Разработка персонажей для компьютерной игры

Отсутствие возможности захвата:

Движений и мимики лица

Движений тесного взаимодействия двух и более актёров (борьба, танцы с поддержками и т. д.)

Движений на полу -- кувырки, падения и т. д.

Риск поломки механики при неосторожном использовании.

Гироскопические / инерциальные системы для сбора информации о движении используют миниатюрные гироскопы и инерциальные сенсоры, расположенные на теле актёра -- также как и маркеры или магниты в других mocap-системах. Данные с гироскопов и сенсоров передаются в компьютер, где происходит их обработка и запись. Система определяет не только положение сенсора, но также угол его наклона.

Минусы гироскопических / инерциальных систем:

Отсутствие возможности захвата движений и мимики лица

Дополнительный контроллер, прикреплённый к актёру и подключенный к магнитным маркерам, или даже связка проводов, тянущаяся от актёра к компьютеру.

Высокая стоимость гироскопов и инерциальных сенсоров

Для определения положения актёра в пространстве нужна дополнительная мини-система (оптическая или магнитная)

2.2 Программные средства ПК для создания цифровых персонажей

Графические редакторы.

Графический редактор -- программа (или пакет программ), позволяющая создавать, просматривать, обрабатывать и редактировать цифровые изображения (рисунки, картинки, фотографии) на компьютере.

Типы графических редакторов:

Растровые графические редакторы. Наиболее популярные профессиональные растровые графические редакторы: платный Adobe Photoshop (для операционных систем Windows и Windows Phone, Mac OS X и iOS, Android) и его бесплатный аналог GIMP (для операционных систем Linux и Windows, Free BCD и Solaris), распространяемый под лицензией GNU GPL, а также менее известные графические редакторы для начинающих: любительский Photofiltre и учебный Paint.NET.

Векторные графические редакторы. Наиболее популярные профессиональные векторные графические редакторы: платный Adobe Illustrator и платный Corel Draw (для операционных систем Microsoft Windows и Mac OS X), а также свободно распространяемый и бесплатный графический редактор Inkscape -- для всех ОС.

Гибридные графические редакторы. Наиболее популярны: RasterDesk для AutoCAD, Spotlight для операционных систем Microsoft Windows. Редакторы растровой графики Adobe Photoshop, Adobe Illustrator и Corel Draw также поддерживают некоторые функции для работы над векторной графикой.

Adobe Photoshop.

Adobe Photoshop -- многофункциональный графический редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Systems, рис. 2.4. В основном работает с растровымиизображениями, однако имеет некоторые векторные инструменты. Продукт является лидером рынка в области коммерческих средств редактирования растровых изображений и наиболее известным продуктом фирмы Adobe. Часто эту программу называют просто Photoshop, на жаргоне российских пользователей -- «шоп». В настоящее время Photoshop доступен на платформах OS X, Windows, в мобильных системах iOS, Windows Phone и Android. Также существует версия Photoshop Express для Windows Phone 8 и 8.1. Сейчас в США идёт бета-тестирование стриминговой версии продукта для Chrome OS.

Ранние версии редактора были портированы под SGI IRIX, но официальная поддержка была прекращена, начиная с третьей версии продукта.

Для версий 8.0 и CS6 возможен запуск под Linux с помощью альтернативы Windows API -- Wine.

Рис. 2.4. Интерфейс программы

История.

Первая версия.

Первая версия появилась в 1987 году. Её создал студент Мичиганского университета Томас Нолл для платформы Macintosh. Он назвал её Display, но в 1988 году переименовал в ImagePro. В сентябре 1988 года Adobe Systems купила права на программу, оставив разработчиком Томаса Нолла, а в 1989 году программу переименовали в Photoshop. В 1990 году появился Photoshop 1.0.

В составе пакета Adobe Creative Suite.

Photoshop 8.0, датируемый октябрём 2003 года, имел название Photoshop CS, так как начал относиться к новой линейке продуктов компании Adobe Systems -- Creative Suite.

Photoshop 10.0, датируемый апрелем 2007 года, имеет название Photoshop CS3. Аббревиатура CS3 означает, что продукт интегрирован в третью версию пакета программ Adobe Creative Suite. В предыдущих продуктах -- Photoshop CS и CS2, c целью отличия от прежних версий и укрепления принадлежности к новой линейке продуктов, был изменён символ программы: вместо изображения глаза, которое присутствовало в версиях с 3-й по 7-ю, в стилевом решении использовалось изображение перьев. В Photoshop CS3 в иконке приложения и экране-заставке используются буквы из названия продукта «Ps» на синем градиентном фоне. Список нововведений включает в себя новый интерфейс, увеличенную скорость работы[источник не указан 235 дней], новый Adobe Bridge, новые фильтры и инструменты, а также приложение Adobe Device Central[en], позволяющее осуществлять предварительный просмотр работы в шаблонах популярных устройств, например мобильных телефонов.

В составе пакета Adobe Creative Cloud.

Photoshop 14, датируемый июнем 2013 года, имеет название Photoshop CC. Аббревиатура CC означает, что продукт интегрирован в пакет программ Adobe Creative Cloud.

Начиная с июня 2014 года программа имеет новое именование версий: теперь её название содержит год выпуска (Photoshop 2014.0.0).

Плагин Adobe Camera RAW позволяет читать ряд Raw-форматов различных цифровых камер и импортировать их напрямую в Photoshop.

Особенности.

