close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

GrebennikovaBulgakov

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Е. Л. Гребенникова, Д. А. Булгаков
ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ,
АНИМАЦИИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ 3D-СЦЕН
В ПАКЕТЕ AUTODESK 3DS MAX
Практикум
Санкт-Петербург
2017
УДК30.2-5-05
ББК 004.92
Г79
Рецензент
кандидат технических наук, доцент
Н. Н. Решетникова
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве практикума
Гребенникова, Е. Л.
Г79 Основы моделирования, анимации и визуализации 3D-сцен в пакете Autodesk 3Ds Max: практикум / Е. Л. Гребенникова, Д. А. Булгаков. – СПб.: ГУАП, 2017. – 87 с.
Издание включает в себя пояснения и указания для выполнения
цикла лабораторных работ, направленных на приобретение навыков построения 3D-сцен, состоящих из композиций геометрических
объектов, в пакете Autodesk 3Ds Max.
В процессе выполнения каждой лабораторной работы студент в
соответствии с заданным вариантом должен построить композицию
трехмерных объектов, аналогичную приведенной в описании лабораторной работы, продемонстрировать результат преподавателю,
пояснить назначение инструментов пакета 3Ds Max, используемых
в работе и последовательность их применения, а затем оформить отчет по заданным требованиям.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению
«Информатика и вычислительная техника» и может использоваться при изучении дисциплины «Компьютерная графика».
УДК 30.2-5-05
ББК 004.92
©
©
Гребенникова Е. Л., Булгаков Д. А., 2017
Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2017
ВВЕДЕНИЕ
Ярким примером универсальной среды 3D-моделирования,
предназначенной в первую очередь для мульдимедия-сферы, является пакет Autodesk 3ds Max (ранее 3D Studio). Эта программа
содержит самые современные средства по работе с трехмерными
моделями, текстурами, анимацией и визуализацией и прекрасно
подходит для художников, дизайнеров и специалистов в области
мультимедиа. В 3ds Max предусмотрена работа с физикой MassFX
и системой частиц, поддерживается подключение плагинов и выполнение сценариев MaxScript.
Изначально программа 3D Studio была создана компанией Yost
Group, а Autodesk занималась изданием. Современное название
Autodesk 3ds Max программа получила в 2005 году.
Перечислим лишь некоторые возможности, обеспечиваемые
программой 3ds Max:
– моделирование геометрических форм трехмерных объектов
на базе примитивов, сплайнов, неоднородных поверхностей. Поддержка модификаторов, логических операций и ручного редактирования вершин и полигонов;
– имитация физических свойств материалов объектов при помощи щейдеров. Поддержка метода трассировки лучей для моделирования многократных отражений и преломлений световых лучей.
– имитация освещения трехмерной сцены практически для любых условий и поддержка постобработки моделируемых объектов
на реальном фотографическом фоне;
– анимация объектов; возможность достоверной имитации разнообразных движений. Поддержка скелетной анимации – возможности создания связанных иерархических цепочек объектов и их
анимация по методам прямой или обратной кинематики;
– моделирование постепенных превращений одних объектов в
другие, отличающиеся по форме и внешнему виду (морфинг);
– моделирование физического взаимодействия твердых тел; физики веревки; физики ткани, физики частиц с учетом их соударений, сил тяжести, ветра или упругости;
Использование программы, подобной 3ds Max, во многом сходно
со съемкой на видеокамеру комнаты, полной сконструированных
объектов. На экране располагаются три ортографических окна проекций и окно трехмерного перспективного вида. После создания
и размещения в пространстве сцены всех объектов, можно применить к объектам сцены уже готовые материалы из встроенной
3
библиотеки, либо создать собственные через редактор материалов
(Material Editor).
Применив к объектам материалы, необходимо создать воображаемые съемочные камеры, через объективы которых будет наблюдаться виртуальный трехмерный мир и производиться съемка
наполняющих его объектов. Настройка параметров виртуальных
камер позволяет получить широкоугольную панораму сцены или
укрупнить план съемки, чтобы сосредоточить свое внимание на отдельных мелких деталях.
Модели, созданные в пакете 3ds Max, используются при архитектурном проектировании и конструировании интерьеров, при
подготовке роликов для телевидения, в трехмерной компьютерной
мультипликации и съемке фильмов, в разработке компьютерных
игр, при подготовке иллюстраций для книг и журналов, в художественной компьютерной графике и Web-дизайне.
4
Лабораторная работа № 1
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИМИТИВОВ
И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ СТАТИЧНОГО КАДРА
Цель работы: ознакомление с инструментами пакета 3Ds Max,
используемыми для создания и редактирования стандартных и усложненных примитив и визуализация статичного кадра.
Порядок выполнения лабораторной работы
Получить вариант задания у преподавателя.
На основе варианта задания построить модель трехмерной сцены, используя инструменты пакета 3ds Max (версия 2015) в следующем порядке:
– создать модель стола с помощью стандартных примитивов и
редактируемой сетки;
– создать композицию на основе геометрических примитивов,
которые следует выбрать из меню Create в соответствии с заданным
вариантом (табл. 1.1) и расположить их на столе;
– сгруппировать созданные геометрические примитивы (меню
Group) и переместить вместе со столом на поверхность (пол), которую создать при помощи объекта Plane;
– выполнить визуализацию сцены (меню Renderer);
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Таблица 1.1
Варианты геометрических объектов к лабораторной работе
1
Box
Sphere
Cylinder
Torus
Cone
Tube
Pyramid
Geosphere
Teapot
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Геометрические примитивы (Standard Primitives)
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5
Окончание табл. 1.1
1
Hedra
Chamfer Box
OilTank
Spindle
Gendon
RingWave
Prism
TorusKnot
ChamferCyl
Capsule
L-Ext
C-Ext
Hose
2
3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Усложненные геометрические примитивы
(Extended Primitives)
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Моделирование объектов
При моделировании тел строятся поверхности, отделяющие занимаемую ими часть пространства от остальной части пространства. Наиболее общий подход к описанию тел состоит в представлении тела совокупностью ограничивающих его объем оболочек,
грани и ребра которых заданы параметрически. Каждая оболочка
строится из набора стыкующихся друг с другом поверхностей произвольной формы, содержащих полную информацию о своих границах и связях с соседями.
Такое описание тел называется представлением с помощью границ. Оно дает возможность выполнить над телами множество операций, сохраняя при этом способ их «внутреннего» устройства.
Представление тел с помощью границ позволяет моделировать объекты произвольной формы и сложности.
При рассмотрении такого способа представления необходимо
опираться на топологические объекты, из которых состоит тело:
вершина, ребро, грань и оболочка. Оболочка (рис. 1.1) состоит из
набора граней. Каждая грань базируется на некоторой поверхно6
Рис. 1.1. Оболочка тела
сти. Грань отличается от поверхности тем, что она несет в себе информацию о связях с соседними гранями и о положении поверхности по отношению к внутреннему объему тела.
По способу построения тела делятся на виды:
А. Простые тела – примитивы: сфера, куб, цилиндр, конус. Такие объекты задаются на основе параметров, описывающих эти
объекты в пространстве. Например, сфера автоматически генерируется на основе единственного параметра – радиуса, куб (Box) – на
основе параметров высоты, ширины и глубины, и т.п.
Б. Тела на базе линий: тело выдавливания, тело вращения, тело
на основе плоских сечений.
Тело выдавливания.
Если направляющей движения контура служит отрезок прямой, то полученное тело называется телом выдавливания. Боковые
грани соответствуют заданной кривой контура (рис. 1.2), а торцевые описываются плоскостью, ограниченной контуром (рис. 1.3).
Рис. 1.2. Контур
тела выдавливания
Рис. 1.3. Тело выдавливания
7
Тело вращения.
Если направляющей кривой движения контура служит окружность или дуга, то полученное тело называется телом вращения
(рис. 1.5). Боковая грань тела вращения определяется заданной
кривой (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Контур
тела вращения
Рис. 1.5. Тело вращения
Модификация объектов
Созданные объекты могут подвергаться различным модификациям, в результате которых объект меняет свою первоначальную
форму. Модификаторы, относящиеся к изменению формы объекта,
можно классифицировать по группам:
– параметрические;
– свободной деформации.
Параметрические модификаторы меняют форму объекта на основе математических алгоритмов, требующих установки определённых исходных параметров. К таким относятся: скручивание
(twist), изгиб (bend) и т.п. (рис. 1.6).
Модификаторы свободной деформации позволяют изменить
форму поверхности объекта вручную (рис. 1.7).
Рис. 1.6. Базовый объект
модификации Box и результат
применения параметрического
модификатора bend
8
Рис. 1.7. Базовый объект
модификации Box и результат
применения модификатора
свободной деформации FFD
Трансформация объектов в пространстве
Любая трёхмерная сцена имеет собственную систему координат. Точка, в которой все координаты равны нулю, является начальной точкой и называется центром трансформации (рис. 1.11).
При добавлении объекта в сцену для него автоматически создаётся собственная система координат, где центр трансформации по
умолчанию располагается в геометрическом центре самого объекта
(рис. 1.10). Трансформация объекта предполагает изменение его
положения в пространстве относительно центра трансформации
либо самого объекта, либо другого объекта, либо всей сцены. Существует всего три типа трансформации в пространстве: перемещение (Position), вращение (Rotation) и масштабирование (Scale)
(рис. 1.8). При любом изменении положения объекта очень важно
знать, где находится его центр трансформации и относительно какой системы координат меняется положение (рис. 1.9).
Рис. 1.8. Панель
инструментов
трансформации:
перемещение(move),
вращение (rotation),
масштабирование
(scale), список систем
координат, центр
трансформации
Рис. 1.9. Варианты
выбора системы
координат для
трансформации
объекта
Рис. 1.10. Выбор центра
трансформации
при изменении
положения
в пространстве
группы объектов
Рис. 1.11. Системы координат и центр трансформации
9
Моделирование объектов сцены
Добавление трёхмерного объекта в пространство сцены 3D Max
осуществляется через вкладку Create командной панели или через
меню Create основной панели инструментов. В этой вкладке объекты распределены по группам в зависимости от их типа и способа
создания.
Для моделирования стола в командной панели на вкладке Create
в разделе Geometry выбрать стандартный примитив Box. На виде
Top создать Box с размерами L-100, W-200, H-10 и количеством сегментов 8 по длине и 12 по ширине (рис. 1.12). Полученный объект –
столешница.
Выйти из режима создания Box нажатием правой кнопки мыши.
В активном видовом окне нажать правую кнопку мыши и выбрать из
появившегося меню Convert To → Convert to Editable Mesh (рис. 1.13).
На вкладке Modify раскрыть список Editable mesh, выбрать
Polygon (рис. 1.14). Далее, при нажатой клавише Ctrl, выбрать четыре полигона для создания ножек стола.
Ножки стола создаются при помощи команды Extrude с установкой числового значения в разделе настроек Edit Geometry (рис. 1.15).
Рис. 1.12. Создание объекта box
10
Рис. 1.13. Конвертация
в редактируемую сетку
Рис. 1.14. Выбор подчинённого
объекта
Рис. 1.15. Команда Extrude
Для создания объектов используется перечень Standard primitives и Extended primitives (рис. 1.16). Созданные геометрические
объекты необходимо расположить на столе с помощью инструментов перемещения , вращения и масштабирования , находящихся на панели инструментов. Результат приведен на рис. 1.17.
Сгруппируйте объекты сцены. Для этого нужно выделить все
объекты сцены Ctrl+A, в главном меню выбрать команду Group →
Group, в диалоговом окне дать название группе, нажать Ok.
11
Рис. 1.16. Выбор типа объекта
Рис. 1.17. Результат
моделирования
С помощью стандартных примитивов создать Plane – пол, а затем расположить на нем группу созданных ранее объектов.
Визуализируйте сцену на виде Perspective (перспективная проекция) с помощью команды главного меню Rendering → Render.
Содержание отчета
Отчет о лабораторной работе должен содержать: титульный
лист, цель работы, номер варианта (табл. 1.1), изображения геометрических объектов в соответствии с заданным вариантом, параметры геометрических объектов, описание инструментов 3D Max для
построения геометрических объектов, копии экранов (скриншоты)
результатов визуализации (рендеринга), характеристики рендеринга, выводы.
12
Лабораторная работа № 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИМИТИВОВ, ТЕЛ ВЫДАВЛИВАНИЯ
И ВРАЩЕНИЯ. ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИКАТОРОВ.
ТРАНСФОРМАЦИЯ ОБЪЕКТОВ
Цель работы: ознакомление с инструментами пакета 3D Max,
используемыми для создания и редактирования объектов-примитив и объектов на базе линий, а также с инструментами изменения
формы и положения объектов в пространстве.
Порядок выполнения лабораторной работы
Получить вариант задания у преподавателя;
На основе варианта задания построить модель трехмерной сцены, используя инструменты пакета 3ds Max (версия 2015) в следующем порядке:
– создать в сцене тело выдавливания в соответствии с заданным
вариантом (табл. 2.1);
– создать контур для тела вращения в приложении InkScape в
соответствии с вариантом задания (рис. 2.3). Импортировать контур в пакет 3D Max и на его основе создать тело вращения;
– создать тело вращения на основе направляющей Star;
– изменить форму объектов, созданных в первой лабораторной
работе согласно варианту задания из табл. 1.1, с использованием
модификаторов в соответствии с заданным вариантом (табл. 2.2);
– сохранить сцену для версий Autodesk 3D Max 2011–2015 (File
→ Save As);
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Таблица 2.1
Варианты заданий по моделированию тел выдавливания
Направляющие линии для создания тел выдавливания
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Circle
+
+
+
+
Rectangle
+
+
+
+
Ellipse
+
+
+
Donut
+
+
+
NGon
+
+
+
Star
+
+
+
13
Таблица 2.2
Варианты заданий по применению модификаторов
Модификаторы
1
Ripple
Noise
Wave
Bend
Twist
Stretch
Skew
Taper
Squeeze
2
3
+
4
+
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Создание тела выдавливания
Объекты такого типа создаются в два этапа. Сначала в сцену добавляется базовый объект – направляющая линия контура. Для
этого во вкладке Create выбирается раздел Shapes (двухмерные ли-
Рис. 2.1. Вкладки создания и редактирования
двухмерных объектов – линий (сплайнов)
14
Рис. 2.2. Результат применения модификатора Extrude
и его параметры в окне настроек
нии), после чего указывается линия (сплайн) нужного вида в зависимости от варианта задания (табл. 2.1). На рис. 2.1 рассматривается пример создания направляющего контура в виде окружности.
После того, как окружность отобразилась в окне проекции, необходимо откорректировать её параметры во вкладке Modify, как показано на рис. 2.2. В этом задании тело выдавливания играет роль
подставки для остальных объектов, поэтому его размеры должны
превышать размеры других объектов, минимум, в три раза.
На основе полученного двухмерного объекта теперь необходимо
создать трёхмерный. Для этого, в списке модификаторов (Modifier
List), согласно рис. 2.2, назначается модификатор Extrude. Расстояние, на которое будет смещён контур, задаётся параметром
Amount = 4 (рис. 2.2). Его величина подбирается в зависимости от
размеров контура. В результате, в окне проекции будет отображено
полученное тело выдавливания.
Создание тела вращения
Тела вращения, как и тела выдавливания, создаются в два этапа. Сначала добавляется контур, который представляет из себя
двухмерный объект – линию (сплайн). После этого, используя модификатор Lathe, созданный контур вращается вокруг вертикальной оси на 360 градусов, образуя поверхность – тело вращения.
На рис. 2.3 приведены виды базовых контуров по вариантам.
В сцену требуется добавить тело вращения на основе соответствующего варианта. В этой части задания контур требуется создать в
редакторе векторной графики InkScape.
15
Рис. 2.3. Варианты задания для моделирования тела вращения.
Вид базового контура
Изображение, приведённое на рис. 2.3, необходимо сохранить
в отдельный файл. Для этого изображение из данного документа
PDF следует выделить и скопировать в буфер обмена Ctrl+C, а затем, вставить в Пуск → Программы → Стандартные → Paint и сохранить файл Файл → Сохранить в формате *.png. Следующий
шаг – установка редактора InkScape.
После того, как редактор установлен, в него необходимо импортировать сохранённое изображение, указав путь: Файл → Импортировать. Затем, настроив масштаб, следует обрисовать контур,
соответствующий варианту задания, при помощи инструмента для
рисования кривых Безье (рис. 2.4).
16
Рис. 2.4. Настройка масштаба и выбор инструмента создания
кривых Безье в окне InkScape
Созданную кривую можно редактировать при помощи инструмента.
После того, как контур создан и отредактирован, исходное импортированное изображение обязательно удаляется. Полученный контур – векторная кривая (сплайн), который теперь требуется экспортировать в промежуточный формат *.dxf. (Файл →
Сохранить Как), (рис. 2.5).
Сохранённый файл импортируется в 3D Max: File → Import и
в появившемся окне настроек значение Weld меняется, согласно
рис. 2.6.
Рис. 2.5. Экспорт в формат DXF
17
Рис. 2.6. Импорт файла DXF в 3D Max
К импортированному контуру необходимо применить модификатор Lathe (выбирается из списка модификаторов на вкладке
Modify), который автоматически вращает контур вокруг указанной оси. Настройки модификатора Lathe приведены на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Настройки модификатора Lathe
во вкладке редактирования Modify
18
Если полученный объект выглядит как на рис. 2.8, следует сместить центр вращения контура при помощи команды Move
,
активировав его в модификаторе Lathe → Axis (рис 2.8).
Из рис. 2.8 видно, что полученный объект имеет избыточное число
полигонов в сетке и нуждается в оптимизации. Для этого из списка
модификаторов следует выбрать модификатор Optimize и уменьшить
количество полигонов установкой галочки Auto Edge (рис. 2.9).
Полученный объект следует клонировать: Edit → Clone и переместить в другое место сцены, используя инструмент Move
.
Клонированный объект будет использоваться для выполнения следующей части задания. Его необходимо подготовить, удалив во
вкладке Modify модификаторы Lathe и Optimize. Для этого, модификатор выделяется и удаляется клавишей Delete.
Рис. 2.8. Настройка центра вращения контура
Рис. 2.9. Оптимизация полигональной сетки
19
В примере, рассмотренном выше, показано тело вращения, для
которого направляющая движения контура является окружностью. Теперь необходимо создать объект, объединяющий созданный контур и направляющую линию. Рассмотрим пример моделирования такого объекта. В качестве направляющей линии создадим
кривую Create → Shapes → Star в окне проекции Top с параметрами, приведёнными на рис. 2.10. Данный вид кривой используется
во всех вариантах заданий.
В качестве контура для этой направляющей в сцену следует поместить кривую (сплайн), подготовленную в предыдущей части
задания. В качестве примера ниже будет приведён произвольный
контур. К направляющей Star из списка модификаторов во вкладке редактирования Modify добавляется модификатор BevelProfile.
В разделе параметров следует указать созданный контур при помощи кнопки Pick profile (рис. 2.11). Указанный профиль будет
перемещен вдоль созданной направляющей Star, в результате чего
будет создано тело вращения.
Рис. 2.10. Значения параметров направляющей во вкладке Modify
Рис. 2.11. Прикрепление профиля к направляющей
в модификаторе BevelProfile во вкладке Modify
20
После того, как все объекты сцены созданы, требуется изменить
их форму, используя модификаторы, согласно варианту задания
(табл. 2.2). Для этого необходимо кликом мыши в окне проекции
выделить объект сцены, форма которого будет меняться. Затем выбрать требуемый модификатор из списка модификаторов на вкладке Modify по аналогии с Extrude и Lathe, рассмотренными выше.
Объекты сцены, к которым применяются модификаторы, выбираются произвольно.
В завершении моделирования сцены необходимо разместить созданные объекты примитивы и тела вращения на подставке, роль которой выполняет тело выдавливания Extrude. Позиционирование и
масштабирование объектов осуществляется с использованием инструментов трансформации
Move, Rotate, Scale, рассмотренных
выше. Вращение в окне вида проекции удобно производить, зажав
одновременно колесо мыши и кнопку Alt на клавиатуре. Вращение
колеса позволяет приближать и отдалять вид сцены в окне проекции.
Для визуализации сцены в окне проекции Perspective требуется настроить необходимый ракурс и запустить визуализацию
(рис. 2.12), открыв окно Render Setup из основного меню Rendering
→ Render Setup. Полученное изображение демонстрируется в отчёте.
Результатом выполнения лабораторной работы должна стать
сцена, представляющая собой композицию из геометрических объектов, пример которой представлен на рис. 2.13.
Рис. 2.12. Выбор окна проекции Render Setup
Рис. 2.13 Пример выполнения
лабораторной работы № 2
21
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи – исходные данные из таблиц с заданиями и
номер варианта, описание процесса выполнения, подкреплённое
скриншотами, результат моделирования – визуализация сцены и
выводы.
22
Лабораторная работа № 3
СОЗДАНИЕ СЛОЖНЫХ ПОЛИГОНАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
И СПОСОБЫ ИХ РЕДАКТИРОВАНИЯ.
ТИРАЖИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ
Цель работы: получить навыки комбинации различных способов моделирования составных объектов и расстановки с использованием массива на примере построения модели архитектурного сооружения (ротонды).
Порядок выполнения лабораторной работы
Построить трёхмерную модель сцены, используя инструменты
пакета 3ds Max (версия 2015), включающую в себя ротонду и ландшафт, в следующем порядке:
– создать в сцене цоколь, фасад, кровлю, элементы лепнины и
колонны архитектурного сооружения в соответствии с приведёнными ниже указаниями;
– создать ландшафт и растительность;
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Пример выполнения лабораторной работы приведён на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Модель архитектурного сооружения
23
Построение модели состоит из нескольких этапов.
Моделирование цоколя
Чтобы создать цоколь, в окне проекции Top создаётся сплайн
в форме окружности Create → Shapes → Circle. После размещения
окружности необходимо перейти во вкладку Modify, где указать
в разделе Interpolation значение Step = 11 (степень детализации),
а в разделе Parameters значение Radius = 86. Во вкладке Modify из
выпадающего списка Modifier List следует выбрать модификатор
Bevel и установить параметры, как показано на рис. 3.2.
Далее созданную модель необходимо поместить в начало координат. Для этого объект должен быть выделен кликом мыши. Нулевые значения следует задать вручную, как показано на рис. 3.3.
Прежде, чем приступить к созданию следующего элемента, необходимо скрыть из окон проекции цоколь (сделать невидимым), чтобы
исключить его случайное перемещение. Для этого кликом правой
кнопкой мыши на объекте, из контекстного меню выбирается команда Hide Selection (скрыть выделенное).
Моделирование фасада
Фасад этого сооружения имеет форму цилиндра с небольшим
выступом в нижней части. Через вкладку Create → Shapes → Donut
создаётся сплайн в виде двойной окружности. Во вкладке Modify в
разделе Interpolation параметр Steps задаётся равным 10. В разделе
Parameters устанавливаются значения: Radius1 = 40, Radius2 = 35.
Из списка Modifier List выбирается модификатор Bevel, для которого устанавливаются параметры, согласно рис. 3.5. Созданный фасад
устанавливается в следующие координаты: x = 0; y = 0; z = 6,5.
Рис. 3.2. Настройки модификатора Bevel для окружности
24
Рис. 3.3. Установка
координат
Рис. 3.4. Скрытие
выделенного объекта
В готовом фасаде требуется вырезать дверной проём. Для этого
в окне проекции Front в сцену добавляется сплайн Create → Shapes
→ Rectangle. Во вкладке Modify задаются размеры прямоугольника: Length = 20, Width = 15. В окне проекции Front размещается
второй сплайн Create → Shapes → Arc, как показано на рис. 3.6.
В окне проекции Top нужно убедиться, что сплайны лежат в одной
плоскости. В противном случае, кривую Arc следует переместить.
Рис. 3.5. Параметры модификатора Bevel для фасада
Рис. 3.6. Размещение и объединение сплайнов дверного проёма
25
Созданные сплайны следует объединить в один. Для этого на
выделенном сплайне Rectangle правой кнопкой мыши вызывается контекстное меню, где сплайн конвертируется в редактируемый (правая кнопка мыши → Convert To → Convert To Editable
Spline). Во вкладке Modify, в разделе параметров Geometry, для
указанного сплайна нажатием кнопки Attach активируется опция
прикрепления. После этого в окне проекции Front кликом мыши
указывается объект прикрепления – Arc. Далее, следует удалить
лишний сегмент (клавиша delete на клавиатуре) созданного сплайна как показано на рис. 3.7, а. После удаления сегмента сплайна,
оставшиеся вершины обязательно следует «спаять» между собой.
Для этого нужно выбрать тип подчинённых объектов Vertex, выделить рамкой выделения указанные вершины и активировать опцию Weld = 3 (рис. 3.7, б). Вершины не следует выделять вручную
по одной, так как они перекрываются друг другом, и скрепления не
произойдёт. Значение Weld должно быть увеличено в том случае,
если спайки не произошло. Корректность выполнения операции
Weld проверяется по цвету вершин сплайна. Если на всём сплайне
одна вершина имеет жёлтый цвет, а остальные – белый, следовательно, сплайн замкнут и вершины спаяны друг с другом.
Полученный сплайн дверного проёма выполняет роль контура,
на основе которого следует создать тело выдавливания. Из списка Modifier List выбирается модификатор Extrude c параметром
Amount = 10. Готовую форму дверного проёма требуется в окне проекции Top на фасаде (рис. 3.8). Для корректного вырезания проёма,
полученная форма должна быть размещена немного ниже уровня
фасада.
Вырезание готовой формы осуществляется путём логической
операции вычитания. Результатом операции вычитания двух тел
а)
б)
Рис. 3.7. Удаление сегмента сплайна (а) и объединение вершин (б)
26
Рис. 3.8. Размещение дверного проёма
Рис. 3.9. Вырезание дверного проёма
является тело, которое содержит точки, принадлежащие внутреннему объему первого, но не принадлежащие внутреннему объему
второго тела. Выполнение этой операции начинается с выделения в
окне проекции фасада. Во вкладке Create → Geometry → Compound
Objects активируется кнопка Boolean (либо ProBoolean). После нажатия кнопки Start Picking, в окне проекции кликом мыши указывается вырезаемый дверной проём. Результат вырезания показан
на рис. 3.9.
Моделирование кровли и элементов лепнины
Указанные элементы представляют собой тела вращения. Способ их создания полностью совпадает с методикой, рассмотренной
в первой лабораторной работе. Кровля моделируется в окне проек27
ции Front, а элемент лепнины – в окне проекции Left. На первом
этапе создаётся контур для тел вращения Create → Shapes → Line,
внешний вид которых приведён на рис. 3.10. Затем к каждому
сплайну из списка Modifier List применяется модификатор Lathe
c настройками, аналогичными настройкам тел вращения из первой лабораторной работы. Центр вращения сплайна настраивается
с помощью команды Move через модификатор Lathe → Axis. Следует также откорректировать количество сегментов. Полученный
результат приведён на рис. 3.11.
Элементы декора требуется разместить на фасаде. Последовательность действий будет приведена ниже. На данном этапе, созданный объект необходимо скрыть со сцены (рис 3.4). Размеры
кровли следует откорректировать. Существует два способа: ручное
масштабирование Scale или использование инструмента Edit →
Transform Toolbox. Это средство позволяет задать объекту размер
в указанных единицах. Чтобы откорректировать размеры кровли
в окне Transform Toolbox, следует указать размеры по каждой оси
Рис. 3.10. Внешний вид сплайнов для лепнины и кровли
Рис. 3.11. Результат моделирования лепнины и кровли
28
Рис. 3.12. Корректировка размеров кровли
(x, y, z), как показано на рис. 3.12. Значения задаются для каждой
оси поочерёдно. После корректировки размеров, кровлю следует
поместить в точку с координатами x = 0, y = 0, z = 115,5.
Моделирование колонн
Колонны представляют собой тела выдавливания, поэтому, сначала, в окне проекции Top создаётся контур на базе сплайна Star
через вкладку Create → Shapes → Star. Параметры сплайна приведены на рис. 3.13.
Следующим, для моделирования постамента колонны, в сцену
в окне проекции Top добавляется сплайн Rectangle с параметрами
Length = 13, Width = 13. К объектам Star и Rectangle применяется модификатор Extrude со значениями Amount = –3 для Rectangle
и Amount = 82 для Star. Полученный из Rectangle объект – нижний постамент должен быть продублирован симметрично и вверху
колонны. Для этого копируемый объект выделяется, а в главном
меню выбирается команда Edit → Clone. В появившемся окне тип
объекта задаётся как Copy. Клонированный объект окажется ровно
на том же месте, что и объект-родитель. Для его точной установ-
Рис. 3.13. Настройка контуров для моделирования колонн
29
ки при помощи кнопки Move нужно переместить
объект по вертикальной оси. Результатом приведённых действий должна быть колонна, соответствующая рис. 3.14.
В завершении моделирования, выделенную колонну требуется сгруппировать, используя меню
Group → Group, чтобы при расстановке и клонировании колонн избежать случайного перемещения
их элементов. Перед тем, как использовать специальный инструмент расстановки, предварительно
требуется установить созданную колонну относиРис. 3.14.
тельно кровли при помощи команды перемещения
Результат
, как показано на рис. 3.15.
моделирования Move
Не снимая выделения с колонны, активируколонны
ется команда вращения Rotate, а в выпадающем
списке выбора центра трансформации активируется опция Pick, и в окне проекции Top кликом мыши указывается
новая система координат – кровля. Далее необходимо указать нажатием на кнопку из выпадающего списка, что центр трансформации также переносится в новую систему, как показано на рис. 3.16.
Если все действия проведены корректно, то на виде Top видно, как
центр трансформации колонны сместился в центр кровли.
После проведённой подготовки объекта следует вызвать окно
инструмента Tools → Array для быстрой расстановки колонн.
В разделе Totals выставляются результирующие значения. В данном случае это значение – угол, на который будет развёрнут круговой массив элементов. В разделе Array Dimensions выставляется
тип и размерность массива. Кнопка Preview позволяет увидеть про-
Рис. 3.15. Установка колонн в окне проекции
30
Рис. 3.16. Установка центра трансформации
ект расставленных объектов. При нажатии OK объекты клонируются в сцене согласно установленным настройкам. Все настройки
окна Array приведены на рис. 3.17. Результат применения массива элементов показан на рис. 3.18. Необходимо также учесть,
что в зависимости от выбранного окна проекции (Top, Front, Left,
Perspective) обозначение вертикальной оси меняется (x, y, z). Подходящее значение определяется опытным путём.
Аналогичным способом требуется расставить элементы лепнины
на фасаде, созданные ранее. В любом окне проекции правой кнопкой
мыши вызывается контекстное меню → Unhide All, чтобы сделать
все объекты видимыми. После чего необходимо кликом мыши выде-
Рис. 3.17. Настройки массива элементов Array
31
Рис. 3.18. Результат расстановки элементов сцены
инструментом Array
лить фасад здания и, зажав клавишу Ctrl на клавиатуре, кликнуть
на созданный элемент лепнины. Затем сделать видимыми только их:
Alt+Q на клавиатуре. Подготовленную модель разместить на фасаде и указанной выше методикой расставить, как показано на рис.
3.18. В завершении моделирования сделать все объекты видимыми
(Unhide All) и сгруппировать все элементы архитектурного сооружения через меню Group → Group, выделив их в окне проекции.
Моделирование ландшафта
Создание ландшафта начинается с добавления в сцену плоскости Create → Geometry → Plane в окне проекции Top с параметрами:
Length = 2000, Width = 2000, Length Segs = 100, Width Segs = 100.
Затем объект необходимо конвертировать из примитива в редактируемый полигональный объект: правая кнопка мыши → Convert To
Рис. 3.19. Настройки параметров Paint Deformation
32
Рис. 3.20. Нанесение рельефа в окне проекции Perspective
→ Convert To Editable Poly. Рельеф поверхности следует создать, используя инструмент Paint Deformation, как показано на рис. 3.19.
Нанесение рельефа происходит через окно проекции Perspective.
Для этого указатель мыши наводится на место, где должна быть возвышенность, и при нажатой левой кнопке мыши подобно кисти наносится рельеф. Для того чтобы сделать впадину, одновременно с левой
кнопкой мыши следует зажать кнопку Alt на клавиатуре (рис. 3.20)
Озеленение ландшафта
Для моделирования озеленения в сцену следует добавить дерево из стандартной библиотеки готовых объектов: Create → AEC
Extended → Foliage → Scotch Pine с параметрами, указанными на
рис. 3.21, 3.22, и разместить дерево за пределами ландшафта.
Тиражировать (клонировать) деревья в сцене требуется, используя инструмент Object Paint.
Для этого в выпадающей ленте необходимо задать значения нескольких важных параметров. Прежде всего следует указать объект, который будет клонироваться, затем выбрать режим создания
Рис. 3.21. Добавление объекта из библиотеки AEC Extended
33
Рис. 3.22. Параметры объекта и его размещение в сцене
копий, при котором клонироваться будут только те объекты, которые внесены в список, и выбрать режим размещения клонов, где
поверхностью размещения будет служить объект, выделенный в
окне проекции, как показано на рис. 3.23.
Следующие настройки определяют размеры клонов и их ориентацию на поверхности ландшафта. Необходимо установить расстояние
между клонами, способ выравнивания по оси Z, согласно рис. 3.24.
В последнюю очередь указывается диапазон размеров создаваемых клонов и их начальное положение, относительно вертикальной оси, после чего следует подтвердить все настройки нажатием
кнопки Commit, как показано на рис. 3.25.
После того, как все настройки инструмента Object Paint заданы, можно добавлять объекты в сцену. Для этого в окне проекции Perspective кликом мыши выделяется созданная поверхность
Рис. 3.23. Выбор объектов клонирования
и поверхности размещения клонов
34
Рис. 3.24. Настройки выравнивания клонов
Рис. 3.25. Настройки размеров клонов
ландшафта. В ленте с настройками нажатием активируется кнопка
добавления клонов (рис. 3.25). И через окно проекции Perspective
при нажатии левой кнопки и одновременном движении мыши, по
пути следования курсора автоматически добавляются клоны деревьев. После добавления моделей деревьев на поверхность инструмент следует отключить, повторно нажав на кнопку активации.
Чтобы изменить способ отображения деревьев с упрощенного на
детализированный, в окне проекции выделяется дерево-родитель
(добавленное в сцену первым) и во вкладке Modify через раздел параметров Viewport Canopy Mode ставится режим Never. Результат
клонирования инструментом Object Paint приведён на рис. 3.26.
Рис. 3.26. Расстановка деревьев
с использованием инструмента Obect Paint
35
В завершении работы следует подобрать ракурс в окне проекции
Perspective, сделать визуализацию Rendering → Render Setup.
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи, описание процесса выполнения, подкреплённое скриншотами, результат моделирования – визуализация сцены и выводы.
36
Лабораторная работа № 4
ТЕКСТУРИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ И ОСВЕЩЕНИЕ СЦЕНЫ
Цель работы: получить навыки в создании различных материалов и текстурирования объектов, добавления и настройки источников света в сцене.
Порядок выполнения лабораторной работы
Используя инструменты пакета 3ds Max (версия 2015), выполнить следующие задания на основе трёхмерных сцен, созданных в
лабораторных работах № 2 и № 3, в следующем порядке:
– реализовать постановку света в сцене для интерьера и экстерьера;
– создать материалы для объектов сцены из лабораторной работы № 2;
– создать материалы для архитектурного сооружения и ландшафта на основе двухмерных карт из лабораторной работы № 3;
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Пример выполнения лабораторной работы приведён на рис. 4.1.
Для выполнения задания необходимо использовать объекты,
созданные в первой и третьей лабораторной работе. Следует создать
копию сцены, выполненной в третьей лабораторной работе, выделить все элементы здания и в контекстном меню скрыть остальные
Рис. 4.1. Модель архитектурного сооружения
37
невыделенные объекты: правая кнопка мыши → Hide Unselected.
Затем следует добавить в сцену три объекта из первой лабораторной работы: тело выдавливания, тело вращения и любой примитив;
при помощи команды Scale подобрать подходящие размеры и разместить их внутри архитектурного сооружения.
Постановка света, создание материалов и работа
с редактором материалов
Перед тем как создавать материалы, в сцену следует добавить
освещение. Надо отметить, что в освещении разных сцен участвуют разные источники света. В данной лабораторной работе рассматривается освещение как интерьера (пространство внутри здания),
так и экстерьера (открытое пространство). Для освещения интерьера в сцену требуется добавить два источника света, имитирующих
прямой и заполняющий свет. Источником прямого света в этом
случае служит Create → Lights → Target Spot, который добавляется
в сцену в окне проекции Front внутрь здания. Его необходимо разместить в сцене, как показано на рис. 4.3, и настроить ракурс окна
проекции Perspective так, чтобы объекты, расположенные внутри
здания, были видны. Настройки параметров приведены на рис. 4.3.
Далее, в сцену в окне проекции Top добавляется источник для
имитации рассеянного света Create → Lights → Omni. Его следует
разместить над объектами внутри здания. Во вкладке Modify требуется установить параметры, согласно рис. 4.4. А для окна проекции
Perspective следует подключить отображение освещения (рис. 4.5).
Создание и назначение материалов осуществляется в редакторе
материалов Rendering → Material Editor → Slate Material Editor. Открывшееся окно состоит из нескольких элементов. Вверху окна –
основное меню. Слева библиотека материалов, откуда они пере-
Рис. 4.2. Размещение объектов
38
Рис. 4.3. Добавление, размещение и настройки источника Target Spot
Рис. 4.4. Размещение и параметры источника света Omni
Рис. 4.5. Отображение освещение в окне проекции Perspective
39
таскиваются зажатой левой кнопкой мыши (drag&drop) в общую
схему View. При клике на диаграмме материала в окне View справа
отображается окно настроек данного материала. Справа вверху расположен навигатор для быстрого доступа к нужной части схемы.
В 3D Max существует много видов материалов, но в рамках данной
работы будут рассмотрены только четыре типа. Основной тип материала – стандартный (Standard). После перетаскивании его из левого окна в окно View, справа можно увидеть появившиеся настройки:
– diffuse – цвет повехности;
– specular – цвет блика;
– self-illumination – самосвечение поверхности.
Раздел параметров Specular Highlights отвечает за настройки
блика:
– specular level – интенсивность сияния;
– glossiness – определяет размер области сияния;
– soften – снижает насыщенность сияния.
В окне проекции выделяется объект, к которому будет применяться создаваемый материал. В схему необходимо перетащить материал типа Standard и задать любой цвет в слоте Diffuse (рис. 4.7),
после чего применить материал к объекту указанной кнопкой или
через меню Material → Assign Material To Selection. Результат применения материала показан на рис. 4.6.
Следующий тип материала, который следует добавить в схему – Blend. Данный материал смешивает два базовых материала
типа Standard либо по числовому значению параметра MixAmount,
которое соответствует процентному содержанию первого материала в конечном, либо цвета смешиваются по маске – чёрно- белому
изображению (карте), где в чёрных областях смешивания произво-
Рис. 4.6. Результат применения
материала
40
Рис. 4.7. Окно редактора материалов Slate Material Editor
Рис. 4.8. Результат применения
материала Blend
диться не будет. В базовых материалах Standard необходимо задать
разные цвета в слоте Diffuse, а также задать блики в настройках
Specular Highlights, рассмотренных выше; в материале Blend задать MixAmount в диапазоне от 10 до 90 (рис. 4.9) и применить к
другому объекту сцены, расположенному внутри здания.
Далее требуется создать материал типа Top/Bottom, включающий в себя два базовых материала Standard для верхней и нижней поверхностей, которые управляются направлением нормалей.
Если значение Blend = 0 – переход будет резким, если значение
41
Рис. 4.9. Настройки материала Blend
Рис. 4.10. Настройки материала Top/Bottom
42
Blend = 100 – плавным и размытым. Параметр Position определяет
положение границы перехода. Чем больше значение, тем выше расположена граница. Созданный материал применяется к очередному объекту, находящемуся внутри здания.
После того как все материалы созданы и назначены, следует сделать визуализацию Rendering → Render и сохранить изображение.
Для того, чтобы продолжить работу над выполнением задания, необходимо сохранить копию сцены (Save As), так как дальнейшие
действия будут производиться над архитектурным сооружением.
В открытой скопированной сцене требуется удалить источники
света и объекты из первой лабораторной работы.
Текстурирование модели архитектурного сооружения
Материалы, создаваемые для элементов архитектурного сооружения, отличаются от рассмотренных выше тем, что кроме цвета
и блика для поверхности задаётся микрорельеф при помощи процедурных карт, а для некоторых элементов при помощи карты необходимо задать и цвет.
Карта представляет собой двухмерное изображение. В зависимости
от типа карты её внешний вид различается. Например, если цвет поверхности задан текстурой типа Bitmap, то карта является растровым
изображением (имеет конечный набор пикселей) и проецируется на
объект путём добавления в слот Diffuse. В остальных случаях карты
имеют чёрно-белый цвет и используются для имитации рельефности,
блика, прозрачности и проецируются в на объект через слоты Bump,
Specular, Opacity. Также существуют и параметрические карты, которые являются векторными. Они позволяют генерировать материалы
высокой детализации и имеют обширный набор настроек.
В рамках данной лабораторной работы рассмотрим проецирование рельефности. Рельефность поверхности задается при помощи
карты – bitmap текстуры в серых тонах, или процедурной карты.
Проецирование рельефности (Bump mapping) означает отклонение от
перпендикулярного направления нормалей к поверхности объекта.
Карта с измененным направлением нормалей позволяет создать иллюзию рельефности объекта: наличие впадин и выступов. Плавный
переход осуществляется засчет разности уровней яркости соседних
пикселей в карте рельефности, что оказывает влияние на направление нормалей в соответствующих областях. Светлые области на карте задают приподнятые участки поверхности, а тёмные – опущенные
участки. Проецирование рельефности не изменяет геометрическую
форму объекта, а создает иллюзию рельефа поверхности.
43
Сначала в сцену следует загрузить два стандартных материала с указанным цветом для фасада, части кровли и колонн здания
(рис. 4.11).
Создание рельефа начинается с добавления в схему View в окне
Slate Material Editor стандартного материала для цоколя здания.
Затем в схему из раздела Maps перетаскиваются две параметрических карты Tiles и одна параметрическая карта Noise.
Чтобы подгрузить карту в слот рельефности Bump, достаточно
соединить её линией с указанным слотом, используя левую кнопку
мыши+зажатие. Карта Noise будет использоваться для задания неравномерного закрашивания плиток карты Tiles, которая, в свою
очередь, подгружается в слот Diffuse материала Standard. Все настройки карт и схема их соединения приведены на рис. 4.12–4.16.
Материал кровли также создаётся на основе стандартного материала и двух карт Tiles: одна подгружается в слот Diffuse, а другая – в Bump. Общая схема в окне редактора материалов и настройки карт приведены на рис. 4.16–4.18.
Перед тем как применить материалы к объектам, следует создать
единый материал – контейнер, позволяющий наносить включённые
в него материалы по уникальному номеру ID полигонов сетки объекта. В схему View добавляется материал Multi/Sub-Object. В него
подгружаются все четыре материала, как показано на рис. 4.19.
Когда материалы созданы, элементы здания необходимо разгруппировать Group → Ungroup, поочерёдно выделить и к каждому
в отдельности применить модификатор Edit Poly, который позволит
Рис. 4.11. Материалы для фасада и колонн
44
Рис. 4.12. Схема материала цоколя в окне Slate Material Editor
Рис. 4.13. Настройки карты
Noise
Рис. 4.14. Общие настройки
карты Tiles
45
Рис. 4.15. Настройки карты Tiles
для слота Bump
Рис. 4.16. Настройки карты Tiles
для слота Diffuse
Рис. 4.17. Общая схема материала кровли в окне View
46
Рис. 4.18. Настройки карты Tiles
для слота Diffuse
Рис. 4.19. Настройки карты Tiles
для слота Bump
редактировать объект на уровне полигональной сетки. Для колонн
и лепнины достаточно установить ID одному экземпляру каждого из
этих элементов, так как они являются не полноценными копиями, а
копиями с наследованием Instance, созданные при тиражировании в
массиве Array. Любое изменение одного объекта вызовет аналогичное
изменение всех остальных копий. Чтобы материалы применились к
нужным поверхностям, их порядковые номера в материале-контейнере Multi/Sub-Object должны совпадать с номерами тех полигонов
объекта, к которым требуется применить конкретный материал.
Рассмотрим элементы сооружения. В окне проекции Front выделяется кровля. Во вкладке Modify следует перейти в модификатор Edit
Poly на уровень подчинённых объектов – полигонов и нажать комбинацию клавиш Ctrl+A, выделив все полигоны объекта (рис. 4.22).
В разделе параметров Polygon: Material IDs указываем для всех выделенных полигонов порядковый номер, соответствующий материалу
колонн из контейнера Multy/Sub Object, как показано на рис. 4.20.
Для нижней части кровли требуется указать материал колонн.
Для этого в окне проекции Front при помощи рамки выделения
указывается только нижний ряд полигонов, для которых указывается значение ID, равное порядковому номеру материала для колонн в контейнере Multi/Sub Object (рис. 4.21).
47
Рис. 4.20. Общая схема материалов
для архитектурного сооружения
Рис. 4.21. Указание ID полигонов
48
Рис. 4.22. Выделение полигонов кровли с установкой ID
Аналогичным способом необходимо задать ID для всех остальных элементов сооружения. При наложении любой текстурной
карты на поверхность (растровой или процедурной векторной) в зависимости от геометрической формы объекта требуется определить
способ проецирования. По умолчанию все текстурные карты накладываются планарно, т. е. происходит параллельное проециро-
Рис. 4.23. Результат применения
материалов
49
вание. На геометрически сложных поверхностях возникает искажение текстур. Чтобы этого избежать, следует применить к объекту модификатор UVW Map, где выбрать способ проецирования. Из
всех объектов сцены модификатор UVW Map требуется применить
только к цоколю, указав способ проецирования Cylindrical (+Cap).
После определения ID полигонов и способа проецирования требуется выделить все объекты рамкой выделения в окне Top и прикрепить материал Multi/Sub Object, пользуясь командой в меню
редактора материалов Material → Assign Material To Selection. Результат применения всех материалов приведён на рис. 4.23.
Текстурирование ландшафта требуется реализовать, используя инструмент Tools → Viewport Canvas. Этот инструмент позволяет текстурировать объекты сцены вручную при помощи кисти
в окне проекции Perspective. Чтобы начать текстурирование, следует выделить в сцене поверхность ландшафта и в окне настроек
Viewport Canvas активировать режим нанесения кистью, а затем,
выбрать тип карты Diffuse, чтобы созданная карта загружалась в
слот Diffuse. В открывшемся окне настроек требуется задать размерность карты в пикселях и указать место сохранения карты на
диске (рис. 4.24).
Далее повторно активируется режим кисти, после чего в открывшемся окне следует выбрать внешний вид накладываемой текстуры и подходящий размер кисти. Чтобы загрузить собственную текстуру кисти, достаточно скопировать её в папку Custom Brushes,
которая открывается при нажатии на кнопку Browse Custom Maps
Dir в окне Viewport Canvas (рис. 4.25)
После всех указанных настроек в окне проекции Perspective одновременным нажатием и движением с удерживанием левой кнопки мыши поверхность ландшафта текстурируется. Сохранённая
текстура ландшафта также может быть доработана в редакторе 2D
Рис. 4.24. Настройки окна Viewport Canvas
50
Рис. 4.25. Настройки кисти и окно загрузки
дополнительных текстур в окне Viewport Canvas
графики, например, Adobe Photoshop. Фоновая картинка добавляется в сцену через меню Rendering → Environment → Environment
Map. В слот подгружается растровая текстурная карта. Результат
текстурирования приведён на рис. 4.1.
В завершении следует добавить в сцену освещение. Источник прямого света, имитирующий прямой свет Target Direct располагается
в окне проекции Front с параметрами, приведёнными на рис. 4.26.
51
Рис. 4.26. Расположение источников света в сцене
Рис. 4.27. Настройки источника Target Direct
Рис. 4.28. Настройки источника света Skylight
Источник света Skylight помещается в сцену в окне проекции
Top и настраивается, как показано на рис. 4.27, 4.28.
В завершении необходимо подобрать ракурс в окне проекции
Perspective и сделать визуализацию Rendering → Render с разрешением не выше 640*480. Время визуализации может достигать до
2–3 часов. Полученное изображение нужно сохранить и оформить
отчёт.
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи, описание процесса выполнения, подкреплённое скриншотами, результат моделирования – визуализация сцены и выводы.
52
Лабораторная работа № 5
БАЗОВЫЕ ПРИЁМЫ АНИМАЦИИ
Цель работы: получить навыки анимации сцены с использованием ключевых кадров и контроллеров анимации.
Порядок выполнения лабораторной работы
Используя инструменты пакета 3ds Max (версия 2015), выполнить следующие задания на основе трёхмерной сцены, созданной в
лабораторной работе № 4, в следующем порядке:
– анимировать трансформацию объектов в пространстве сцены;
– анимировать изменение формы объектов с использованием
модификаторов в соответствии с вариантом задания, приведённом
в лабораторной работе № 2 (табл. 2);
– анимировать свойства поверхности, согласно приведённым
указаниям;
– анимировать камеру с использованием ограничений и контроллеров;
– анимировать систему освещения;
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Анимация трансформации объектов
В этой части работы создаётся динамическая сцена, объекты которой меняют своё местоположение, ориентацию и масштаб, а также форму, под влиянием модификатора на протяжении 100 кадров
анимационной последовательности. Выполнение этой части задания производится на основе моделей сцены из первой лабораторной
работы с наложенными материалами.
Рис. 5.1. Элементы интерфейса для управления анимацией: 1 – бегунок,
2 – шкала анимации, 3 – ключевой кадр, 4 – кнопки воспроизведения
анимации, 5 – окно настройки времени, скорости и размерности
анимации, 6 – кнопка автоматического режима записи ключей
53
Для анимации изменения местоположения одного из объектов в
сцене следует выделить его в окне проекции, а затем, в шкале анимации, расположенной внизу окна программы, активировать режим
автоматического создания ключей, нажав кнопку Auto (рис. 5.1).
Шкала анимации изменит свой цвет на красный, и это означает, что
режим записи включён. По умолчанию шкала анимации имеет длительность в 100 кадров. Для перемещения между кадрами используется бегунок. Анимация в программе автоматически просчитывается на основе расставленных вручную ключей. Очень важно соблюдать порядок действий: сначала в режиме записи указывается кадр
при помощи бегунка, а потом производятся изменения объекта.
Для установки первого ключа в режиме записи Auto бегунок
необходимо установить в 50 кадр, после чего в окне проекции Top
переместить объект в другое место пространства сцены с помощью
команды Move
. Новые координаты объекта автоматически сохранятся в ключе. Установив бегунок на 100 кадре, следует снова
переместить объект в окне проекции Top. Режим записи теперь необходимо отключить, повторно нажав кнопку Auto. Для воспроизведения анимации достаточно нажать кнопку Play Animation
в правом углу окна программы.
Аналогичным способом требуется создать анимацию, где любой
из объектов менял бы своё положение в результате вращения (команда Rotate) и масштаб (команда Scale).
Анимация изменения формы на основе модификатора
В сцене требуется создать анимацию изменения формы любого
выбранного объекта с использованием модификатора, согласно варианту задания, из табл. 2.2 второй лабораторной работы.
Рис. 5.2. Анимация модификатора Stretch
54
Рассмотрим анимацию модификатора Stretch. После выделения
объекта в окне проекции и применения к нему указанного модификатора, во вкладке Modify открываются его настройки. Активируется режим записи ключевых кадров Auto. Бегунок устанавливается в 30 кадр, после чего в поле значения Stretch, отвечающее
за степень растяжения, вводится значение, подобранное так, чтобы
объект незначительно изменил свою форму. Бегунок перемещается
в 60 кадр. Параметр Stretch увеличивается в 2 раза. Бегунок устанавливается в 100 кадр – параметр Stretch задаётся равным нулю.
Режим записи выключается. При воспроизведении анимации в
окне Perspective видно, как объект будет растягиваться, а затем
опять примет исходную форму (рис. 5.2).
Анимация свойств поверхности
Кроме изменения положения в пространстве и формы поверхности, можно также анимировать её свойства. В данной части задания
требуется создать анимацию материала Top/Bottom, применённого к
одному из объектов сцены (рис. 5.3). Для этого в редакторе материалов
активируется материал Top/Bottom, где в параметре Position, отвечающим за местоположение границы смешивания двух материалов,
устанавливается значение равное 10. Активируется режим автоматической записи ключей Auto. Бегунок переносится в 30 кадр. Значение
Position в окне редактора материалов увеличивается до 35. Бегунок
устанавливается в 60 кадр – значение Position увеличивается до 75.
Бегунок устанавливается в 100 кадр – значение Position выставляется
Рис. 5.3. Анимация материала Top/Bottom
55
равным 90. Режим записи анимации выключается. В результате, после проделанных действий граница смешивания материалов в течении 100 кадров будет перемещаться по поверхности объекта.
Результат анимации материалов отображается только при визуализации анимационной последовательности – видеоролика, которая будет рассмотрена в шестой лабораторной работе, поэтому для
демонстрации выполнения этой части задания следует сделать статичную визуализацию в кадрах с номерами 50 и 80.
Анимация с использованием ограничений и контроллеров
Контроллеры и ограничения анимации позволяют автоматизировать генерацию ключей для определённых движений объекта.
Ограничения позволяют заставить объект двигаться в нужном направлении или не двигаться, т. е. перемещаться определённым образом по определённому маршруту. В рамках данной лабораторной
работы будет рассмотрено ограничение LookAt. Его функция заключается в том, что под его влиянием объект вращается таким образом, чтобы он всегда был направлен на другой указанный объект.
Лучше всего работа этого ограничения видна при работе с камерой.
Камера в сцене используется для того, чтобы установить точку наблюдения за объектами сцены. Это особенно важно при анимации
объектов. Перемещаясь, они не должны внезапно исчезнуть из кадра. Ограничение LookAt позволяет камере поворачиваться за объектами, и они всегда будут находиться в кадре. Камеру можно добавить в сцену либо через меню Create → Cameras → Target Camera,
либо через вкладку Create. Есть и ещё один способ. В окне проекции Perspective подбирается подходящий ракурс, а затем нажатием Ctrl+C из него автоматически создаётся камера. Чтобы указать
ограничение для созданной камеры, следует её выделить в окне
проекции Top, а затем выбрать ограничение из основного меню
Animation → Constraints → LookAt Constraint. Далее, во вкладке
Рис. 5.4. Выбор объекта наблюдения в окне проекции
56
Motion необходимо указать объект наблюдения в окне проекции после нажатия кнопки Pick (рис. 5.4). При воспроизведении анимации
будет видно, как камера поворачивается за указанным объектом.
Анимация камеры
Данный пункт задания выполняется в сцене с архитектурным
сооружением из четвёртой лабораторной работы. Из сцены требуется удалить все источники света. В окне проекции Perspective
необходимо подобрать ракурс так, чтобы здание расположилось в
его центре. Из установленного ракурса нажатием Ctrl+C следует
создать камеру. В этой части работы будет рассмотрена анимации
камеры на основе ограничения Path Constraint. Оно используется для определения маршрута перемещения объекта вдоль линии
(сплайна).
В окне проекции Top требуется создать сплайн в виде окружности (Create → Shapes → Circle) с радиусом = 350 и интерполяцией
Steps = 20. Окружность следует разместить в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы здание находилось в её центре. В вертикальной плоскости значение координаты z = 30.
Далее требуется назначить ограничение для выделенной камеры
в меню Animation → Constraints → Path Constraint и в окне проекции кликнуть на созданную окружность, либо указать её на вкладке
Motion в разделе настроек Path Parameters. При воспроизведении анимации видно, что камера будет делать облёт вокруг здания (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Добавление ограничения Path Constraint к камере
57
Анимация источника света
Через окно проекции Top в сцену следует добавить систему дневного света Create → Systems → Daylight System. Эта система комбинирует два источника света: прямого и заполняющего. Настройки
источников света приведены на рис. 5.6.
Анимация источника прямого света позволяет имитировать сменяемость времени суток. Для этого следует активировать режим
автоматического создания ключей Auto. Бегунок устанавливается
на 50 кадр. Во вкладке Motion раздела Time в поле Hours вводится
значение 12. Бегунок перемещается в 100 кадр – значение Hours
устанавливается равным 23. Режим записи анимации отключается. В окне проекции необходимо указать режим освещения сцены с
помощью созданных источников (рис. 5.7).
Шаг 1
Шаг 4
Шаг 2
Шаг 5
Рис. 5.6. Добавление и настройка системы
дневного освещения Daylight System
58
Шаг 3
Шаг 6
Рис. 5.7. Настройка затенения в окне проекции Camera002
Рис. 5.8. Анимация источника света
При воспроизведении анимации видно, как источник света и тени
от него, перемещаются, имитируя смену времени суток (рис. 5.8).
В завершении следует продемонстрировать анимацию в окне
проекции Perspective и оформить отчёт.
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи – исходные данные из таблиц с заданиями и
номер варианта, описание процесса выполнения, подкреплённое
скриншотами, результат моделирования – скриншоты анимированной сцены и выводы.
59
Лабораторная работа № 6
ОСНОВЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРЁХМЕРНЫХ СЦЕН
Цель работы: получить навыки визуализации статических и
динамических сцен, послойной визуализации, а также использования и настройки встроенного рендера Mental Ray для расчёта глобального освещения.
Порядок выполнения лабораторной работы
Используя инструменты пакета 3ds Max (версия 2015), выполнить следующие задания на основе трёхмерной сцены, созданной в
лабораторной работе № 5, в следующем порядке:
– настроить источники света и рендер MentalRay;
– визуализировать анимацию сцены, созданную в лабораторной
работе № 5;
– встроить модель на фоновое изображение с учётом теней;
– визуализировать статичный кадр;
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Визуализация трёхмерной сцены рассчитывается в 3D Max на
основе встроенного рендера. Всего их в программе несколько видов.
По умолчанию используется рендер Scanline, который использует
алгоритм растровой строки. Суть его работы заключается в том, что
при рендере отображаются те полигоны, которые лежат на пути воображаемой сканирующей линии. При этом используется Z-буфер:
каждому полигону назначается значение глубины в зависимости от
его удалённости от экрана. При визуализации в расчётах будут учитываться полигоны с наименьшим значением глубины, остальные
исключаются. Это позволяет намного уменьшить время визуализации, однако данный алгоритм не учитывает взаимодействия между
материалами и объектами сцены. Закрашивание точек поверхности
рассчитывается по модели Фонга, учитывающей только локальную
модель освещения, поэтому полученный результат не выглядит реалистичным. Рендер Scanline подходит для черновой визуализации
и часто используется для оценки результата моделирования сцены.
Второй встроенный рендер – Mental Ray. Основное его предназначение в моделирования реальных источников света, а также динамического просчета прохождения потока фотонов через различные
60
поверхности и распределения освещенности с учетом их физических
свойств. Этот рендер использует алгоритм scanline для первичного
визуального определения поверхностей и алгоритм разделения двойного пространства BSP / binary space partitioning для определения
вторичного светового потока фотонов. Комбинация двух алгоритмов
позволяет при допустимом времени визуализации добиться реалистичного затенения сцены с учётом физических свойств материалов.
В программе также предусмотрен рендер для аппаратной визуализации Quicksilver Hardware Renderer, позволяющий формировать
изображения с высокой скоростью, используя ресурсы как центрального, так и графического процессоров (видеокарты). Этот рендер, как
и Mental Ray, поддерживает глобальное освещение, фотометрические
источники света. Рендер Quicksilver является самым младшим, он
доступен в 3d Max с 2012 версии и до сих пор находится в разработке. На данный момент не доступны многие свойства материалов, зато
можно быстро оценить освещение и затенение объектов.
В рамках данной лабораторной работы будет рассмотрен рендер
Mental Ray. Удобство его использования заключается в том, что
он корректно просчитывает стандартные материалы и источники
Рис. 6.1. Подключение рендера
в окне Render Setup
61
Рис. 6.2. Настройка источников света Mental Ray
в системе Daylight system
Рис. 6.3. Настройки глобального освещения
в окне Render Setup
света, которые нуждаются лишь в дополнительных настройках, а
также есть возможность просчитать глобальное освещение при допустимом времени визуализации. Настройка сцены для визуализации Mental Ray производится в несколько этапов. Сначала необходимо подключить рендер в окне Render → Render Setup на вкладке
Common в разделе Assign Render (рис. 6.1).
Для выполнения данного задания требуется использовать сцену
архитектурного сооружения из пятой лабораторной работы. После
того как сцена загружена, следует произвести настройку системы
Daylight System, установив в неё вместо стандартных – источники
света типа mr (mental ray). Для этого необходимо выделить в окне
проекции источники системы и во вкладке Modify настроить их,
как показано на рис. 6.2.
После настройки источников света необходимо установить параметры для расчёта глобального освещения в окне Render Setup во
вкладке Global Illumination, как показано на рис. 6.3.
Визуализация анимационной последовательности
В этой части задания требуется сделать визуализацию последовательности 100 кадров. Время визуализации одного кадра может дости62
гать двух часов, поэтому для сокращения времени визуализации анимационной последовательности из сцены необходимо удалить деревья.
Для этого, в основной панели инструментов выбирается команда
Select By Name.
В строку поиска вводится название объекта – Foliage, и нажатием кнопки Enter все объекты сцены
с таким именем будут выделены. Далее нажатием клавиши delete,
все выделенные объекты удаляются.
Рис. 6.4. Окно выделения объектов по имени
Рис. 6.5. Настройки окна визулизации Render Setup
63
По умолчанию в настройках рендера установлена визуализация
статичного изображения, т. е. одного кадра. Чтобы указать последовательность кадров, необходимо переключить режим с Single на
Range и указать место на диске, куда будет сохранена анимация, в
окне настроек Render → Render Setup (рис. 6.5). Тип сохраняемого
файла следует указать как *.avi.
Встройка визуализированной модели
на фоновое изображение
В этой части задания требуется визуализировать модель архитектурного сооружения на фоне с учётом перспективы и теней. Перед выполнением задания требуется пересохранить сцену с новым
именем и убедиться в том, что в ней присутствует только модель
здания и система освещения Daylight System. Все остальные объекты, включая сплайны, должны быть удалены. Предварительно
необходимо сохранить изображение, приведённое на рис. 6.6.
Для этого, изображение из данного документа PDF следует скопировать в буфер обмена Ctrl+C и вставить в Пуск → Программы
→ Стандартные → Paint, после чего выполнить кадрирование и
сохранить файл в формате *.bmp. Далее следует загрузить изображение в окно проекции Perspective. Для этого при активном виде
Perspective нажатием клавиш Alt+B вызывается окно Viewport
Configuration, где на вкладке Background активируется режим
Рис. 6.6. Фоновое изображение
64
Рис. 6.7. Подготовка в Paint и результат загрузки
фонового изображения в окно проекции Perspective
Use Files и в разделе параметров Setup указывается режим Match
Bitmap и путь к изображению. После нажатия кнопки OK в окне
проекции Perspective отобразится фоновая картинка. Сцена должна выглядеть, как пример на рис. 6.7.
Для установки соответствия между перспективой сцены и перспективой фоновой картинки следует использовать инструмент
Perspective Match. Он активируется в командной панели на вкладке Tools → Perspective Match, как показано на рис. 6.8. Корректировка перспективы осуществляется при помощи вспомогательных
линий. Синие линии соответствуют вертикали (высоте), зелёные –
горизонтали (ширине), а красные – глубине сцены. Направление
линий должно соответствовать рис. 6.8. После того, как линии
Рис. 6.8. Настройка перспективы
65
установлены, следует настроить приближение (zoom) при помощи
вращения колёсика мыши. Для закрепления ракурса следует нажатием клавиш Ctrl+C создать из полученного вида камеру.
После того как перспектива откорректирована, и камера создана, нужно привести в соответствие освещение фоновой картинки и
сцены. Если до этого момента все этапы были проделаны в соответствии с указаниями, то в сцене должна оказаться анимированная
система освещения Daylight. Для того, чтобы изменить местоположение источника, достаточно переместить бегунок шкалы анимации в соответствующий кадр. В зависимости от ракурса, местоположение источника и номер кадра в конкретной сцене могут отличаться, поэтому их нужно подобрать, перемещая бегунок по шкале
таким образом, чтобы источник света оказался слева от здания.
Перед тем как выполнить рендер, требуется подключить дополнительный элемент визуализации – альфа-канал: Alpha. Для этого
в окне Render Setup на вкладке Render Elements следует добавить
указанный элемент из списка в появившемся окне при нажатии
кнопки Add (рис. 6.9).
Перед тем, как сделать визуализацию, в окне проекции Perspective требуется отобразить вид с созданной камеры (рис. 6.10).
После всех настроек следует визуализировать сцену с разрешением 1024*768 и сохранить полученное изображение в формате *.tif.
Для того, чтобы перенести на фоновую картинку тень, падающую от здания, следует добавить в сцену плоскость Create →
Geometry → Plane c размерами 700*500, разместить так, чтобы
здание расположилось в её центре, и назначить материал Standard
светло-серого цвета.
Саму модель здания необходимо сгруппировать Group → Group
и клонировать Edit → Clone → Copy. Полученную копию обязатель-
Рис. 6.9. Добавление элементов визуализации
в окне настроек Render Setup
66
Рис. 6.10. Установка ракурса с камеры
в окне проекции Perspective
но нужно скрыть: правая кнопка мыши → Hide Selection. На оставшуюся модель здания нужно назначить материал Matte/Shadow/
Reflection. Этот материал позволит исключить из визуализации
объект, оставив только тени, которые он отбрасывает на другие
объекты (рис. 6.12).
В окне Render Setup следует добавить элемент визуализации
Shadows, аналогично рис. 6.9, режим визуализации сменить на
single, снять галочку Save File (рис. 6.5) и сделать визуализацию.
Кроме основной сцены будет открыто дополнительное окно буфера
кадров – канал Shadows. Оба полученных изображения требуется
сохранить в формате *.tif (рис. 6.11 и 6.13).
Рис. 6.11. Результат визуализации модели здания и альфа-канала
67
Рис. 6.12. Применение материала Matte/Shadow/Reflection
Рис. 6.13. Результат визуализации модели с назначенным материалом
Matte/Shadow/Reflection и канала теней
Окончательная сборка всех изображений рассматривается в следующей лабораторной работе. В завершении работы необходимо
оформить отчёт.
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи: исходные данные из таблиц с заданиями и
номер варианта, описание процесса выполнения, подкреплённое
скриншотами, визуализацию статичного кадра и каналов.
68
Лабораторная работа № 7
БАЗОВЫЕ ПРИЁМЫ ПОСТОБРАБОТКИ
ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРЁХМЕРНЫХ СЦЕН
В РЕДАКТОРЕ ДВУХМЕРНОЙ ГРАФИКИ GIMP
Цель работы: получить навыки работы с растровой графикой,
каналами и слоями визуализированного изображения.
Порядок выполнения лабораторной работы
Используя инструменты приложения GIMP и плагина FocusBlur, выполнить следующие задания на основе визуализации трёхмерных сцен, созданных в лабораторных работах № 4 и № 6, в следующем порядке:
– осуществить сборку визуализированных каналов из лабораторной работы № 6 в и свести в одно изображение;
– используя плагин Focus Blur создать эффект глубины резкости, используя объекты из лабораторной работы № 4;
– продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Лабораторная работа состоит из двух частей. В первой части производится сборка изображения на основе визуализации каналов, проделанная в работе № 6. Вторая часть связана с получением дополнительных каналов и созданием эффекта глубины резкости на их основе.
Сборка визуализации архитектурного сооружения
После установки приложения Gimp в интерфейсе программы
необходимо настроить отображение слоёв, каналов, панели инструментов. В первую очередь, через меню Windows активируется режим работы в одном окне: Single-Window Mode. Далее через
меню Windows подключается панель инструментов Toolbox. Отображение диалоговых окон слоёв, каналов, истории действий и
цветовой палитры также следует подключить через меню Windows
→ Dockable Dialogs → Layers/Channels/Undo History/Colors. После
настроек интерфейса следует загрузить изображения.
Полученные в результате визуализации сцены из лабораторной
работы № 6: файлы формата *.tif, а также фоновое изображение,
пересохранённое из MS Word в Paint в формате *.bmp, требуется
загрузить в приложение GIMP.
69
Рис. 7.1. Окно программы GIMP с настроенным интерфейсом
и загруженными файлами
Необходимо перенести визуализацию здания на фоновое изображение, используя альфа-канал. В изображении с архитектурным
сооружением в диалоговом окне Channels правой кнопкой мыши на
альфа канале вызывается контекстное меню, из которого выбирается пункт преобразования в выделение (рис. 7.2). Далее выделе-
Рис. 7.2. Вставка нового слоя через альфа-канал изображения
70
ние копируется в буфер обмена Edit → Copy. После этого необходимо перейти в редактирование фонового изображения (окружения),
где в меню Edit → Paste вставить выделение. Если выделение оказалось не на своём месте, то его следует переместить вручную при
помощи инструмента Move из основной панели инструментов, расположенной слева.
Далее вставленное изображение преобразуется в новый слой
(рис. 7.3).
Аналогичным способом на фоновое изображение подгружаются тени. Их местоположение корректируется инструментом Move.
Для слоя, в котором сохраняются тени, следует установить параметр Opacity (непрозрачность) равным 60 (рис. 7.4).
Рис. 7.3. Преобразования вставленного выделения
в новый слой
Рис. 7.4. Загрузка теней в новый слой и настройка прозрачности
71
Созданная сборка сохраняется в отдельный файл *.xcf (File →
Save As) и сохраняется в единое растровое изображение, в котором
все слои сводятся в один фоновый слой *.jpg. (File → Export As).
Создание эффекта глубины резкости
с использованием канала Z-buffer
Для выполнения этой части работы потребуются объекты из
первого пункта лабораторной работы № 4. Настройки источников
света и рендера Mental Ray должны быть такими же, как и в указанной работе.
Расположить объекты следует так, чтобы некоторые из них находились на переднем плане, а другие – на заднем. Камеру требуется разместить подальше от объектов и сделать приближение при
помощи параметра Lens. Пример расположения камеры и объектов
на подставке приведён на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Расположение объектов и камеры в окне проекции Top
Рис. 7.6. Подключение дополнительных проходов
визуализации
72
В окне настроек Render Setup на вкладке Render Elements необходимо подключить дополнительные свойства визуализации:
MaterialID и Z Depth (рис. 7.6).
Канал MaterialID позволяет визуализировать сцену в виде контрастных областей разного цвета, каждая из которых соответствуют объекту сцены, согласно назначенному материалу и присвоенному для этого материала идентификатору ID. Для присвоения ID
следует открыть Slate Material Editor и поочерёдно для каждого материала сцены указать уникальный номер из списка, как показано
на рис. 7.7.
Фоновый цвет следует изменить с чёрного на белый в окне
Rendering → Environment (рис. 7.8).
После того как сцена настроена согласно приведённым выше
указаниям, требуется визуализировать сцену Rendering → Render,
и все каналы сохранить в отдельные файлы. Канал MaterialID сохраняется в файл *.bmp. Примеры полученных каналов приведены
на рис. 7.9.
Рис. 7.7. Назначение идентификатора материалу
в окне Slate Material Editor
73
Рис. 7.8. Изменение цвета фона
Рис. 7.9. Визуализация каналов Diffuse, MaterialID и Z depth
Файл с основным изображением следует открыть в приложении
Gimp. Файлы с дополнительными каналами Material ID и Z depth
необходимо загрузить к основному изображению в качестве слоёв:
File → Open As Layers. В результате файл должен состоять из трёх
слоёв.
В этой части работы требуется создать эффект глубины размытия. Этот эффект имитирует свойство камеры, при котором все
объекты, находящиеся от камеры на расстоянии, превышающем
фокусное расстояние – размываются. В рассматриваемом приложении карта глубин Z depth позволит добиться размытия по мере
затемнения объектов (рис. 7.10). Чем темнее на карте объект – тем
больше он будет размыт. Объекты карты глубин, имеющих белый
Рис. 7.10. Вкладка Layers
74
цвет, останутся резкими. Если посмотреть на карту глубин, полученную в результате визуализации, то можно заметить, что объекты отличаются друг от друга незначительно и на изображении
можно отличить лишь их контуры. Применение эффекта размытия
приведёт к тому, что все объекты останутся резкими и практически не подвергнутся размытию. Для того, чтобы добиться нужного
эффекта, карту глубин Z Depth требуется доработать вручную: изменить цвет объектов заднего плана на более тёмный.
Канал MaterialID используется в данном задании для быстрого выделения объектов сцены. Для выделения объекта на вкладке
Layers нажатием мыши активируется слой MaterialID, а остальные
слои делаются невидимыми. Далее в панели инструментов слева
выбирается инструмент Fuzzy Select Tool и нажатием мыши выделяется один из объектов заднего плана. Как только объект выделен, на вкладке Layers делается видимым слой Z depth. На вкладке
Colors выбирается более тёмный оттенок серого цвета, после чего
при помощи инструмента Bucket Fill Tool созданное выделение заливается выбранным цветом нажатием мыши внутри выделения
(рис. 7.11).
1
2
3
4
5
6
Рис. 7.11. Изменение цвета объекта на карте глубин и результат
75
Рис. 7.12. Корректировка цвета области
при помощи инструмента Blend Tool
Указанные действия следует применить ко всем объектам сцены, находящимся на заднем плане. Чем дальше объект, тем более
темным оттенком он должен быть закрашен. Кроме объектов, необходимо также откорректировать цвет пола или подставки – области, на которой расположены объекты. Для этого, в активированном слое MaterialID выделяется область подставки. Затем в слое
Z depth при помощи инструмента Blend Tool, указывается направление перехода цвета от тёмного к светлому нажатием мыши и перемещением с зажатой левой клавишей сверху вниз (рис. 7.12).
После того как карта глубин откорректирована, активируется слой основного изображения Diffuse. Все остальные слои необходимо скрыть, а все выделения – убрать (Select → None). К слою
Рис. 7.13. Настройки фильтра Focus Blur и результат его применения
76
применяется фильтр размытия Filters → Blur → Focus Blur. В появившемся окне фильтра указывается маска размытия – откорректированная карта глубин. Остальные параметры следует указать,
согласно рис. 7.13.
Как видно из рис. 7.13, объекты, находящиеся на переднем плане: яблоко и часть поверхности, – резкие, а задний план – равномерно размыт. Полученное изображение требуется сохранить в
формате *.xcf (File → Save As) и экспортировать в файл *.jpg (File
→ Export As). В завершении работы требуется оформить отчёт.
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи, описание процесса выполнения, подкреплённое скриншотами, результат обработки – двухмерные изображения, вывод.
77
Лабораторная работа № 8
СОЗДАНИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИМИТИВОВ
ПРИ ПОМОЩИ СКРИПТОВ UNITY3D
Цель работы: на примере Unity3D ознакомиться с возможностями создания и трансформации геометрических примитивов, используя программный код на языке C#.
Порядок выполнения лабораторной работы
Продемонстрировать результат преподавателю и оформить отчет.
Таблица 8.1
Варианты задания для выполнения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Box
Sphere
Capsule
Cylinder
Plane
Quad
+
+
+
+
Диагонально
+
Квадратом
+
Треугольником +
Крестом
+
Т-образно
Н-образно
15°
35°
45°
55°
65°
75°
78
+
+
+
+
Геометрические примитивы (3D Object)
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+ +
Способ размещения в сцене
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+ +
+ +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+ + +
Поворот на угол
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Пояснения к выполнению лабораторной работы
Unity3D – это платформа для разработки двух- и трёхмерных
интерактивных приложений и игр. Отличительные её особенности – мультиплатформенность (разработку можно вести на системах Windows и OS X, а публиковать готовые приложения практически на любые платформы, включая мобильные ОС и веб) и относительная простота в освоении.
Работа с примитивами в Unity3D
Хотя среда Unity3D не является трехмерным редактором, некоторые примитивные объекты можно создавать прямо в рабочей сцене.
Всего в Unity3D существует шесть геометрических примитивов:
куб, сфера, капсула, цилиндр, плоскость и квад. Чтобы создать
примитив в сцене, используя графический интерфейс программы
(GUI), достаточно перейти в пункт меню GameObject → 3D Object и
выбрать необходимый примитив (рис. 8.1). Примитив будет размещен в трехмерной сцене в центре видимой области.
Созданный объект (как и все прочие объекты сцены) отобразится в окне иерархии (Hierarchy) (рис. 8.2).
Рис. 8.1. Создание примитива средствами GUI
79
Рис. 8.2. Окно иерархии объектов сцены
Если выделить объект, в окне просмотра (Inspector) отобразятся
все его параметры и прикрепленные к объекту компоненты.
Во вкладке ‘Трансформация’ (Transform) указывается положение (Position) объекта в сцене, вращение (Rotation) относительно
начального положения и масштаб (Scale).
Рассмотрим создание и трансформацию примитивов с использованием языка C#, применяющегося в Unity3D для написания сценариев (или скриптов, Scripts).
Чтобы создать скрипт, необходимо в окне просмотра нажать
‘Добавить Компонент’ (Add Component), а затем выбрать новый
Рис. 8.3. Окно просмотра объекта
80
Рис. 8.4. Создание скрипта через контекстное меню
(New Script), либо уже существующий (Scripts) скрипт (рис. 8.3).
Существует также и другой вариант: в окне с содержимым сцены
(Assets) выбрать Create → C# Script из контекстного меню (вызывается правой кнопкой мыши), а затем перетащить мышью созданный скрипт на объект (рис. 8.4).
Понятие прототипа (префаба, Prefab)
Рассмотрим ситуацию, когда в сцене необходимо создать большое количество одинаковых объектов. Если создавать их через
меню GameObject → 3D Object или экспортировать из 3D-редактора,
то каждый такой объект в сцене будет независимым. Это означает,
что при необходимости внести изменения, придется вносить их в
каждую отдельную копию. Для упрощения работы с одинаковыми
объектами существуют прототипы (или префабы, Prefabs).
Префаб – это образец объекта. Всё копии префаба в сцене будут
являться зависимыми от оригинала, а значит, если внести изменения в сам префаб, то эти изменения повлияют и на все его копии.
Чтобы создать префаб из независимого объекта нужно просто перетащить его мышью из окна ‘Hierarchy’ в окно ‘Assets’. Префаб унаследует все параметры и компоненты исходного объекта (рис. 8.5).
Рис 8.5. Создание префаба
81
Этапы добавления объекта в сцену:
– cоздадим примитив согласно варианту задания (см. ниже)
(в меню GameObject → 3D Object);
– в окне просмотра установим его положение в центр координат
(Position: 0 0 0);
– создадим префаб примитива, перенеся его мышью из окна иерархии в окно содержимого сцены;
– удалим примитив из окна иерархии;
– создадим пустой объект (GameObject → Create Empty) и поместим его в центре координат;
– добавим к пустому объекту скрипт (выделить объект, в окне
‘Inspector’ нажать Add Component → New Script).
Пустой объект нужен для того, чтобы скрипт мог выполняться
сразу после запуска сцены, когда в ней еще нет объектов. Если назначить скрипт не на пустой объект, а на префаб, то он не сможет
выполниться до тех пор, пока вы не поместите в сцену хотя бы одну
копию этого префаба.
Созданный скрипт появится в списке содержимого сцены (Assets). Кликнув на него два раза, откроется среда разработки
MonoDevelop.
MonoDevelop – это стандартная среда программирования, идущая в комплекте с Unity3D. При желании можно использовать любую другую среду, например, Visual Studio или текстовый редактор.
Подготовка сцены
Чтобы увидеть объекты в сцене, сперва понадобится установить источник освещения и расположить камеру. В пункте меню
GameObject → Light выберите Directional Light (Направленный
свет). Местоположение направленного источника в сцене не имеет
значения, поскольку он освещает всю сцену целиком. Задайте вращение по оси X = 45°, а по оси Y = –105°. Основная камера (Main
Camera) изначально присутствует в сцене. Во вкладке Transform
окна Inspector задайте ей положение по осям (X = 0, Y = 8, Z = –17,5)
и поверните ее по оси X на 45°.
Создание объектов при помощи скрипта
Для начала рассмотрим структуру C#-скрипта:
public class Create_Object: MonoBehaviour {
// Use this for initialization
void Start () {
}
82
// Update is called once per frame
void Update () {
}
}
Всё, что находится в теле функции Start, выполняется сразу при
запуске программы. Всё, что находится в теле функции Update,
выполняется каждый кадр. Объявим глобальную переменную cube
типа GameObject (Игровой Объект):
public GameObject cube;
Глобальная переменная будет отображаться в окне Inspector,
там ей можно присвоить значение. Поскольку переменная cube
имеет тип GameObject, то ей можно присвоить значение любого
объекта сцены или префаба. Для этого просто перетащите мышью
префаб из окна Assets в окно Cube вашего скрипта (рис. 8.6).
Функция Instantiate (Создать экземпляр).
Для создания копии префаба и размещения ее в сцене используется функция Instantiate (Создать экземпляр).
Синтаксис функции имеет вид:
public static function Instantiate(original: Object, position:
Vector3, rotation: Quaternion): Object;
public static function Instantiate(original: Object): Object;
Параметры функции Instantiate:
– original: существующий объект (префаб), копию которого вы
хотите создать;
– position: позиция нового объекта;
– rotation: ориентация нового объекта.
Добавим в функцию Start() код для создания экземпляра префаба:
void Start () {
Vector3 pos = new Vector3 (0, 0, 0);
Quaternion rot = Quaternion.identity;
Instantiate (cube, pos, rot);
}
Рис. 8.6. Присвоение префаба переменной
83
Векторы и кватернионы.
Vector3 – это тип данных, описывающий вектор в трехмерном
пространстве. В скобках указывается положение по осям (X, Y, Z).
Quaternion – кватернион, четверка чисел
(x, y, z, w), являющаяся расширением множества комплексных чисел. (x, y, z) здесь –
вектор, а w – скаляр. В общем случае они
обозначают вращение объектов в пространстве. В Unity класс Quaternion используется для представления вращений. В данном
случае функция Quaternion.identity означает ‘нет вращения’.
Если теперь сохранить результат, вернуться из MonoDevelop в Unity и нажать
‘Play’, в центре координат сцены будет созРис 8.7. Углы Эйлера
дан куб – копия нашего префаба.
Функция Quaternion.eulerAngles – поворот на угол Эйлера. Углы Эйлера описывают поворот абсолютно
твердого тела в трёхмерном евклидовом пространстве (рис. 8.7).
Здесь (x, y, z) – это начальная система координат, (X, Y, Z) – поворотная система. При их пересечении образуется линия N, называемая линией узлов.
• Угол α между осью x и N называется углом прецессии.
• Угол β между осями z и Z называется углом нутации.
• Угол γ между осью y и N – угол собственного вращения.
EulerAngles – переменная класса Quaternion. Возвращает представление вращения в углах Эйлера.
Чтобы создать повернутый объект необходимо в коде после
строчки:
Quaternion rot = Quaternion.identity;
добавить:
rot.eulerAngles = new Vector3 (0, 45, 0);
Такая запись означает, что созданный объект будет повернут по
оси Y на 45°.
Содержание и оформление отчёта
Отчёт о лабораторной работе должен содержать: цель работы,
постановку задачи, вариант задания, описание процесса выполнения, подкреплённое скриншотами, скриншоты, вывод.
84
Список рекомендованной литературы
1. Келли Л. Мэрдок. Autodesk 3ds Max 2013. 3D Studio max.
Библия пользователя, оригинал Autodesk 3ds Max 2013 Bible.
3D Studio max: электронное издание. Диалектика, 2013. Электронный ресурс: CD-ROM. 816 с.
2. Тимофеев С. М. 3Ds Max 2014 в подлиннике. СПб.: БХВПетербург, 2014. Электронный ресурс: CD-ROM. 512 с.
3. Видеокурсы LYNDA. URL: http:// www.lynda.com. Режим доступа: свободный.
4. Видеокурсы от PLURALSIGHT CEO. URL: http://www.digitaltutors.com. Режим доступа: свободный.
85
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.................................................................................... Лабораторная работа № 1.Моделирование геометрических
примитивов и визуализация статичного кадра................................ Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Моделирование объектов...................................................... Модификация объектов....................................................... Трансформация объектов в пространстве................................ Моделирование объектов сцены............................................ Содержание отчета................................................................. Лабораторная работа № 2.Моделирование примитивов,
тел выдавливания и вращения. Применение модификаторов.
Трансформация объектов............................................................. Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Создание тела выдавливания................................................ Создание тела вращения...................................................... Содержание и оформление отчёта............................................. Лабораторная работа № 3. Создание сложных полигональных
объектов и способы их редактирования. Тиражирование объектов..... Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Моделирование цоколя........................................................ Моделирование фасада........................................................ Моделирование кровли и элементов лепнины.......................... Моделирование колонн........................................................ Моделирование ландшафта.................................................. Озеленение ландшафта........................................................ Содержание и оформление отчёта............................................. Лабораторная работа № 4. Текстурирование объектов и освещение
сцены........................................................................................ Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Постановка света, создание материалов и работа с редактором
материалов........................................................................ Текстурирование модели архитектурного сооружения............. Содержание и оформление отчёта............................................. Лабораторная работа № 5. Базовые приёмы анимации...................... Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Анимация трансформации объектов...................................... Анимация изменения формы на основе модификатора............. Анимация свойств поверхности............................................ Анимация с использованием ограничений и контроллеров....... 86
3
5
5
6
6
8
9
10
12
13
13
14
14
15
22
23
23
23
24
24
27
29
32
33
36
37
37
37
38
43
52
53
53
53
53
54
55
56
Анимация камеры .............................................................. Анимация источника света................................................... Содержание и оформление отчёта............................................. Лабораторная работа № 6. Основы визуализации трёхмерных сцен.... Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Визуализация анимационной последовательности................... Встройка визуализированной модели
на фоновое изображение...................................................... Содержание и оформление отчёта............................................. Лабораторная работа № 7. Базовые приёмы постобработки
визуализации трёхмерных сцен в редакторе двухмерной графики
GIMP......................................................................................... Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Сборка визуализации архитектурного сооружения.................. Создание эффекта глубины резкости
с использованием канала Z-buffer......................................... Содержание и оформление отчёта............................................. Лабораторная работа № 8. Создание и трансформация
геометрических примитивов при помощи скриптов Unity3D ............ Порядок выполнения лабораторной работы................................ Пояснения к выполнению лабораторной работы......................... Работа с примитивами в Unity3D........................................... Понятие прототипа (префаба, Prefab)..................................... Подготовка сцены............................................................... Создание объектов при помощи скрипта................................. Содержание и оформление отчёта............................................. Список рекомендованной литературы............................................ 57
58
59
60
60
60
62
64
68
69
69
69
69
72
77
78
78
79
79
81
82
82
84
85
87
Учебное издание
Гребенникова Елизавета Леонидовна,
Булгаков Дмитрий Алексеевич
ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ,
АНИМАЦИИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ 3D-СЦЕН
В ПАКЕТЕ AUTODESK 3DS MAX
Практикум
Публикуется в авторской редакции.
Компьютерная верстка С. Б. Мацапуры
Сдано в набор 14.02.17. Подписано к печати 16.03.17.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 5,1.
Уч.-изд. л. 5,5. Тираж 50 экз. Заказ № 88.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
7 664 Кб
Теги
grebennikovabulgakov
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа