Основные принципы и возможности использования слоев в процессе компьютерного моделирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Поволжская государственная социально-гуманитарная академия»

Факультет математики, физики и информатики

Кафедра информатики, прикладной математики и методики их преподавания

Курсовая работа

Основные принципы и возможности использования слоев в процессе компьютерного моделирования

Студентки 3 курса Чарушниковой Маргариты Сергеевны

Научный руководитель: к.т.н. Чесноков А.Н.

Самара 2014



Содержание

Введение

1. Общие сведения о моделировании и работе со слоями

2. Описание программ Google SketchUp и Autodesk 3ds Max

3. Работа со слоями

3.1 Работа со слоями в программе Google SketchUp

3.2 Работа со слоями в программе Autodesk 3ds Max

Заключение

Библиография



Введение

Стремительное развитие технологий в последнее десятилетие привело к такому же быстрому росту в области компьютерной техники и программного обеспечения. Сегодня спецэффектами в кино и на телевидении никого не удивишь, а ведь совсем недавно незначительный по сегодняшним меркам эпизод из фильма, созданный при помощи спецэффектов, вызывал бурю восторга и обсуждений. Они стали обыденным явлением благодаря массовому распространению программ создания компьютерной графики и, в частности, трехмерного моделирования.

Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для полноценного развития личности.

В настоящее время большими темпами используется программа трехмерной графики и анимации Autodesk 3ds Max. Программа обладает полным набором функций для 3D-моделирования, анимации, имитации и визуализации, востребованных художниками, занимающимися производством игр, фильмов и графики движения. 3ds Max обеспечивает пользователей новыми эффективными инструментами, повышает производительность и упрощает работу, что позволяет художникам более эффективно работать со сложными компонентами в высоком разрешении. В связи с этим проблема её изучения очень актуальна.

Так же большим спросом пользуется программа Google SketchUp. SketchUp является одним из самых простых в освоении редакторов 3D моделей. Она разработана для создания и редактирования интерьера и экстерьера. В данной программе можно сделать все что угодно, начиная от маленькой табуретки, заканчивая огромным небоскребом.

Объектами исследования в курсовой работе является программы Autodesk 3ds Max, Google SketchUp.

Предмет исследования - принципы и возможности использования слоев в процессе компьютерного моделирования.

Целью работы является изучение программ трехмерной графики и анимации Autodesk 3ds Max, Google SketchUp и в частности принципы и возможности использования слоев.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу по программам трехмерной графики и анимации, уделяя особое внимание программам Autodesk 3ds Max и Google SketchUp.

2. Изучить особенности работы в программах трехмерной графики Autodesk 3ds Max и Google SketchUp.

3. Изучить принципы и возможности использования слоев в программах трехмерной графики Autodesk 3ds Max и Google SketchUp.

слой компьютерный моделирование графика



1. Общие сведения о моделировании и работе со слоями в его процессе

Моделирование представляет собой один из основных методов познания, является формой отражения действительности и заключается в выяснении или воспроизведении тех или иных свойств реальных объектов, предметов и явлений с помощью других объектов, процессов, явлений, либо с помощью абстрактного описания в виде изображения, плана, карты, совокупности уравнений, алгоритмов и программ [4]. Понятие моделирования достаточно сложное, оно включает в себя огромное разнообразие способов моделирования: от создания натуральных моделей (уменьшенных и или увеличенных копий реальных объектов) до вывода математических формул.

Принято различать несколько видов моделирования, в таблице 1 даётся описание каждого из них.

Таблица 1

Виды моделирования

Компьютерное моделирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими подходами. В частности, оно дает возможность учитывать большое количество переменных, предсказывать развитие нелинейных процессов, возникновение синергетических эффектов. Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия приведут к наиболее благоприятному развитию событий.

Компьютерные модели, как и другие разновидности компьютерных технологий обработки информации, появились во второй половине ХХ века в связи с созданием соответствующих технических устройств - электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Под компьютерной моделью понимают [5]:

Условный образ объекта или некоторой системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. И отображающий структуру, и взаимосвязи между элементами объекта - структурно-функциональная модель;

Отдельная программа, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных (включая случайные) факторов - имитационные модели.

Для того, чтобы создать трех мерную сложную модель, необходимо использовать множество примитивов (кубов, эллипсов и т.д). Работа с каждым из них отдельно займет большое количество времени и сил. И для продуктивной, быстрой и удобной работы в трех мерных графических редакторах создали слои. Они служат для ускорения работы с некоторыми свойствами объектов, такими как видимость, визуализируемость, закрепленность и др.

Например, если бы создаете интерьер, полезно будет создать слои для стен, пола, потолка, слой крупной мебели, слой декоративных элементов, слой освещения и др. слои по вашему желанию.

В большинстве редакторов понятие «слой» имеет свое собственное значение. При взаимодействии несколько слоев, они не накладываются один на другой, а существуют обособленно. Какой - либо объект или группа объектов могут относиться только к одному слою, который, в свою очередь, является как бы свойством объекта.

Для удобного управления слоями создали «Менеджер слоев». Это диалоговое окно, которое содержит команды создания и редактирования слоев.

Любой объект в сцене всегда принадлежит какому - то слою. Все создаваемые объекты изначально принадлежат слою «0 (de- fault)», который автоматически создается редактором при создании новой сцены. Этот слой нельзя удалить или переименовать.



2. Описание программ Autodesk 3ds Max и Google SketchUp

Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) -- полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, до разработанная компанией Autodesk.

Autodesk 3ds Max доступен в двух лицензионных версиях: студенческая -- бесплатная (требуется регистрация на сайте Autodesk), которая предоставляет полную версию программы (однако, её нельзя использовать с целью получения прибыли), и полная (коммерческая) версия стоимостью в 3900 евро.

Большое внимание в программе 3ds Max уделяется развитию инструментария для создания анимации. Анимация по ключевым кадрам, процедурная анимация, ограниченная анимация - это неполный список всех возможных вариантов заставить объекты двигаться. Имеются возможности управления скелетной деформацией, создания быстрой анимации двуногих существ, управления физическими силами, действующими на персонажей [2, с. 5].

3ds Max необходим нам, когда нужно получить изображение одной и той же сцены или предмета в разных проекциях. Стоит отметить, что прорисовка какой-либо сцены в 2d-редакторе займет меньше времени. Однако создав проект в Autodesk 3ds Max, пользователь получает возможность генерировать сцену в неограниченном числе проекций.

Так же программа имеет модификаторы для имитации волосяного и мехового покрова. Возможности создания эффектов стрижки и причесывания, движения в соответствии с заданными параметрами жесткости, влажности и т.д., а каждую сцену при анимации могут сопровождать звуковые эффекты.

Google SketchUp - бесплатная программа для быстрого создания и редактирования трёхмерной графики, 3D-редактор. Данный пакет очень удобен для начинающих, малознакомых с трёхмерным моделированием людей; подходит для моделирования зданий, архитектурных сооружений, дизайна интерьера, дизайна наружной рекламы и прочего.

Основные возможности и особенности Google SketchUp:

- понятный и простой в использовании интерфейс.

- поддерживает импорт и экспорт различных форматов двухмерной растровой и трёхмерной графики, в частности: *.3ds, *.dwg, *.ddf; *.jpg, *.png, *.bmp, *.psd.

- дополнительно установленные плагины позволяют экспортировать в форматы *.mxs, *.atl, *.dae, *.b3d и т.д

- экспорт в формат *.jpg в качестве снимка с рабочей области окна приложения.

- библиотеки компонентов (деревья, мебель, люди, машины и прочее), материалов и стилей рабочей области, которые можно пополнять своими элементами.

- возможность устанавливать тени в соответствии с заданными широтой, долготой, временем суток и года.

- возможность размещать свои творения в общедоступных он-лайн коллекциях Google.

- пополняемые библиотеки компонентов, материалов и стилей, бесплатные коллекции 3D-моделей.

- возможность создавать макросы для повторяющихся действий.

- полная интеграция с программой Google Планета Земля (виртуальный глобус).



3. Работа со слоями

3.1 Работа со слоями в программе Google SketchUp

Для того, чтобы начать работу в Google SketchUp, необходимо запустить данную программу. Создадим несколько объектов для того, чтобы нам было с чем работать. Первый - куб, на панели нажимаем кнопку Shapes и рисуем в плоскости XOY квадрат (рис. 1).

Рис. 1 Квадрат, заготовка для куба

Теперь сделаем нашу плоскую фигуру объёмной. Для этого выберем на панели инструментов пункт Push/Pull и применим его к нашей заготовке (рис. 2).

Рис. 2 Готовый куб

По аналогии создадим ещё пару кубов.

Второй объект - цилиндр. Нарисуем на той же плоскости круг и вытянем его известным инструментом (рис. 3).

Рис. 3 Готовый цилиндр

Создадим несколько копий цилиндра.

Создадим последний вид объектов - пирамида. Для этого нарисуем прямоугольник и соединим его углы прямыми (рис. 4).

Рис. 4 Построение пирамиды (шаг 1)

Следующим шагом соединяем углы прямоугольника с вершиной пирамиды, используем инструмент «карандаш» (рис. 5).

Рис. 5 Построение пирамиды (шаг 2)

Сделаем копии готовой пирамиды (рис. 6).

Рис. 6 Готовые пирамиды

Наши объекты готовы к работе (рис. 7).

Рис. 7 Готовые объекты

Теперь, когда всё готово, начнём работу со слоями. Для работы со слоями необходимо зайти в пункт меню «View», выбрать из выпадающего меню пункт «Toolbars» (рис. 8).

Рис. 8 Вызов «Менеджера слоев»

И из палитры инструментов выбрать «» (рис. 9).

Рис. 9 Вызов «Менеджера слоев»

Мы можем заметить, что на панели инструментов появился новый инструмент. Нажав на иконку справа, мы увидим «Менеджер слоев» (рис. 10).

Рис. 10 «Менеджер слоев»

В окошке пишется название слоя, на рис. 10 видим название слоя «Layer0». Все создаваемые объекты изначально принадлежат этому слою, который автоматически создается редактором. Этот слой нельзя удалить или переименовать.

Для создания нового слоя необходимо нажать кнопку «Add layers» с изображением «+» и для удаления слоя «Delete layer» с изображением «-» (рис. 11).

Рис. 11 Кнопки для создания и удаления слоёв

Создадим слои с названиями наших объектов (рис. 12).

Рис. 12 Создание слоёв

Теперь необходимо разместить объекты, каждый в своём слое. В этом нам поможет палитра «Layer». Нажав на кнопку выпадающего меню, мы увидим весь список имеющихся слоев (рис. 13).

Рис. 13 Палитра «Layer»

Заметим, что в строке «Layer0» стоит галочка, это значит - слой активен.

Начнём с добавления кубов в слой. Выделяем объекты (кубы) и в палитре «Layers» выбираем одноименный слой. Сейчас наши кубы уже относятся к слою «Куб», а не к слою «Layer0». В этом можно убедиться выделив данный(ые) объект(ы) (рис. 14).

Рис. 14 Проверка принадлежности

Аналогично добавим и другие объекты в соответствующие слои.

Заметим, что элементы списка слоёв располагается в алфавитном порядке. Это очень удобно в случае если вы работаете с большим количеством слоёв.

В Google SketchUp есть функция, которая позволяет сделать слой невидимым. Для этого, в списке «Layers» удалим галочку в столбце «Visible», в нужной строке. Сделаем невидимым слой «Пирамида» (рис. 15, 16, 17).

Рис. 15 Список «Layers»

Рис. 16 До применения функции

Рис. 17 После применения функции

Мы так же можем разместить слои в списке, по признаку «Видим» или «Не видим», нажав на кнопку «Visible» в «Layers» (рис. 18).