Несмотря на то, что изначально программа была разработана как редактор изображений для полиграфии, в данное время она широко используется и в веб-дизайне. В более ранней версии была включенаспециальная программа для этих целей -- Adobe ImageReady, которая была исключена из версии CS3 за счёт интеграции её функций в сам Photoshop, а также включения в линейку программных продуктов Adobe Fireworks, перешедшего в собственность Adobe после приобретения компании Macromedia.

Photoshop тесно связан с другими программами для обработки медиафайлов, анимации и другого творчества. Совместно с такими программами, как Adobe ImageReady (программа упразднена в версии CS3), Adobe Illustrator, Adobe Premiere, Adobe After Effects и Adobe Encore DVD[en], он может использоваться для создания профессиональных DVD, обеспечивает средства нелинейного монтажа и создания таких спецэффектов, как фоны, текстуры и т. д. для телевидения, кинематографа и всемирной паутины. Photoshop также прижился в кругах разработчиков компьютерных игр.

Основной формат Photoshop, PSD, может быть экспортирован и импортирован всеми программными продуктами, перечисленными выше. Photoshop CS поддерживает создание меню для DVD. Совместно с Adobe Encore DVD Photoshop позволяет создавать меню или кнопки DVD. Photoshop CS3 в версии Extended поддерживает также работу с трёхмерными слоями.

Из-за высокой популярности Photoshop поддержка специфического для неё формата PSD была реализована во многих графических программах, таких, как Adobe Fireworks, Photo-Paint, WinImages[en], GIMP, PaintShop Pro и других.

Photoshop поддерживает следующие цветовые модели или способы описания цветов изображения (в аннотации самой программы -- режим изображения):

RGB.

LAB.

CMYK.

В градациях серого.

Черно-белые.

Duotone[en].

С 256-цветовой палитрой (Indexed).

Многоканальные (Multichannel).

Поддерживается обработка изображений, с глубиной цвета 8 бит (256 градаций на один канал), 16 бит (используется 15 битов плюс один уровень, то есть 32769 уровней) и 32 бит (используются числа одинарной точности с плавающей запятой). Возможно сохранение в файле дополнительных элементов, как то: направляющих (Guide), каналов (например, канала прозрачности -- Alpha channel), путей обтравки (Clipping path), слоёв, содержащих векторные и текстовые объекты. Файл может включать цветовые профили (ICC), функции преобразования цвета (transfer functions). Допускаются неквадратные пиксели (Pixel Aspect Ratio).

Adobe Flash.

Adobe Flash -- мультимедийная платформа компании Adobe Systems для создания веб-приложений или мультимедийных презентаций. Широко используется для создания рекламных баннеров, анимации, игр, а также воспроизведения на веб-страницах видео- и аудиозаписей, рис. 2.5.

Платформа включает в себя ряд средств разработки, прежде всего Adobe Flash Professional и Adobe Flash Builder (ранее Adobe Flex Builder); а также программу для воспроизведения flash-контента -- Adobe Flash Player, хотя flash-контент умеют воспроизводить и многие плееры сторонних производителей. Например, SWF-файлы можно просматривать с помощью свободных плееровGnash или swfdec, а FLV-файлы воспроизводятся через мультимедийный проигрыватель QuickTime, и различные проигрыватели в UNIX-подобных системах при наличии соответствующих плагинов.

Рис. 2.5. Интерфейс программы Adobe Flash CS4 Professional

Adobe Flash позволяет работать с векторной, растровой и с трёхмерной графикой используя при этом графический процессор, а также поддерживает двунаправленную потоковую трансляцию аудио и видео. Для КПК и других мобильных устройств выпущена специальная «облегчённая» версия платформы Flash Lite, функциональность которой ограничена в расчёте на возможности мобильных устройств и их операционных систем.

Стандартным расширением для скомпилированных flash-файлов (анимации, игр и интерактивных приложений) является .SWF (Small Web Format; ранее расшифровывалось как Shockwave Flash, что вызывало путаницу с ShockWave). Видеоролики в формате Flash представляют собой файлы с расширением FLV или F4V (при этом Flash в данном случае используется только как контейнер для видеозаписи). Расширение FLA соответствует формату рабочих файлов в среде разработки.

История.

Технология векторного морфинга применялась задолго до Flash. В 1986 году была выпущена программа Fantavision которая использовала эту технологию. В 1991 году на этой технологии была выпущена игра Another World, а двумя годами позже -- Flashback.

Разработка Flash была начата компанией FutureWave, создавшей пакет анимации FutureSplash Animator. В 1996 году FutureWave была приобретена компанией Macromedia, которая переименовала FutureSplash Animator в Flash. Под этим наименованием платформа продолжает развиваться и поныне (хотя после того, как в 2005 году компания Macromedia была поглощена Adobe, Macromedia Flash стал официально называться Adobe Flash).

Технологии.

Flash-технологии, или, как их еще называют, технологии интерактивной веб-анимации, были разработаны компанией Macromedia и объединили в себе множество мощных технологических решений в области мультимедийного представленияинформации. Ориентация на векторную графику в качестве основного инструмента разработки flash-программ позволила реализовать все базовые элементы мультимедиа: движение, звук и интерактивность объектов. При этом размер получающихся программ минимален и результат их работы не зависит от разрешения экрана у пользователя - а это одни из основных требований, предъявляемых к интернет-проектам.

По сути, Flash Player представляет собой виртуальную машину, на которой выполняется загруженный из Интернета код flash-программы.

В основе анимации во Flash лежит векторный морфинг, то есть плавное «перетекание» одного ключевого кадра в другой. Это позволяет делать сложные мультипликационные сцены, задавая лишь несколько ключевых кадров. Производительность Flash Player при воспроизведении анимации в несколько раз превышает производительность виртуальной машины JavaScript в браузерах, поддерживающих предварительный стандарт HTML5, хотя во много раз уступает приложениям, работающим вообще без использования виртуальных машин.

Flash использует язык программирования ActionScript, основанный на ECMAScript.

1 мая 2008 компания Adobe объявила о начале проекта Open Screen Project. Цель проекта -- создание общего программного интерфейса для персонального компьютера, мобильных устройств и бытовой электроники, что означает одинаковое функционирование одного приложения под всеми перечисленными видами устройств. В рамках проекта:

Снимаются ограничения на использование спецификаций SWF и FLV/F4V.

Публикуются API для портирования Adobe Flash Player на различные устройства.

В поддержку проекта и распространение платформы Flash на мобильных устройствах на данный момент выступило 58 компаний, среди которых AMD, ARM, Google, HTC, Intel, Motorola, Nokia, NVIDIA, QNX, Sony Ericsson и др.

Flash Player портирован на мобильную платформу Android, выпущены мобильные устройства с аппаратным ускорением flash-приложений (включая AIR-приложения).

Некоторые производители ПО для мобильных устройств пытаются заменить или ограничить распространение Flash на свои новые мобильные платформы:

· Apple на HTML5 для iPhone, iPod touch и iPad.

· Microsoft на Silverlight для Windows Phone 7.

· Oracle на JavaFX.

Во Flash Player реализована возможность мультивещания на прикладном уровне.

Adobe прекратила выпуск обновлений Flash Player для Android 10 сентября 2013 года. Был выпущен Flash Player версии 11.1.111.73 для Android 2.x и 3.x, а также Flash Player версии 11.1.115.81 для Android 4.0.x. Эти релизы стали последними обновлениями Flash Player для мобильной платформы Android. Хотя Adobe не рекомендует использовать эти, уже устаревшие версии, но их можно установить и использовать для воспроизведения Flash содержимого, даже в более современных версиях Android (инструкция по установке)

Autodesk 3ds Max.

Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio MAX) -- полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, доразработанная компанией Autodesk, рис. 2.6. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Windows и Windows NT (как в 32_битных, так и в 64_битных). В марте 2014 года выпущена версия 17.0 этого продукта под названием Autodesk 3ds Max 2016. Написана на C# (WPF), также использует библиотеку Developer Express (DevExpress).



Рис. 2.6. Официальный логотип и интерфейс программы 3ds Max 2016

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.

История пакета.

Первая версия пакета под названием 3D Studio DOS была выпущена в 1990 году. Разработками пакета занималась независимая студия Yost Group, созданная программистом Гари Йостом; Autodesk на первых порах занимался только изданием пакета. Существуют сведения, что Гари Йост покинул прежнее место работы после переговоров с Эриком Лайонсом (Eric Lyons), в то время директором по новым проектам Autodesk.

Первые четыре релиза носили наименование 3D Studio DOS (1990--1994 годы). Затем пакет был переписан заново под Windows NT и переименован в 3D Studio MAX (1996--1999 годы). Нумерация версий началась заново.

В 2000--2004 годах пакет выпускается под маркой Discreet 3dsmax, а с 2005 года -- Autodesk 3ds MAX. Актуальная версия носит название Autodesk 3ds MAX 2016 (индекс 17.0).

Моделирование.

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, включающих следующие:

· полигональное моделирование, в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) -- это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр.

Как правило, моделирование сложных объектов с последующим преобразованием в Editable poly начинается с построения параметрического объекта «Box», и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling»;

· моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS) (следует отметить, что NURBS-моделирование в 3ds Max-е настолько примитивное что никто этим методом практически не пользуется);

· моделирование на основе т. н. «сеток кусков» или поверхностей Безье (Editable patch) -- подходит для моделирования тел вращения;

· моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.

· моделирование на основе сплайнов (Spline) с последующим применением модификатора Surface -- примитивный аналог NURBS, удобный, однако, для создания объектов со сложными перетекающими формами, которые трудно создать методами полигонального моделирования.

· моделирование на основе сплайнов с последующим применением модификаторов Extrude, Lathe, Bevel Profile или создания на основе сплайнов объектов Loft. Этот метод широко применяется для архитектурного моделирования.

Методы моделирования могут сочетаться друг с другом.

Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов.

Стандартный объект «Чайник» (Teapot) входит в этот набор в силу исторических причин: он используется для тестов материалов и освещения в сцене, и, кроме того, давно стал своеобразным символом трёхмерной графики.

Визуализация.

Визуализация является заключительным этапом работы над моделируемой сценой. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев работа со сценой производится в упрощенном виде: размер текстур маленький, тени и источники света, различные свойства материалов (например, отражения) отключены, сложная геометрия и различные эффекты не отображаются. Только после визуализации становятся видны все свойства материалов объектов и проявляются эффекты внешней среды, применённые в составе сцены. Для вывода конечного изображения на экран выбирают необходимый модуль визуализации (МВ), который с помощью математических алгоритмов произведет вычисление внешнего вида сцены со всеми требуемыми эффектами. При этом, время расчета может варьироваться от доли секунды до нескольких месяцев, в зависимости от сложности задачи. Большинство МВ являются отдельными программами, встраиваемыми как дополнение в 3ds Max.

Список модулей визуализации:

Scanline.

Визуализатор по умолчанию в 3ds Max. Исходным методом визуализации в 3DS Max является сканирующий построчный алгоритм. Некоторые расширенные возможности были добавлены в Scanline спустя годы, такие как расчёт Global Illumination, Ray Tracing и Radiosity, однако большинство функций перешло к нему от других визуализаторов (например -- RadioRay).

mental ray.

mental ray является пригодной для производственного применения высококачественной системой визуализации, разработанной компанией Mental Images. mental ray встроен в последниe версии 3DS Max, это мощный инструмент визуализации, поддерживающий сегментную визуализацию (подобно механизму сопровождающей визуализации, реализованному в Maya), а также технологию распределённой визуализации, позволяющую рационально разделять вычислительную нагрузку между несколькими компьютерами. Включаемая в 3ds Max версия mental ray поставляется с набором инструментария, позволяющим относительно просто создавать множество различных эффектов.

V-Ray.

Высококачественный фотореалистичный визуализатор, спроектированный в качестве плагина для 3ds Max. Популярнейший в русскоязычном пространстве внешний визуализатор компании Chaos Group. Очень часто используется профессионалами, часто заменяя стандартный Scanline и mental ray. Совместим с более старыми версиями 3ds Max. Имеет собственные материалы, камеры, источники освещения и атмосферные эффекты. Также в него встроена «система дневного света»: V-Ray Physical Camera, V-Ray Sky и V-Ray Sun (физическая камера, небо и солнце), использование которых в совокупности позволяет получить хорошие результаты даже при стандартных настройках.

RenderMan.

Стороннее средство подключения к конвейеру RenderMan, также полезно в тех случаях, когда требуется интеграция 3DS Max с системой визуализации Renderman. Конект с 3DS Max происходит с помощью DoberMan.

FinalRender.

Внешний визуализатор компании Cebas. Является наиболее полным фотон-основанным визуализатором, уступая по своим возможностям только mental ray. Преимущество заключается в плотной интеграции с другими решениями Cebas, обеспечивающими широкий спектр разнообразных атмосферных, линзовых эффектов и пр., чего нет у других визуализаторов.

Brazil R/S.

Высококачественная, фотореалистичная система визуализации изображения, разработанная компанией SplutterFish Llc. В этом визуализаторе присутствует несколько алгоритмов просчёта глобального освещения Global Illumination: QMC и Photon Mapping. Brazil хорошо зарекомендовал себя среди архитекторов, дизайнеров и художников компьютерной графики, благодаря простоте настроек, стабильности и качественному результату визуализации.

Fryrender.

Фотореалистичный, основанный на законах физики, спектральный визуализатор. Создан компанией RandomControl. Предоставляет возможность получать изображения высочайшего качества и достигать естественного реализма.

Maxwell Render.

Является первой системой визуализации, в которой принята «физическая парадигма». В основу всей системы положены математические уравнения, описывающие поведение света. Вводя в обращение реальные физические законы, Maxwell Render позволяет избежать длительного и тонкого процесса настройки параметров визуализации, который имеет место в случае большинства визуализаторов, работающих по иным алгоритмам.

LuxRender.

Система физически корректной визуализации трехмерных сцен, имеющая открытый исходный код. Для использования системы LuxRender, необходимо экспортировать сцены и модели из редакторов графики с помощью специальных плагинов или скриптов.

Sunflow.

Система визуализации, позволяющая создавать фотореалистичные изображения, имеющая открытый исходный код. Система Sunflow написана на языке программирования Java. Ориентирован на визуализацию в сфере дизайна.

Krakatoa.

Популярный волюметрический рендер от компании Thinkbox Software для быстрой визуализации систем частиц. Работает со множеством систем частиц, как встроенных в 3ds max, так и подключаемых к нему в виде плагинов, например, Thinking particles, FumeFX или RealFlow. Позволяет рендерить огромные массивы частиц, чего нельзя сделать, например, в Scanline, Mental Ray или V-Ray. Позволяет освещать частицы точечными источниками света с просчетом затухания света в облаке частиц. Имеет собственную систему Magma Flow, позволяющую проводить сложные математические операции с каналами частиц и переводить эти данные в различные свойства частиц, например, цвет или плотность.

Autodesk Maya.

Autodesk Maya -- редактор трёхмерной графики, рис. 2.7. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении. Первоначально разработана для ОС Irix (платформа SGI), затем была портирована под ОС Linux, Microsoft Windows и Mac OS X. В настоящее время существует как для 32, так и для 64-битных систем.

Рис. 2.7. Официальный логотип и интерфейс программы Autodesk Maya 2016

История.

Maya стала результатом совмещения трех программных продуктов: Wavefront The Advanced Visualizer (Калифорния, США), Thomson Digital Image (TDI) Explore (Франция) и Alias Power Animator (Торонто, Канада). В 1993 Wavefront купила TDI, затем в 1995 компания Silicon Graphics Incorporated (SGI) купила обе компании Alias и Wavefront. Объединенная компания стала называться Alias|Wavefront. Позднее Alias|Wavefront была переименована в Alias. В 2003 году Alias была продана SGI частной инвестиционной фирме Accel-KKR. В октябре 2005 Alias была снова перепродана, на сей раз компании Autodesk. 10 января 2006 Autodesk закончил слияние и теперь Alias Maya известна как Autodesk Maya.

Визуализация.

Визуализация в Maya реализована четырьмя встроенными визуализаторами: Maya Software, Maya Hardware, Maya Vector Render и mental ray. Также существует ряд визуализаторов от сторонних разработчиков, в которых включена поддержка Maya. Основные из них:

V-Ray.

RenderMan (PhotoRealistic или PRMan от компании Pixar).

finalRender.

3Delight.

Gelato.

Turtle.

Maxwell Render.

Fryrender.

Indigo Renderer.

Brazil R/S.

mental ray.

ZBrush.

ZBrush -- программа для трёхмерного моделирования, созданная компанией Pixologic, рис. 2.8. Отличительной особенностью данного ПО является имитация процесса «лепки» 3d-скульптуры, усиленного движком трёхмерного рендеринга в реальном времени, что существенно упрощает процедуру создания требуемого 3d-объекта. Каждая точка (называемая пиксоль) содержит информацию не только о своих координатах XY и значениях цвета, но также и глубине Z, ориентации и материале. Это значит, что вы не только можете «лепить» трёхмерный объект, но и «раскрасить» его, рисуя штрихами с глубиной. То есть вам не придётся рисовать тени и блики, чтобы они выглядели натурально -- ZBrush это сделает автоматически. Также быстро работает со стандартными 3d объектами, используя кисти для модификации геометрии материалов и текстур. Позволяет добиться интерактивности при немыслимом количестве полигонов. Используя специальные методы, можно поднять детализацию до десятков (а то и сотен) миллионов полигонов. Также имеется множество подключаемых модулей (работа с текстурами, геометрией, множество новых кистей, быстрая интеграция с профессиональными пакетами 2d графики и многое другое).

Рис. 2.8. Официальный логотип и интерфейс программы Pixologic ZBrush

История продукта.

В августе 2009 года был анонсирован выпуск версии 4.0, но разработчики выпустили промежуточную версию продукта -- ZBrush 3.5. Версия 4.0 вышла ровно через год -- 9 августа 2010 года. А 20 сентября 2011 года вышла новая версия ZBrush 4r2 в которую разработчики добавили новых, очень много интересных функций - таких как LightCap или DynaMesh. Но и эта версия оказалась не без своих подводных камней. Как и у любой свежей версии постепенно обнаружились некоторые ошибки, которые разработчики пообещали исправить в следующей версии, дата выхода которой была назначена на декабрь 2011 года. Помимо этого вышла облегченная аналогичная программа того же пакета -- Sculptris Alpha 5.

Во второй главе данной выпускной квалификационной работы были рассмотрены и описаны средства для создания качественного продукта. В дальнейшем для создание собственного продукта использовались приложения: Adobe Photoshop CC и Autodesk 3DS Max 2016.

3. Подготовка и создание персонажа компьютерной игры

Созданием персонажей, включая остальные компоненты компьютерной игры, занимаются художники и геймдизайнеры. В зависимости от игры, создаются соответствующие персонажи. Например если игра простенькая 2D, то создаются простые двух мерные персонажи, а если же игра сложная 3D, то создаются более сложные трёхмерные персонажи. Создание персонажа включает в себя несколько этапов, а иногда десятков этапов, в зависимости от сложности игры и концепции.

Для создания собственных персонажей я использовал вымышленную собой игру “Герой против Пришельцев”. В ней главный герой избавляется от злых пришельцев.

3.1 Концепт-арт

Создание персонажей начинается с «Концепт-арта». Концепт-арт -- направление в искусстве, предназначенное для того, чтобы визуально передать идею произведения, но не форму или внешние атрибуты. Как правило создаётся на начальной стадии разработки проекта и предназначается для использования в фильмах, компьютерных играх, комиксах до создания финальной версии. Также называется «концепт-дизайном», рис. 3.1.



Рис. 3.1 Концепт-арт персонажей видеоигры “Fable III”

Достоверно неизвестно, кто первым начал использовать понятие «концепт-арт» в этом значении. Конечно, это направление использовалось и до того, как за ним было закреплено название «концепт-арта». Употребление термина «концепт-арт» зафиксировано ещё в 1930-х годах студией Walt Disney Feature Animation.

Концепт-художники для своих работ используют различные материалы, такие как масляные и акриловые краски, фломастеры, карандаши и т.д. Однако, современные художники по большей части обращаются к цифровым технологиям, используя графические редакторы.

Концпет-арт персонажей игры “Герой против Пришельцев”.

Для создания концепта персонажа “Герой” я использовал графический планшет Wacom Intuos 5 Medium и программу Adobe Photoshop. Я нарисовал грубые наброски, чтобы примерно подобрать стиль, рис. 3.2, 3.3.



Рис. 3.2. Концепт персонажа Герой

Нужно учитывать многие детали при создании концепта персонажа, потому что это может усугубить или улучшить работу в дальнейшем. В результате долгих размышлений, я решил создать персонажа мужского пола, а также использовать мультипликационный стиль. Это обоснованного по многим причинам:

1. Игра для который создаётся персонаж, более детская

2. С таким персонажем открываются возможности для импровизации в анимации и визуализации.

3. Такой персонаж очень гибкий, его можно менять и редактировать просто и быстро.



Рис. 3.3. Концепт оружия для персонажа Герой

Когда стиль и концепция были определены, я нарисовал готового персонажа фронтально и в профиле, чтобы использовать эти рисунки для создания 3д модели, рис. 3.4.

Рис. 3.4. Готовый персонаж Герой, вид фронтально и профиль

3.2 3D, 2D модели персонажей

На основе концепта-артов дизайнеры создают либо двухмерные спрайты из пикселей, либо трёхмерные модели из полигонов. Создание моделей выполняется в графический программных пакетах. При создании таких моделей надо также учитывать многие детали как и при концепт-арте. Так как это может повлиять на дальнейшие действия над персонажем.

Создание 3д модели персонажа “Герой”

Для создание 3д модели персонажа я использовал программу Autodesk 3ds Max 2016. Создание 3д модели персонажа укладывается в два этап:

1. Подготовка 3д сцены

2. Моделирование

Загружаем в программу готовый рисунок персонажа, чтобы по нему моделировать персонажа, рис. 3.5.

Рис. 3.5. Готовая сцена в программе 3ds-max

В основном все органические объекты в 3ds-max моделируются при помощи моделируемой полигональной сетки или моделируемой сетки (Editable Poly, Editable Mesh). Я использовал стандартный примитив параллелепипед, конвертировал его в полигональную сетку, а затем начал создавать модель персонажа. Также стоит упомянуть об использовании модификатора Симметрия (Symmetry), при помощи этого модификатор можно отзеркалить другую часть модели, что упрощает создание персонажа, рис. 3.6, 3.7.

.

Рис. 3.6. Моделирование туловища персонажа при помощи редактируемой полигональной сетки

Рис. 3.7. Моделирование конечностей персонажа

Для моделирования я использовал различные опции редактируемой полисетки, такие как Выдавливание (Extrude), Фаска (Chamfer), Галтель (Fillet) и многие другие.

Рис. 3.8. Моделирование конечностей персонажа



Рис. 3.9. Моделирование пояса и гаджетов персонажа

Рис. 3.10. Моделирование кисти руки персонажа

В конце моделирования модели я сделал не большое текстурирование персонажа, в редакторе материалов.

Далее я создал остальные гаджеты персонажа.

Рис. 3.11. Моделирования оружия персонажа



Рис. 3.12. Готовый пистолет персонажа

Готовый персонаж “Герой”.

Рис. 3.13. Готовый 3д персонаж “Герой”

Рис. 3.14. Готовый 3д персонаж герой

Создание врага, пришельца, проходил такие же этапы как и при создании главного героя

Рис. 3.15. Готовый 3д персонаж пришелец

3.3 Анимация

Для игровых объектов, которые будут передвигаться в ходе игры, создаются анимации. Особенно сложно придётся с героями и врагами, количество анимаций которых иногда превышает целую сотню различных движений.

В настоящее время для создания человекоподобных 3D-персонажей существует специальная технология «Motion Capture», позволяющая создавать анимации на основе движений настоящих людей. Эта технология доступна лишь крупным и очень богатым компаниям. Для использования Motion Capture нужно не только приобрести дорогостоящее оборудование, но ещё и нанять группу актёров, с которых будут записываться движения.

Для того чтобы анимировать своих персонажей я использовал костный риггинг в 3ds-max. Идея состоит в том, что нужно добавить “кости” к 3д модели персонажа, а затем “привязать” их модели.

Риг.

Риг -- термин в компьютерной анимации, который описывает набор зависимостей между управляющими и управляемыми элементами, созданный таким образом, чтобы управляющих элементов было меньше, чем управляемых. Назначение -- упростить манипуляцию большим количеством объектов.

Пример использования рига.

В трёхмерной анимации различные персонажи -- это зачастую полигональные объекты, состоящие из так называемых полигонов (многоугольников), у каждого из которых есть вершины, называемые вертексами. Чтобы, например, согнуть руку персонажу, нужно передвинуть вертексы руки в определённое место, но сделать это так, чтобы между начальным и конечным положением они переместились по определенной траектории, создавая ощущение вращения вокруг анатомического сустава. Для этого используются кости. В редакторе трёхмерной графики Maya они называются суставами или сочленениями. Они обычно имитируют повороты реальных костей, положение каждого вертекса зависит от положения определенных костей, причем на один вертекс может действовать сразу несколько из них. В одном персонаже в зависимости от сложности требуемых движений может быть от 20 до 100 и более костей и влиятелей (любые другие элементы, выполняющие роль, аналогичную костям, но находящиеся в другой категории и управляющиеся иначе).

Очевидно, что определить вручную в каждом кадре анимации все эти кости -- довольно трудоемкое занятие, зачастую дающее крайне неудовлетворительный результат, поэтому в среде трехмерной анимации существует понятие интерполяции положения анимированных объектов между ключевыми положениями. Но даже в этом случае управлять таким количеством костей достаточно сложно. Для этого создаются вспомогательные элементы, которые по определённым зависимостям управляют костями так, чтобы смещение, поворот или масштабирование этих вспомогательных элементов влияло сразу на группу костей и влиятелей -- тем самым сокращая ручную ориентацию каждой кости в отдельности.

Создание рига для персонажа “Герой”

Начать риг можно в той же сцене где был смоделирован персонаж, только нужно дополнить сцену слоями и другими вспомогательными объектами чтобы не запутаться в сцене, что я и сделал. С начала нужно создать кости для персонажа, затем грамотно разместить и связать их с помощью вспомогательных объектов, рис. 3.16.

