие. Используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр.

Моделирование на основе т.н. «сеток кусков» или поверхностей Безье (Editable patch). Лоскут (patch) - это плоская сетка, состоящая из ряда фрагментов. Моделирование на основе лоскутов Безье основано на использовании поверхностей, форма которых контролируется при помощи решетки деформации. Решетка имеет вершины, называемые управляющими точками, которые можно перемещать для корректировки формы поверхности объекта. При этом сечения деформируемой поверхности вдоль координатных осей представляют собой сплайны, а управляющие точки имеют касательные векторы с маркерами на концах, которые можно перемещать, придавая поверхности различную кривизну. Существует метод создания трехмерных объектов в виде лоскутных сеток.

Рисунок 1. Поверхность Безье

Моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS). Работая с NURBS-поверхностями, можно пользоваться двумя базовыми подходами к моделированию. Первый состоит в создании NURBS-сплайнов и поверхностей на их основе. Второй заключается в создании NURBS-поверхностей с последующей корректировкой их формы или созданием плавных переходов между ними. NURBS - объекты могут существовать в двух формах - в виде кривых и в виде поверхностей. Кривые типа NURBS создаются или на основе контрольных точек, или на основе управляющих вершин. Разница между этими двумя подходами состоит в том, как кривая располагается относительно точек или вершин. При использовании контрольных точек кривая проходит непосредственно через них. При использовании же управляющих вершин кривая плавно изгибается между этими точками, играющими роль узлов решетки деформации (рис. 3). Кривые напоминают стандартные сплайны, но позволяют выполнять моделирование наиболее точно и обеспечивают простоту управления. Кривые типа NURBS можно применять для создания каркаса, на котором затем строятся поверхности объектов.

Рисунок 2. NURBS-кривая

Поверхность NURBS основана на неоднородных рациональных В-сплайнов. Как и в случае с кривыми типа NURBS, имеются две разновидности поверхностей: с управляющими вершинами и с контрольными точками. Поверхность с контрольными точками проходит через каждую из этих точек, а для поверхности с управляющими вершинами эти вершины образуют решетку деформации, подобную решетке кусков Безье. Отличие от куска Безье становится очевидным в процессе изменения формы поверхности за счет перемещения управляющих вершин. При деформации куска Безье используется принцип сплайновой аппроксимации поверхности.

Моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов. Это метод, при котором все характеристики объектов задаются числовыми параметрами и могут быть откорректированы или подвергнуты анимации на любом этапе работы.

Моделирование на основе сплайнов (Spline) с последующим приминением модификатора Surface. При данном методе моделирования основу конструкции трехмерных объектов вставляют отрезки прямых и кривых линий, называемых сплайнами. Сплайн (spline) -это прямая или кривая линия, форма которой определяется типом вершин, или узловых точек, через которые проходит эта линия.

Сплайны применяются:

1. для создания геометрических моделей;

2. могут использоваться в качестве траекторий движения объектов или камер.

Сплайны могут образовывать такие объекты, как простые линии, окружности, дуги или даже символы текста. Сплайны состоят из более мелких частей (подобъектов): из вершин (vertices) и сегментов (segments).

Типовой процесс моделирования на основе сплайнов достаточно прост.

1. Создается форма представляющая собой контур сечения трехмерного объекта, который требуется смоделировать.

2. для преобразования этой формы в трехмерный объект можно применить к ней такие операции, как выдавливание, вращение, скос, или использовать копии этой формы в качестве сечений, расставляемых вдоль другого сплайна, на которые будет опираться оболочка моделируемого объекта (рис. 3).

Рисунок 3. Моделирование на основе сплайнов

2. Объекты 3D MAX

Термин объект (object) относится к любым элементам виртуального трехмерного мира, которые могут включаться в состав сцен и к которым могут применяться преобразования и модификаторы. Объекты 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 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.

Объекты категории Geometry.

В данную категорию входят объекты, предназначенные для построения геометрической модели трехмерной сцены и подразделяемые на следующие разновидности:Standard Primitives (Стандартные примитивы), Extended Primitives (Улучшенные примитивы), Extended Primitives (Улучшенные примитивы), Compound Objects (Составные объекты), Particle Systems (Системы частиц), Patch Grids (Сетки кусков), NURBS Surfaces (NURBS-поверхчости), Dynamics Objects (Динамические объекты), Doors (Двери) и Windows (Окна).

Объекты категории Shapes.

К данной категории относятся различные типы линий, 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: NURBS Curves (NURBS-кривые), Splines (Сплайны).

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.

Как известно, свет является одним из главных методов получения реалистичного 3d изображения, так как играет неотъемлемую роль в формировании свойств материалов, теней, а так же при правильном подходе может скрыть недостатки и подчеркнуть важные детали в сцене. Например, чтобы придать объем трехмерной модели, ее достаточно осветить сзади. При этом появится отчетливая граница, визуально отделяющая объект от фона.

В 3ds max есть несколько типов источников света, которые можно условно разделить на три типа:

Стандартные. Стандартные источники света 3ds Max используют упрощенные алгоритмы расчета распространения и отражения света. Так, например, свет от стандартных источников не затухает по мере удаления объекта от него. Тем не менее, этот тип осветителей вполне годится для большинства сцен и на практике используется чаще всего.

Фотометрические. Фотометрические источники света позволяют очень точно моделировать действие реальных источников света. В основу их работы положены «правильные» с точки зрения физики алгоритмы. Несмотря на свою точность, данные источники освещения применяются не так часто. Обычно их используют, когда требуется рассчитать освещение помещения реальными источниками света.

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.

К достоинствам группы объектов Cameras можно отнести то, что направленную или свободную камеры можно легко анимировать, точно так же, как это делается с любым объектом 3ds max . В результате вы получите динамическую съемку, которая ведется из меняющейся точки.

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

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.

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.

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.

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 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 3d max, эти модели также преобразуются к типу Editable Mesh.

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).

3. Этапы создания проекта

В отличие от программных средств двумерной компьютерной графики, представляющих собой совокупность инструментов и приемов для рисования изображений с помощью компьютера, программы 3D-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;

- подготовка и назначение материалов;

- настройка освещения и съемочных камер.

Предварительная подготовка.

На этом этапе продумывается состав сцены. Следует предусмотреть все объекты и их детали, которые будут видны с предполагаемых направлений наблюдения. В данной курсовой работе мы смоделируем комнаты с последующим наложением текстуры. Объекты, которые нам понадобятся это заранее подготовленные объект двери и окна (рис.5), модели плинтуса и карниза и план комнаты.

Рисунок 4. Объекты «дверь» и «окно»

Также на этом этапе при необходимости следует настроить единицы измерения.

Единицы измерения - это основа определения расстояний и размеров в 3ds max. Для точного выдерживания требуемых размеров следует установить систему единиц измерения, наилучшим образом соответствующую той модели, над которой ведется работа. 3ds max поддерживает целый ряд систем единиц измерения, включая:

- Metric (Метрические);

- US Standard (Стандарт США);

- Custom (Специальные);

- Generic Units (Относительные).

Последний тип единиц измерения принимается по умолчанию и представляет собой просто десятичные числа, такие как 1, 100, не имеющие конкретной размерности. Эти единицы можно условно принимать как футы, дюймы или любые другие меры длины. В конкретной работе использовались миллиметры, шаг сетки тоже миллиметр, поскольку придется работать с мелкими деталями.

Формирование модели сцены.

Импортируем dwg- заготовленный файл сцены. Импортируем в плане сверху файл-подложку (рис. 5).

Рисунок 5. План помещения

Плоские двумерные формы можно преобразовать в трехмерные этот метод называется моделирование на основе сплайнов. Для создания стен комнаты используются сплайн Line (Линия). Эта команда позволяет создавать линии практически любой требуемой формы и является наиболее гибкой из всех команд создания типовых сплайнов. Обводим контуры несущих стен комнаты. Затем для преобразования полученных форм в трехмерный объект используем выдавливания. Выдавленный сплайн - это сплайн, которому придана толщина в определенном направлении. Во многих случаях этот метод оказывается проще, чем применять трехмерные примитивы для получения того же результата. Операция выдавливания осуществляется за счет применения к выделенной форме модификатора Extrude (выдавливание). В командной панели Modify проставляем высоту 4000мм. (рис. 6).

Рисунок 6. Стены комнаты

Используя сплайн Line (Линия) готовим контур для плинтуса. Путем File -merge импортируем плинтус. Выделяем путь для плинтуса - выполняем команду Bevel profile в стеке модификаторов - профиль плинтуса, созданный ранее. Данный модификатор создает из двумерных форм трехмерный объект, но применяя при этом указанный профиль (в виде плинтуса) которая и будет определять вид конечного объекта (рис. 7).

Рисунок 7. Плинтус

Передвигаем плинтус в нужное расположение. При просмотре результата заметна щель между стеной и плинтус. Модификатор Cap Holes- строит грани вместо дыр на поверхности объекта. Дыра определяется как петля ребер, каждая из которых имеет только одну грань. Используя модификатор заделываем щель (рис. 8).

Рисунок 8. Применение модификатора Cap Holes

Добавляем окна. Вставляйте готовые. Согласно плана комнаты, вставляем в проем. При несовпадении ширины окна и проема редактируем при помощи модификатора Edit Mesh. Позиционируем по ширине и высоте окно, редактируя за точки. После создания одного окна копируем его в остальные проемы, удерживая Shift (рис. 9).

Рисунок 9. Вид комнаты с окнами

Аналогичным образом поступаем с дверью.

Далее создали пол сплайн и Extrude на 10 мм. вверх, чтобы убрать щель под дверью.

Работа с материалами.

Material Editor - окно, в котором происходят все действия по созданию, редактированию материалов, предназначенных для применения к объектам сцены. Material Editor состоит из слотов (шариков) с материалами и параметрами (внизу) изменяющими их свойства. Эти шары являются preview того, что мы увидим на объекте при финальном просчете: текстура, цвет, отражающая способность (рис. 10).

Рисунок 10. Material Editor

Есть 2 разных типа объектов в Material Editor. Это материалы и текстуры. Они разные по назначению и свойствам. Текстура - это 2d изображение, составная часть материала. Просто изображение, любой jpg. Материал - это комплекс параметров, включающих в себя визуальные (текстуру) и способность отражать, преломлять и бликовать на свету. На объект не может быть наложена текстура. Только материал. То есть, чтобы применить к объекту какое - то изображение, нужно вначале сделать материал на его основе.

Объект состоит из:

1. Геометрия. Может быть создана одним из методов (Параметрический, Edit Mesh или Spline+Modify).

2. Материал - свойство объекта отражать свет.

3. Текстура - jpg изображение, накладываемое вместо цвета.

Для моделировании комнаты использовали стандартные материалы с наложением на них собственных текстур (рис. 11).

Рисунок 11. Текстуры для пола, стен, дверей, око, паркет, крыша

Diffuse - это место для текстуры. UVW - это координаты на объекте для наложения текстуры. Всем объектам должна быть присвоена UVW map координата, чтобы текстура правильно лежала по поверхности (рис. 12).

Рисунок 12. Комната с наложением текстур

Настройка освещения.

Среда 3dsMax предлагает нам несколько источников света, корректно работающих со стандартным визуализатором. Все они различаются способом излучения света и, что уже вторично, формой отбрасываемой тени. С помощью них можно имитировать практически любую схему освещения, доступную в реальном мире. Все стандартные источники света доступные в 3dsMax повторяют свойства источников встречающихся в нашей жизни. При моделировании комнаты использовали стандартный источник света Omni. Он излучает свет из точки во всех возможных направлениях. Тени от предметов, подверженных излучению Omni напоминают по форме тени Spot. Это расширяющиеся при удалении от объекта проекции. С помощью Omni мы можем имитировать свет от свечи, различные ламп, шаровой молнии и т.п.

Заключение

Autodesk 3D Studio МАХ - достаточно сложная программа, являющаяся плодом интеллектуального продукта 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 3D МАХ 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.

Как уже говорилось, в 3d max имеется обширная библиотека трехмерных объектов - сюда входят как стандартные, так и расширенные примитивы. Построение простых геометрических форм занимает считанные секунды - необходимо лишь выбрать нужную модель и ввести необходимые параметры (такие, как длина, высота, радиус и т.д.). Имеются инструменты для работы со сплайнами (моделирование на основе сплайнов) - создание и редактирование которых не составит особого труда. Удобная работа с командами для полигонального моделирования. Возможность редактирования сетчатых поверхностей на разных уровнях (будь то вершины, сегменты и т.д.) облегчает работу со сложными поверхностями и позволяет добиться максимальной наглядности в их представлении. Большое количество модификаторов с легко настраиваемыми параметрами для работы с геометрией модели помогут воплотить самые смелые идеи.

Нет никаких сомнений, что у этой программы большие перспективы, так как в связи с всеобщей компьютеризацией во многих сферах, работу, связанную с графикой упростили и ускорили. Отсюда видна актуальность знаний об МАХ (или подобного характера программ) и умении ею пользоваться, вследствие чего просто необходимо внедрять программы обучения работы с 3D графикой в ранней стадии обучения работе на компьютере.

программный полигональный трехмерный текстурный

Список используемой литературы

1. Шишанов А. Дизайн интерьеров в 3ds Max 2011,издательство «Питер», 2011 г. - 240с.

2. Маров М. Энциклопедия 3DS MAX, издательство «Питер», 2009 г. - 1392с.

3. Чумоченко И. 3ds Max 9. Пошаговое руководство для начинающих дизайнеров, издательство «НТ Пресс», 2009 г. - 592с.

4. Тимофеев С. 3DS Max 2001, издательство «BHV», 2010 г. - 512с.

5. Миловская О. Самоучитель. 3ds max, издательство «BHV», 2009 г. - 336с.

6. Меженин А., Тозик В. 3ds Max 9: трехмерное моделирование и анимация, издательство «BHV», 2007 г. - 1057с.

7. Харьковский А. 3ds Max 2010 на практике, издательство «Феникс», 2010 г. - 160с.

8. Глушаков С. 3ds Max 2009.Самоучитель, издательство «АСТ», 2009 г. - 480с.

Размещено на Allbest.ru