Рис. 18 Результат упорядочивания

Так же есть несколько дополнительных опции.

Первая из них - выделение всех слоёв. Для того, чтобы ей воспользоваться необходимо нажать на кнопку «Details» в правом верхнем углу меню «Layers» и выбрать пункт «Select all» (рис. 19).

Рис. 19 Результат применения операции

Это так же облегчает работу с большим количеством слоев. Выделив слои, мы можем сделать их все (кроме активного слоя) невидимыми или наоборот, выбрав при этом соответствующий параметр только у одного из данных слоёв.

Вторая из дополнительных опций - удаление пустых слоёв. Создадим несколько слоёв (рис. 20).

Рис. 20 Пустые слои

И теперь с помощью опции «Purge», которая находится так же в меню «Details», удалим эти слои (рис. 21).

Рис. 21 Результат применения опции «Purge»

И последняя опция - окрашивание объектов. Обратим внимание на меню «Layers» в его пункте «Color» задаются цвета слоев. Заходим в меню «Details» и выбираем команду «Color by layer» (рис. 22).

Рис. 22 Результат применения команды «Color by layer»

Подводя итог, мы с уверенностью можем сказать, что работа со слоями необходима для моделирования разных по сложности трёхмерных объектов в программе Google SketchUp.

3.2 Работа со слоями в программе 3ds Max

Для начала работы создадим несколько примитивных объектов, используя элементы пункта «Object type», который находиться в правом верхнем углу (рис. 23).

Рис. 23 Меню «Object type»

Создадим куб, сферу, конус, цилиндр и чайник (рис. 24).

Рис. 24 Объекты для работы

Работа со слоями позволяет группировать объекты по каким - либо определенным признакам. Мы можем работать с объектами каждого слоя, не обращая внимания на другие слои, их можно скрыть.

Для того, чтобы вызвать окно, управляющее слоями, необходимо щёлкнуть на кнопку «Layer Manager», которая находиться на верхней панели инструментов (рис. 25).

Рис. 25 «Layer Manager»

Обратим внимание, сейчас у нас есть только один слой, он создается по умолчанию. Для того, чтобы посмотреть объекты, входящие в него, достаточно щёлкнуть на кнопку «+» (рис. 26).

Рис. 26 Просмотр объектов слоя 0

Заметим, что сейчас все объекты находятся в этом слое.

Создадим ещё один слой. Для этого щёлкнем на значок «Create New Layer» и переименуем наш слой (рис. 27).

Рис. 27 Новый слой «Сфера»

Мы видим, что он абсолютно пустой (нет знака «+» слева от названия слоя). Добавим в него элементы; для этого выделим «чайник» и, зажав клавишу Ctrl, «сферу» и нажмём кнопку «+» (рис. 28).

Рис. 28 Добавление элементов с слой

Слева от названия слоя появился значок «+», то есть теперь у него есть раскрывающийся список элементов. Проверим его содержимое (рис. 29).

Рис. 29 Проверка добавления

Теперь создадим слой, который изначально будет содержать элементы. Выделим нужные нам элементы: «куб» и «конус». После этого нажмем на кнопку «Create New Layer» и увидим, что у ного слоя есть свой раскрывающийся список элементов (рис. 30).

Рис. 30 Новый слой с элементами

Сейчас мы можем проводить с нашими слоями некоторые манипуляции.

Сделаем один из слоёв невидимым. В столбце «Hide» на против слоя «Сфера» поставим галочку, сразу увидим результат (рис. 31, 32).

Рис. 31 До применения

Рис. 32 После применения функции «Невидимость»

Стали невидимыми «сфера» и «куб», так как они принадлежат этому слою.

«Заморозим» элементы слоя. В столбце «Freeze» на против слоя «Layer01» поставим галочку, сразу увидим результат (рис. 31, 33).

Рис. 33 После применения «заморозки»

Элементы данного слоя стали серого цвета и не будут работать при выделении, перемещении и так далее. Мы можем отменить любую опцию повторно нажав на неё.

Мы можем внутри слоя достаточно легко манипулировать свойствами его объектов:

1. Исключить объект из слоя, в столбце «Render» выбрать нужную строку и нажать на соответствующую кнопку (рис. 34).

Рис. 34 Удаление «Cone01» из слоя «Layer01»

2. Изменить цвет объекта, в столбце «Color» выбрать нужную строку, нажать на соответствующую кнопку и выбрать нужный цвет (рис. 35).

Рис. 35 Изменение цвета конуса

3. Можем настроить свойство диффузии света, в столбце «Radiosity».

Кроме этого мы можем нажать на пиктограмму слева от имени слоя и увидеть дополнительное окно, в котором отображаются все свойства данного слоя (рис. 36).

Рис. 36 Свойства слоя

Здесь мы можем увидеть и изменить имя слоя, его цвет и так далее.

Работать со слоями можно не только с помощью «Layer Manager», но и используя специальную панель инструментов. Для её вызова нужно зайти в пункт меню «Сustomize», выбрать пункт «Show UI» и далее выбрать «Show Floating Toolbars» (рис. 37, 38).

Рис. 37 Пункт меню

Рис. 38 Дополнительные панели инструментов

Появились дополнительные панели инструментов, нас интересует панель «Layers», все остальные панели закроем.

На этой плавающей панели можно увидеть активный слой, кнопку для вызова менеджера слоёв, а также другие параметры слоя. Мы можем переключать слои, используя выпадающий список. Так же используя кнопку «Select Objects in Current Layer» можем быстро выделить все объекты этого слоя (рис. 39).

Рис. 39 Выделение всех объектов слоя

С помощью этой панели можно изменять параметры слоя, такие как невидимость, «заморозка» и так далее.



Заключение

Изучив литературу по программам трехмерной графики и анимации становится ясно, что именно в программах Autodesk 3ds Max и Google SketchUp присутствует набор необходимых операций для трехмерного моделирования как для новичка, так и для опытного пользователя.

Использование слоёв позволяет сделать этот процесс менее затратным по времени и более удобным для пользователя. Изучив основные принципы и возможности работы со слоями в этих двух программах, мы можем найти немало сходств и различий. Но главное понять, что главная задача использования слоёв одна.

Подводя итог, мы с уверенностью можем сказать, что работа со слоями необходима для моделирования разных по сложности трёхмерных объектов.



Библиография

1. Ли, К. 3D Studio MAX Искусство трехмерной анимации Platinum Edition / К. Ли. М.: Диасофт-ЮП, 2005. 887 c.

2. Хаббелл, Д. 3D Studio VIZ для дизайнера / Д. Хаббелл, Т. Бордмэн. М.: ДиаСофт, 2004. 663 c.

3. Флеминг, Б. Создание трехмерных персонажей. Уроки мастерства: пер. с англ. / Б. Флеминг. М.: ДМК, 2005. 448 с.

4. Бондаренко, С.В. 3ds Max 2008. Библиотека пользователя/ С.В. Бондаренко, М. Ю. Бондаренко. М.: Диалектика, 2008. 560 с.

5. Бондаренко, С.В. 3ds Max 8. Библиотека пользователя / С.В. Бондаренко, М. Ю. Бондаренко. СПб.: Питер, 2006. 608 с.

6. Бондаренко, С.В. 3ds max. Легкий старт/ С.В. Бондаренко, М. Ю. Бондаренко. СПб.: Питер, 2005. 128 с.

7. Бондаренко, С.В. Autodesk 3ds Max 2008 за 26 уроков.3D Studio max 2008/ С.В. Бондаренко, М. Ю. Бондаренко. М.: Диалектика, 2008. 576 с.

8. Бондаренко, С.В. Autodesk 3ds Max 2008.3D Studio MAX 2008. Краткое руководство/ С.В. Бондаренко, М. Ю. Бондаренко. М.: Диалектика, 2008. 144 с.

9. Google Sketch Up [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://sketchup.google.com/.

10. Google Sketch Up - Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/SketchUp.

Размещено на Allbest.ru