Рис. 3.16. Готовая сцена к ригу

Редактирование костей я делал в разделе “Редактирование костей” (Bone Tools), рис. 3.17.

Рис. 3.17. Кости для ног персонажа

Позвоночник я создал всего из двух костей, так как персонаж более мультипликационной, рис. 3.18.

Рис. 3.18. Остальные кости персонажа

Создание вспомогательных объектов и контроллеров для управления рига персонажа, рис. 3.19.

Рис. 3.19. Вспомогательные объекты и контроллеры

Риг для пришельца почти идентичен что и для героя, разница лишь в пару- тройку костей, рис. 3.20.



Рис. 3.20. Готовый риг для пришельца

Вывод по третьей главе.

Из третьей главы можно сделать вывод что персонажи проходят три основных этапа создания:

· концепт-арт.

· 2д, 3д модель.

· Анимация.

Также стоит упомянуть об ведущих программных средствах ПК для работы с графикой. Adobe Photoshop который может с легкостью заменить простой карандаш и бумагу, а Autodesk 3ds Max создать трехмерную модель чего угодно.

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Принципы и способы защиты населения в чрезвычайных ситуациях

Защита населения в ЧС представляет собой комплекс мероприятий, имеющих цель не допустить неблагоприятного воздействия последствий чрезвычайных ситуаций или максимально ослабить степень их воздействия. Эффективность защиты населения в ЧС может быть достигнута лишь на основе осознанного учета принципов обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях и наилучшего использования всех средств и способов.

Принципы обеспечения безопасности по признаку их реализации условно делятся на три группы.

Заблаговременная подготовка предполагает прежде всего накопление средств защиты (коллективных и индивидуальных) от опасных и вредных факторов и поддержание их в готовности для использования населением а также подготовку к проведению мероприятий по эвакуации населения из опасных зон (зон риска).

Дифференцированный подход выражается в том что характер и объем защитных мероприятий устанавливается в зависимости от вида источников опасных и вредных факторов, а также от местных условий.

Комплексность мероприятий заключается в эффективном применении средств и способов защиты от последствий чрезвычайных ситуаций, согласованном осуществлении их со всеми мероприятиями по обеспечению безопасности жизнедеятельности в современной техносоциальной среде.

Основными способами защиты населения в чрезвычайных ситуациях являются: эвакуация населения, укрытие в защитных сооружениях, использование средств индивидуальной защиты, а также средств медицинской профилактики.

Укрытие населения в защитных сооружениях является наиболее надежным способом защиты в случае военно-политических конфликтов с применением современных средств поражения, а также в ЧС, сопровождающихся выбросом радиоактивных и химических веществ.

Защитные сооружения -- это инженерные сооружения, специально предназначенные для защиты населения от физических, химических и биологических опасных и вредных факторов. В зависимости от защитных свойств эти сооружения подразделяются на убежища и противорадиационные укрытия (ПРУ).

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) населения предназначены для защиты от попадания внутрь организма, на кожные покровы и одежду радиоактивных, отравляющих веществ и бактериальных средств.

Медицинские средства индивидуальной защиты предназначены для профилактики и оказания медицинской помощи населению, пострадавшему в чрезвычайной ситуации. С их помощью можно спасти жизнь, предупредить пли значительно уменьшить степень развития поражения у людей, повысить устойчивость организма человека к воздействию некоторых опасных и вредных факторов (ионизирующих излучений, токсичных веществ и бактериальных средств). К ним откосятся радиопротекторы (например, цистамин, снижающий степень воздействия ионизирующих излучении), антидоты (вещества, предупреждающие или ослабляющие действие токсичных веществ), противобактериальные средства (антибиотики, антерфероны, вакцины, анатоксины и т. п.), а также средства частичной санитарной обработки (индивидуальный перевязочный пакет, индивидуальный противохимический пакет).

Для обеспечения безопасности жизнедеятельности населения в ЧС особое значение приобретает заблаговременное осуществление ряда мероприятий, в частности: обучение, населения действиям в ЧС; организация своевременного оповещения об угрозе возникновения и возникновении ЧС; организация и проведение радиационной, химической и бактериологической разведки, а также дозиметрического и лабораторного (химического) контроля; проведение профилактических противопожарных, противоэпидемических и санитарно-гигиенических мероприятий; создание запасов материальных средств для проведения спасательных и других неотложных работ.

4.2 Общий метод определения возможности возникновения аварийного состояния

Технологическое оборудование, размещенное в производственных помещениях, можно разбить на три основные группы:

реакционные аппараты, промежуточные емкости, машины;

коммуникации -- трубопроводы;

запорная арматура (задвижки, краны, фланцевые и
резьбовые уплотнения и т. п.).

Газы или пары горючих жидкостей, находящиеся в технологическом оборудовании под давлением выше атмосферного, могут попасть в помещение при нарушении целостности оборудования. При этом через запорную арматуру будет происходить медленная их утечка, при разрыве трубопровода -- истечение струей, при разрыве корпуса аппарата или срыве крышки -- мгновенный выброс.

В каждом случае количество газа, попавшего в атмосферу помещения, может быть определено с некоторым допущением, если, например, известен диаметр трубопровода или емкость аппарата.

При медленной утечке газа взрывоопасная смесь образуется в течение времени, которого вполне достаточно для приведения в действие вытяжной вентиляции и осуществления других противоаварийных мероприятий. При разрыве трубопроводов диаметром в несколько сантиметров взрывоопасная концентрация может образоваться в течение 2--3 мин; при разрыве аппаратуры или емкости это происходит за несколько секунд.

Таким образом, всегда необходимо знать в какой группе элементов наиболее вероятно и возможно возникновение аварийного состояния. Для этой цели применимы вероятностные методы математической статистики.

Основные характеристики ионизирующих излучений.

Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов различных знаков. Источники этих излучений широко используются в технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и других областях, например, при измерении плотности почв, обнаружении течей в газопроводах, измерении толщины листов, труб и стержней, антистатической обработке тканей, полимеризации пластмасс, радиационной терапии злокачественных опухолей и др. Однако следует помнить, что источники ионизирующего излучения представляют существенную угрозу здоровью и жизни использующих их людей.

Существуют два вида ионизирующих излучений:

- корпускулярное, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-излучение и нейтронное излучение);

- электромагнитное (гамма(г)-излучение и рентгеновское) с очень малой длиной волны.

Рассмотрим основные характеристики указанных излучений. Альфа(а)-излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. В настоящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер, которые, испуская альфа-частицу, теряют 2 протона и 2 нейтрона.

Энергия альфа-частиц не превышает нескольких МэВ1. Излучаемые альфа-частицы движутся практически прямолинейно со скоростью примерно 20 000 км/с.

Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Если частицы движутся медленно, то их взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Длина пробега альфа-частиц в воздухе обычно менее 10 см. Так, например, альфа-частицы с энергией 4 МэВ обладают длиной пробега в воздухе примерно в 2,5 см. В воде или в мягких тканях человеческого тела, плотность которых более чем в 700 раз превышает плотность воздуха, длина пробега альфа-частиц составляет несколько десятков микрометров. За счет своей большой массы при взаимодействии с веществом альфа-частицы быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: при движении в воздушной среде альфа-частица на 1 см своего пути образует несколько десятков тысяч пар заряженных частиц - ионов.

Бета-излучение представляет собой поток электронов (в--излучение, или, чаще всего, просто в -излучение) или позитронов (в+-излучение), возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно около 900 бета-радиоактивных изотопов.

Масса бета-частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучений скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3 - 0,99 скорости света. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе составляет приблизительно 1800 см, а в мягких тканях человеческого тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы и заряда). Например, для полного поглощения потока бета-частиц, обладающих максимальной энергией 2 МэВ, требуется защитный слой алюминия толщиной 3,5 мм. Ионизирующая способность бета-излучения ниже, чем альфа-излучения: на 1 см пробега бета-частиц в среде образуется несколько десятков пар заряженных ионов.

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ1), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). Среди медленных нейтронов различают тепловые нейтроны с энергией менее 0,2 эВ. Тепловые нейтроны находятся по существу в состоянии термодинамического равновесия с тепловым движением атомов среды. Наиболее вероятная скорость движения таких нейтронов при комнатной температуре составляет 2200 м/с. При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у альфа- или бета-частиц. Так, длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет около 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани, аналогичные показатели для быстрых нейтронов - соответственно 120 м и 10 см. Таким образом, нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов (нейтр./см2 * с).

Гамма-излучение (г-излучение) представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны1. Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01-3МэВ) и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения. Гамма-лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем альфа- и бета-излучение.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окружающей источник бета-излучения, и др. Рентгеновские лучи представляют собой один из видов электромагнитного излучения. Энергия его обычно не превышает 1 МэВ.

Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения.

Рассмотрим основные показатели и единицы измерения, применяемые для характеристики ионизирующих излучений. Как уже сказано выше, при распаде ядер атомов его продукты вылетают с большой скоростью. Встречая на своем пути ту или иную преграду, они производят в ее веществе различные изменения. Воздействие излучения на вещество будет тем больше, чем больше распадов происходит в единицу времени.

Для характеристики воздействия ионизирующего излучения на вещество введено понятие дозы излучения. Дозой излучения называется часть энергии, переданная излучением веществу и поглощенная им.

Поглощенная доза является основной дозиметрической величиной. В системе СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр). 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии ионизирующего излучения в массе вещества, равной 1 кг, т. е. 1 Гр = 1 Дж/кг

Единицей экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на килограмм (Кл/кг). Для оценки возможного ущерба здоровья при хроническом воздействии ионизирующего излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы (Н). Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв).

4.3 Загрязнение атмосферы

Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90% приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не относят к загрязнителям. Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч индивидуальных веществ. Однако наиболее распространенные, «многотоннажные» загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (СО), диоксид серы (SO2), окислы азота (NO и NO2), различные летучие углеводороды (СНx), соединения фосфора, сероводород (H2S), аммиак (NН3), хлор (С1), фтористый водород (HF). Общая масса выбросов от всех организованных источников, эмиссии которых можно измерить, составляет около 800 млн т. В эти количества не входят загрязнения воздуха при ветровой эрозии, лесных пожарах и вулканических извержениях. Сюда не входит также та часть вредных веществ, которая улавливается с помощью различных средств очистки отходящих газов.

Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоинверсиях), часто создают пылевые купола и явления смога - токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации сопровождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.

Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от загрязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техногенных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации некоторых газов и аэрозолей, происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растет. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.

Техногенные окислы серы и азота в атмосфере. Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, образующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмосферу больших количеств SO2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот - серной и азотной.

Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, животных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы углекислый газ, закисляет воду рек и озер. Это приводит к неблагоприятным изменениям в водных экосистемах. Природные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков.