Grafică 3D este o reproducere vizuală optică a obiectelor grafice 3D, sub formă de forme vizual-matematice, reproduse pe un monitor de computer pentru a oferi o afișare realistă a componentelor procesate și a manipulărilor ulterioare cu acestea.

Construcția obiectelor geometrice tridimensionale se bazează pe un sistem de coordonate dreptunghiular numit " Sistemul de coordonate carteziene» în onoarea savantului francez Rene Descartes (1596 – 1650).

Abrevierea 3D este un simbol pentru grafica tridimensională, constând dintr-un număr și o literă, care în formă extinsă înseamnă " tridimensională„- având trei dimensiuni.

Modelele tridimensionale sunt împărțite în trei tipuri în funcție de scopul lor funcțional:

Primul și cel mai simplu tip, designul orientat pe obiecte, este modelarea wireframe la nivel scăzut. Obiectele obținute ca urmare a acestui tip de reproducere vizuală se numesc wireframe sau wireframe, care la rândul lor constau din seturi interconectate de linii de modelare, segmente și arce. Modelele de acest tip nu conțin informații despre suprafața, volumul unui obiect structural și sunt utilizate în cea mai mare parte ca una dintre metodele de vizualizare. Unul dintre avantajele modelelor tridimensionale wireframe este cantitatea minimă de RAM ocupată a computerului. Vizualizarea wireframe este adesea folosită pentru a simula traseul sculei, în sisteme CAM speciale pentru pregătirea algoritmilor de control pentru mașinile cu comandă numerică.

Modelarea suprafeței, spre deosebire de construcția cu cadru sârmă, pe lângă punctele și liniile care fac parte din elementele fundamentale ale obiectului, include suprafețe care formează conturul vizual al figurii afișate. La dezvoltarea unor astfel de forme, se presupune că obiectele geometrice sunt limitate de părțile exterioare ale obiectului, care le separă de spațiul înconjurător.

Modelarea solidă este cea mai completă și mai fiabilă construcție a unui obiect real. Rezultatul construcției unui corp geometric prin această metodă este o mostră monolitică a unui produs nou, care include componente precum linii, margini și, cel mai important, o suprafață este creată în forma geometrică a obiectului cu parametri atât de importanți precum corpul. masa si volumul.

Pentru a lucra cu modele tridimensionale, se folosesc programe speciale care oferă suport computerizat pentru proiectare.

Unul dintre aceste instrumente este AutoCAD. Inițial, versiunile acestui produs software au susținut o construcție geometrică bidimensională, dar, de-a lungul timpului, specialiștii de la o companie americană Autodesk a integrat posibilitatea formării obiectelor tridimensionale în mediu AutoCADîn afară de curentul principal al programului.

Programe de modelare parametrica precum solidworks, Autodesk Inventor, Pro/Inginer, CATIA au fost create inițial pentru proiectare pe baza unui model tridimensional cu proiectare ulterioară, documentație de reglementare.

Modelele obținute de programele de mai sus sunt în esență aceleași. Un model solid sau un model de plasă rămâne așa, indiferent de produsul software, dar, cu toate acestea, din cauza diferenței de formate de fișiere care poartă informații despre un obiect, acesta nu poate fi întotdeauna deschis pe un program terță parte.

Pentru a face schimb de obiecte vizual-spațiale între diferite platforme software, există formate speciale de fișiere în care sunt exportate conținutul principalelor formate, după care pot fi deschise în alte interprete care suportă 3D- grafica.

Export Import 3D-modelele pot fi realizate folosind fișiere cu următoarele extensii:

• ACIS *.sat
• PAS AP203/214 *.pas,*.stp
• IGES *.igs,*.iges

Grafică pe computer- o știință care studiază metodele și modalitățile de creare, formare, stocare și prelucrare a imaginilor folosind sisteme de calcul software și hardware.

Grafică tridimensională (grafică 3D) - o secțiune de grafică pe computer, un set de tehnici și instrumente software și hardware concepute pentru reprezentarea spațială a obiectelor într-un sistem de coordonate tridimensional.

Model - un obiect care reflectă trăsăturile esențiale ale obiectului, fenomenului sau procesului studiat.

Modelare 3D - studiul unui obiect, fenomen sau proces prin construirea și studierea modelului acestuia.

Editori de grafică 3D- programe și pachete software concepute pentru modelare tridimensională.

plasă poligonală - un set de vârfuri, muchii, fețe care determină forma unui obiect poliedric în grafica tridimensională.

Poligon- cel mai mic element al unei grile poligonale, poate fi un triunghi, patrulater sau alt poligon simplu convex.

Splina- un obiect geometric bidimensional care poate servi drept bază pentru construcția obiectelor tridimensionale.

Motor grafic („vizualizator”; uneori „redare”)- sub-software, a cărui sarcină principală este vizualizarea (redarea) graficii computerizate bidimensionale sau tridimensionale.

Metode de creare a obiectelor 3D

După forma lor, obiectele lumii reale sunt împărțite în simple și complexe. O cărămidă este un exemplu de obiect simplu, iar o mașină este un exemplu de obiect complex. Pentru orice obiect din lumea reală, indiferent de complexitatea și natura acestuia, puteți crea un model tridimensional. Există mai multe metode de modelare 3D:

modelare bazată pe primitive;

· modelare spline;

Utilizarea modificatorilor

modelare cu suprafete editabile: Plasă editabilă(suprafață editabilă), Poly editabil(Suprafață poligonală editabilă), Patch editabil

Crearea de obiecte folosind operații booleene;

crearea de scene tridimensionale folosind particule;

· NURBS-modelare (modelare bazată pe B-spline neomogene iraționale).

Atunci când creați un obiect pe scenă, este necesar să luați în considerare caracteristicile geometriei acestuia. De regulă, același obiect poate fi modelat în mai multe moduri, dar există întotdeauna o modalitate care este cea mai convenabilă și petrece mai puțin timp.

În această teză, obiectele sunt create pentru un sistem interactiv, ceea ce impune unele restricții asupra complexității acestora. Este imposibil să creați obiecte fotorealiste (obiecte high-poly), deoarece necesită o mulțime de resurse computerizate pe care va fi lansat programul final și, de asemenea, cu cât mai multe obiecte pe scenă, cu atât este mai mare sarcina motorului grafic. Atunci când lucrați la obiecte 3D pentru sisteme interactive, aceste limitări trebuie luate în considerare și este necesar să se creeze obiecte cât mai optimizate, dar nu în detrimentul calității aspectului. Echilibrul dintre calitate și complexitate optimă este una dintre principalele provocări atunci când se creează obiecte pentru sisteme interactive.

Modelare bazată pe primitive

Această metodă este folosită în acele cazuri când puteți împărți mental un obiect în mai multe primitive simple conectate între ele. Este necesar să aveți o gândire spațială bună, să vă imaginați în mod constant obiectul, toate detaliile sale principale și locația lor unul față de celălalt. Folosind primitive, puteți descrie aproape orice obiect, dar atunci când modelați obiecte complexe, după un anumit număr mare de primitive, folosirea acestei metode este inadecvată.

Orez. unu.

Procesul de creare a obiectelor bazate pe primitive poate fi împărțit în etape:

divizarea mentală a obiectului original în primitive;

crearea de primitivi;

aranjarea primitivelor unele față de altele în funcție de forma obiectului creat;

Ajustarea dimensiunilor primitivelor;

texturarea, adică impunerea materialului.

Primitivele sunt cel mai bine folosite atunci când înfățișează obiecte relativ simple. Folosirea lor pentru a afișa obiecte complexe nu este de dorit.

Modelare Spline

Una dintre modalitățile eficiente de a crea modele tridimensionale. Crearea unui model folosind spline se reduce la construirea unui cadru spline, pe baza căruia se creează o suprafață geometrică tridimensională.

În majoritatea editorilor de grafică 3D, există posibilitatea modelării spline, iar setul de instrumente al acestor programe include următoarele figuri:

Orez. 2.

· Linie (Linie);

· Cercul (Cercul);

· Arc (Arc);

· Ngon (Poligon);

· Text (Teks);

· Sectiunea (Sectiunea);

· Dreptunghi (Dreptunghi);

· Elipsa (Elipsa);

· Gogoasa (Inel);

· Steaua (Poligon sub formă de stea);

· Helix (spirală)

· Ou (Ou).

În mod implicit, primitivele spline nu sunt afișate în etapa de randare și sunt folosite ca obiecte de ajutor, dar pot fi făcute redabile dacă este necesar.

Pe baza figurilor spline, puteți crea obiecte tridimensionale geometrice complexe. Această metodă este folosită cel mai adesea la modelarea obiectelor simetrice, prin rotirea profilului spline în jurul unor axe, precum și a obiectelor nesimetrice, prin adăugarea de volum la secțiunea figurii spline selectate.

Folosind modificatori

Un modificator este o operație specială care poate fi aplicată unui obiect care modifică proprietățile obiectului. Toate editoarele de grafică 3D au un număr mare de modificatori care afectează obiectul în moduri diferite, de exemplu, îndoirea, întinderea, netezirea sau răsucirea acestuia. Modificatorii pot servi și pentru a controla poziția unei texturi pe un obiect sau pentru a modifica proprietățile fizice ale acestuia.

Orez. 3.

În produse profesionale cu caracteristici complete pentru 3D modelarea, de exemplu Autodesk 3ds Max este posibil să accesați rapid setările obiectului și modificatorii aplicați acestuia, să dezactivați sau să activați acțiunile modificatorilor, precum și să schimbați ordinea impactului acestora asupra obiectului.

Modelare cu suprafețe editabile

Mod comun de a crea 3D modele. Majoritatea editoarelor de grafică 3D moderne vă permit să lucrați cu următoarele tipuri de suprafețe editabile:

· Plasă editabilă(Suprafață editabilă);

· Poly editabil(Suprafață poligonală editabilă);

· Patch editabil(Suprafața patch-ului editabilă);

Toate metodele de mai sus pentru construirea suprafețelor sunt similare între ele, iar diferențele constau în setările de modelare la nivel de subobiect. În obiecte de tip Poly editabil modelul este format din poligoane, în Plasă editabilă- din fețele triunghiulare, și în Patch editabil- din petice de formă triunghiulară sau patruunghiulară, care sunt create de spline Bezier.

Orez. patru.

Un exemplu de pachet software care are capacitatea de a modela folosind suprafețe editabile este Autodesk 3ds Max. Când lucrați cu obiecte de tip Poly editabil, utilizatorul poate edita vârfuri ( Vertex), margini ( margine), limite ( Frontieră), poligoane ( Poligon) și elemente ( element) a obiectului care se editează. Capacitățile de editare ale obiectelor Editable Mesh diferă prin capacitatea de a schimba fețele ( față) și lipsa modului de editare a frontierei. A lucra cu Patch editabil puteți folosi moduri de editare pentru vârfuri, margini, patch-uri ( Plasture), elemente și vectori ( Mâner).

Orez. 5. Opțiuni de editare a suprafeței Poly editabil De exemplu Autodesk 3ds Max

Este demn de remarcat faptul că „Poly editabil”- cea mai comună metodă de modelare, utilizată pentru a crea atât modele complexe, cât și modele low-poli pentru sisteme interactive.

Crearea de obiecte cu operații booleene

Una dintre cele mai convenabile și mai rapide metode de modelare este crearea 3D obiecte folosind operații booleene. Esența acestei metode este că atunci când două obiecte se intersectează, puteți obține un al treilea, care va fi rezultatul adunării ( Uniune), scădere ( Scădere) sau intersecții ( Intersecție) a obiectelor originale.

Orez. 6. Aplicarea unei operații booleene Scădere

Această metodă este potrivită pentru lucrul cu elemente arhitecturale și tehnice, dar nu este de dorit pentru lucrul cu obiecte organice, cum ar fi oameni, animale și plante.

În ciuda prevalenței operațiilor booleene, acestea au dezavantaje care duc la erori în construcția modelului rezultat (distorsiune a proporțiilor și formei obiectelor originale). Din acest motiv, mulți utilizatori folosesc module suplimentare pentru a evita erorile în geometria obiectelor finale.

Crearea de scene 3D cu particule

Sistem de particule - mod de reprezentare 3D obiecte care nu au limite geometrice clare. Folosit pentru a crea fenomene naturale precum nori, ceață, ploaie, zăpadă. Mijloacele de animare a proprietăților sistemelor de particule disponibile în produsele software puternice fac posibilă simplificarea semnificativă a creării diferitelor fenomene atmosferice, efecte speciale, care ar fi impracticabile și ineficient de realizat prin metode non-procedurale. Un sistem de particule constă dintr-un număr fix sau arbitrar de particule. Fiecare particulă este reprezentată ca un punct material cu atribute precum viteza, culoarea, orientarea în spațiu, viteza unghiulară și altele. În timpul lucrului programului de modelare a particulei, fiecare particulă își schimbă starea conform unei anumite legi comune tuturor particulelor sistemului. Este demn de remarcat faptul că o particulă poate fi afectată de gravitație, poate schimba dimensiunea, culoarea, viteza. După efectuarea calculelor necesare, particula este vizualizată. O particulă poate fi redată ca punct, triunghi, sprite sau chiar un model 3D complet. Particulele au adesea o durată de viață maximă, după care particula dispare.

Orez. 7.

Modelarea sistemelor de particule necesită performanțe ridicate ale computerului. LA 3D aplicații, se consideră în general că particulele nu aruncă umbre unele asupra altora și asupra geometriei înconjurătoare și că nu absorb, ci emit lumină, altfel sistemele de particule vor necesita mai multe resurse datorită unui număr mare de calcule suplimentare: în în caz de absorbție a luminii, va fi necesară sortarea particulelor în funcție de distanța față de cameră, iar în cazul umbrelor, fiecare particulă va trebui desenată de mai multe ori.

Modelare NURBS

NURBS (raport neuniform B-spline) - formă matematică utilizată în grafica computerizată pentru a genera și reprezenta curbe și suprafețe. NURBS curbele sunt întotdeauna netede. Cel mai adesea, această metodă este folosită pentru modelarea obiectelor organice, animarea fețelor personajelor. Este cea mai dificilă metodă de stăpânit, dar în același timp și cea mai personalizabilă. Prezent în pachete profesionale 3D modelare, cel mai adesea aceasta este implementată prin includerea în aceste aplicații NURB- motor grafic dezvoltat de o firma specializata.

Orez. opt. NURB-curba

Grafică 3D

Grafica tridimensională și-a găsit o aplicație largă în domenii precum calculele științifice, proiectarea inginerească și modelarea pe computer a obiectelor fizice.

Imaginea unei figuri plate din desen nu este foarte dificilă, deoarece un model geometric bidimensional este o asemănare a figurii descrise, care este, de asemenea, bidimensională.

Obiectele geometrice tridimensionale sunt descrise în desen ca un set de proiecții pe diferite planuri, ceea ce oferă doar o idee condițională aproximativă a acestor obiecte ca figuri spațiale. Cu reflectarea extrem de importantă în desen a oricăror detalii, sunt necesare detalii ale obiectului, secțiuni suplimentare, tăieturi etc.. Având în vedere că designul se ocupă de obicei cu obiecte spațiale, reprezentarea lor în desen nu este întotdeauna o chestiune simplă.

La construirea unui obiect cu ajutorul unui calculator, recent a fost dezvoltată o abordare bazată pe crearea de reprezentări geometrice tridimensionale - modele.

Modelarea geometrică este înțeleasă ca crearea de modele de obiecte geometrice care conțin informații despre geometria obiectului. Sub modelul unui obiect geometric, se obișnuiește să se înțeleagă totalitatea informațiilor care îi determină în mod unic forma. De exemplu, un punct trebuie reprezentat prin două (model 2D) sau trei (model 3D) coordonate; cercul este dat de coordonatele centrului și razei etc. Un model geometric tridimensional stocat în memoria computerului oferă o idee destul de exhaustivă (în măsura în care este extrem de importantă) despre obiectul modelat. Un astfel de model se numește virtual sau digital.

În modelarea tridimensională, desenul joacă un rol auxiliar, iar metodele de creare a acestuia se bazează pe metode de grafică pe computer, metode de afișare a unui model spațial. Cu această abordare, modelul geometric al unui obiect poate fi folosit nu numai pentru a crea o imagine grafică, ci și pentru a calcula unele dintre caracteristicile sale, de exemplu, masa, volumul, momentul de inerție etc., precum și pentru rezistență, inginerie termică și alte calcule.

Tehnologia de modelare 3D este următoarea:

proiectarea și crearea unui cadru virtual (ʼʼscheletulʼʼ) al unui obiect ͵ cel mai pe deplin corespunzător formei sale reale;

proiectarea și realizarea de materiale virtuale similare celor reale din punct de vedere al proprietăților fizice de vizualizare;

atribuirea de materiale diferitelor părți ale suprafeței unui obiect (proiectarea unei texturi pe un obiect);

stabilirea parametrilor fizici ai spațiului în care va funcționa obiectul - pentru a seta iluminarea, gravitația, proprietățile atmosferei, proprietățile obiectelor și suprafețelor care interacționează, stabilirea traiectoriei mișcării obiectelor;

calculul secvenței de cadre rezultate;

· Suprapunerea efectelor de suprafață pe clipul final de animație.

Model. Pentru a afișa obiecte tridimensionale pe un ecran de monitor, este necesară o serie de procese (numite de obicei conductă), urmate de traducerea rezultatului într-o vedere bidimensională. Inițial, un obiect este reprezentat ca un set de puncte, sau coordonate, în spațiul tridimensional. Un sistem de coordonate 3D este definit de trei axe: orizontală, verticală și adâncime, denumite de obicei axele X, Y și respectiv Z. din care constă obiectul, în spațiu. Prin conectarea vârfurilor obiectului cu linii, obținem un model wireframe, numit așa deoarece sunt vizibile doar marginile suprafețelor unui corp tridimensional. Modelul wireframe definește zonele care alcătuiesc suprafața unui obiect, care sunt umplute cu culoare, texturi și iluminate de raze de lumină.

Varietăți de grafică 3D. Există următoarele tipuri de grafică 3D: poligonală, analitică, fractală, spline.

Grafica poligonală este cea mai comună. Acest lucru se datorează în primul rând vitezei sale mari de procesare. Orice obiect grafic poligon este definit de un set de poligoane. Poligon - poligon plat ϶ᴛᴏ. Cea mai simplă opțiune sunt poligoane triunghiulare, deoarece, după cum știți, un plan poate fi trasat prin orice trei puncte din spațiu. Fiecare poligon este definit de un set de puncte. Un punct este specificat de trei coordonate - X, Y, Z. Astfel, puteți specifica un obiect tridimensional ca matrice sau structură.

Grafica analitică constă în esență în faptul că obiectele sunt specificate analitic, adică prin formule. De exemplu: o bilă de rază r centrată în punctul (x 0, y 0, z 0) este descrisă prin formula (x-x 0) 2 + (y-y 0) 2 + (z-z 0) 2 = r 2 . Prin combinarea diferitelor formule între ele, se pot obține obiecte de formă complexă. Dar toată dificultatea constă în găsirea formulei obiectului cerut.

O altă modalitate de a crea obiecte analitice este de a crea solide de revoluție. Deci, rotind un cerc în jurul unei axe, puteți obține un torus și, rotind simultan o elipsă puternic alungită în jurul axelor proprii și externe, puteți obține un torus ondulat destul de frumos.

Grafica fractală se bazează pe conceptul de fractal - auto-asemănarea. Un obiect se numește auto-similar atunci când părțile mărite ale obiectului seamănă cu obiectul însuși și între ele. Terenul aparține clasei ʼʼauto-similareʼʼ. Deci marginea zimțată a unei pietre sparte arată ca un lanț de munți la orizont. Grafica fractală, ca și grafica vectorială, se bazează pe calcule matematice. Elementul de bază al graficii fractale este o formulă matematică, în acest sens, nu sunt stocate obiecte în memoria computerului, iar imaginea este construită exclusiv pe baza de ecuații.

În acest fel, sunt construite atât cele mai simple structuri regulate, cât și ilustrații complexe care imită peisaje naturale și obiecte tridimensionale. Algoritmii fractali pot crea imagini 3D incredibile.

Grafica spline se bazează pe conceptul de spline. Termenul ʼʼsplineʼʼ provine din limba engleză spline. Acesta este numele unei benzi flexibile de oțel, cu ajutorul căreia desenatori desenează curbe netede prin puncte date. Pe vremuri, o metodă similară de contururi netede ale diferitelor corpuri (coca unei nave, caroseria unei mașini) era larg răspândită în practica ingineriei mecanice. Ca urmare, forma corpului a fost stabilită folosind un set de secțiuni-plazate realizate foarte precis. Apariția computerelor a făcut posibilă trecerea de la această metodă de șablon-piază la o metodă mai eficientă de specificare a suprafeței unui corp raționalizat. La baza acestei abordări a descrierii suprafețelor se află utilizarea unor formule relativ simple, care fac posibilă reproducerea aspectului unui produs cu o acuratețe extrem de importantă.

La modelarea cu spline, cel mai des este folosită metoda B-spline raționale bicubice pe o plasă neuniformă (NURBS). Aspectul suprafeței este determinat de grila punctelor de referință situate în spațiu. Fiecărui punct i se atribuie un coeficient, a cărui valoare determină gradul de influență asupra părții suprafeței care trece în apropierea punctului. Forma și ʼʼnetezimeaʼʼ suprafeței depind de poziția relativă a punctelor și de valoarea coeficienților.

Deformarea obiectului este asigurată prin deplasarea punctelor de control. O altă metodă se numește plasă warp. O plasă tridimensională este plasată în jurul obiectului sau al părții sale, mișcarea oricărui punct provoacă deformarea elastică atât a plasei în sine, cât și a obiectului înconjurat.

După ce se formează ʼʼscheletulʼʼ unui obiect, este extrem de important să-i acoperiți suprafața cu materiale. Întreaga varietate de proprietăți în modelarea computerizată se reduce la vizualizarea suprafeței, adică la calculul coeficientului de transparență a suprafeței și unghiul de refracție a razelor de lumină la limita materialului și spațiul înconjurător. Pentru a construi suprafețele materialelor, sunt utilizate cinci modele fizice de bază:

Bouknight - o suprafață cu reflexie difuză fără strălucire (de exemplu, plastic mat);

Phong - o suprafață cu microsuprafețe structurate (de exemplu, metal);

· Blinn – o suprafață cu o distribuție specială a microrugozităților, ținând cont de suprapuneri reciproce (de exemplu, luciu);

· Whitted - un model care permite suplimentar să se ia în considerare polarizarea luminii;

Hall - un model care vă permite să reglați direcția de reflexie și parametrii de refracție a luminii.

Umbrirea suprafețelor se realizează prin metode Gouraud (gouraud) sau Phong (Phong). În primul caz, culoarea primitivei este calculată la vârfurile sale și apoi interpolată liniar peste suprafață. În al doilea caz, se construiește o normală a obiectului în ansamblu, vectorul său este interpolat pe suprafața primitivelor constitutive și se calculează iluminarea pentru fiecare punct.

Lumina care scapă de pe o suprafață într-un anumit punct către observator este suma componentelor înmulțită cu un factor asociat cu materialul și culoarea suprafeței în acel punct. Aceste componente includ:

· Lumină care vine de pe reversul suprafeței, adică lumină refractată (Refracted);

· Lumină împrăștiată uniform de suprafață (difuză);

Lumină reflectată (Reflectată);

Strălucire, adică surse de lumină reflectată (Specular);

· Strălucire proprie de suprafață (Auto-iluminare).

Proprietățile suprafeței sunt descrise în tablourile generate de texturi (două sau tridimensionale). Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, tabloul conține date despre gradul de transparență al materialului; indicele de refracție; coeficienții de deplasare a componentelor (enumerati mai sus); culoarea în fiecare punct, culoarea evidențierii, lățimea și claritatea acesteia; culoarea luminii difuze (de fundal); abaterile locale ale vectorilor de la normal (adică se ia în considerare rugozitatea suprafeței).

Următorul pas este aplicarea texturilor (ʼʼproiectʼʼ) anumitor părți ale cadrului obiectului. În acest caz, este extrem de important să se țină cont de influența lor reciprocă asupra granițelor primitivilor. Proiectarea materialelor pentru un obiect este o sarcină dificil de oficializat, este asemănătoare unui proces artistic și necesită cel puțin abilități creative minime din partea interpretului.

Dintre toți parametrii spațiului în care operează obiectul creat, din punct de vedere al vizualizării, cel mai important este definirea sursei de lumină. În grafica 3D, se obișnuiește să se utilizeze echivalente virtuale ale surselor fizice:

· Lumină dizolvată (Ambitnt Light), care este un analog al unui fundal luminos uniform. Nu are parametri geometrici și se caracterizează doar prin culoare și intensitate.

· O sursă non-punctivă la distanță se numește lumină îndepărtată (Lumină îndepărtată). I se atribuie parametri specifici (coordonate). Analogul în natură este Soarele.

· O sursă de lumină punctuală emite lumină uniform în toate direcțiile și are și coordonate. Un analog în tehnologie este un bec electric.

· Sursa de lumină directă (Sursa de lumină directă), în plus față de locație, se caracterizează prin direcția fluxului de lumină, unghiurile de deschidere a întregului con de lumină și punctul său cel mai luminos. Un analog în tehnologie este un reflector.

Procesul de calcul al imaginilor realiste se numește randare (vizualizare). Majoritatea programelor moderne de randare se bazează pe metoda back ray tracing. Esența sa este următoarea:

· Din punctul de observare al scenei, un fascicul virtual este trimis în spațiu de-a lungul traiectoriei căreia imaginea trebuie să ajungă în punctul de observație.

· Pentru a determina parametrii fasciculului de intrare, toate obiectele din scenă sunt verificate pentru intersecția cu calea de observare. Dacă suprimarea nu are loc, atunci se consideră că fasciculul a lovit fundalul scenei, iar informațiile primite sunt determinate de parametrii de fundal. Dacă traiectoria se intersectează cu un obiect, atunci în punctul de contact, lumina care merge la punctul de observare este calculată în conformitate cu parametrii materialului.

După finalizarea construcției și vizualizarea obiectului, se procedează la ʼʼanimațiaʼʼ, adică la setarea parametrilor de mișcare. Animația pe computer se bazează pe cadre cheie. În primul cadru, obiectul este setat în poziția inițială. După un anumit interval (de exemplu, în al optulea cadru), se setează o nouă poziție a obiectului și așa mai departe până la poziția finală. Pozițiile intermediare sunt calculate de program conform unui algoritm special. În acest caz, nu are loc doar o aproximare liniară, ci și o schimbare lină a poziției punctelor de referință ale obiectului în conformitate cu condițiile specificate. Aceste condiții sunt determinate de ierarhia obiectelor (adică, legile interacțiunii lor între ele), planurile permise de mișcare, unghiurile limitative de rotație și mărimile accelerațiilor și vitezelor.

Această abordare se numește metoda cinematicii inverse a mișcării. Funcționează bine pentru modelarea dispozitivelor mecanice. In cazul imitarii obiectelor vii se folosesc asa numitele modele scheletice. Adică se creează un anumit cadru, mobil în puncte caracteristice obiectului modelat. Mișcările punctelor sunt calculate prin metoda anterioară.

Metoda de modelare geometrică tridimensională este implementată în multe produse software, inclusiv. asemenea populare precum AutoCAD și ArchiCAD.

Grafică tridimensională - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Grafică tridimensională” 2017, 2018.

Alekhina G.V., Kozlov M.V., Spivakova N.Ya.

Alekhina G.V., 2011

Kozlov M.V., 2011

Spivakova N.Ya., 2011
Universitatea Financiară și Industrială din Moscova „Synergy”, 2011

Partea 2. Bazele modelării scenelor tridimensionaleîn 3D Studio Max

CÂND STUDIAȚI TEMA, O VEȚI

Știi:

· Interfața programului 3D Studio MAX;

· etapele creării unui proiect 3D complet;

· alocarea butoanelor de control al ferestrei;

· metode de modelare geometrică a imaginilor tridimensionale;

· etapele creării unei imagini în grafică tridimensională;

· conceptul și scopul modificatorilor;

· repartizarea materialelor de bază.

A fi capabil să:

· gestionează proiecțiile;

· gestionați ferestrele programului 3D Studio MAX;

· simulează imagini tridimensionale;

· editați formulare întregi;

· efectuarea de operații booleene cu obiecte grafice;

· lucrați cu editorul de conținut.

Posedă abilități:

· construirea de scene statice și animate folosind programul 3D Studio MAX;

· clonarea, alinierea și crearea de matrice;

· editarea splinelor individuale;

· deformații de desen;

· lucrul cu grupuri de obiecte;

· crearea de efecte speciale;

· redarea scenei.

TERMENI ȘI CONCEPTE DE BAZĂ

modelare

· crearea de materiale

· Modelare NURBS

obiect principal

modificare

· obiect parametric

· obiect compozit

obiect de scenă

· obiecte wireframe

· obiecte patchwork

subobiect

primitiv

· proiecție axonometrică

· proiecție centrală

redare

vizualizare

· sistem global de coordonate

· sistemul local de coordonate

splina

· forme spline

· stiva de modificatori

transformare

umbrire

TEORIE

2.1. Etapele creării unui proiect 3D complet

Unul dintre cei mai populari editori de grafică 3D, atât în ​​rândul amatorilor, cât și al profesioniștilor în design și creație de jocuri, este 3D Studio Max. Există destul de multe produse software care pot concura cu acesta și, uneori, îl depășesc în anumite privințe, dar ușurința intuitivă de dezvoltare face din 3D Studio Max un instrument indispensabil. 3D Max este ideal pentru primii pași în lucrul cu grafica tridimensională, iar pentru mulți devine instrumentul principal.

Crearea unui proiect 3D complet constă de obicei din etape precum: modelare, crearea materialelor, iluminare, animație, randare și post-procesare. Ordinea parcurgerii acestor etape de creare a unui proiect 3D poate varia în funcție de obiectiv și de complexitatea acestuia.

Să luăm în considerare etapele principale mai detaliat:

1. Modelare– în această etapă, obiectele sunt create în ferestrele de proiecție. De asemenea, pot fi importate dintr-un alt pachet grafic. Gestionând parametrii obiectului, transformându-l și modificându-l, ar trebui să obțineți eventual modelul 3D necesar. Există mai multe tehnici de modelare, de la simpla creare a obiectelor din poligoane (fețe triunghiulare în care este împărțită suprafața unui obiect) până la modelarea modernă NURBS (crearea unor suprafețe precise care sunt descrise de curbe 3D).

2. Crearea materialelor (umbrire)- stadiul în care se stabilește aspectul obiectelor, se stabilesc proprietățile suprafeței acestora. Editarea unui material include definirea texturii acestuia, precum și modificarea proprietăților acestuia, cum ar fi luciul, rugozitatea, reflexia și așa mai departe. Apoi materialul dorit este aplicat obiectului din scenă. În această etapă, pot fi adăugate și efecte speciale, cum ar fi „Combustion” (Combustion), „Atmosphere” (Atmosphere), „Fog” (Foq).

3. Iluminat. Obiectele luminoase pot fi adăugate în scenă pentru a crea umbre și iluminare, precum și pentru a ajusta proprietățile acestora: culoare, intensitate, umbre.

4.Animaţie. Odată ce scena este configurată și obiectele sunt la locul lor, aceasta poate fi redată și eventual transformată într-un film animat. Pentru a face acest lucru, utilizați instrumentul Animaţie(Animați), ar trebui să selectați un obiect din scenă, după care acesta poate fi mutat, rotit sau seta căi mai complexe, indicând locația lui în diferite cadre. De asemenea, puteți modifica parametrii obiectului după ceva timp, ceea ce va acționa ca un efect de revigorare. Majoritatea efectelor de animație pot fi văzute în ferestre. Există mai multe tehnici de animare a obiectelor. Cea mai simplă dintre ele este „animația prin taste” - se creează cadre cheie, iar mișcarea obiectelor între ele este calculată automat, tastele cadrelor de animație pot fi ajustate atât automat, cât și manual. Pentru o animație mai complexă în 3D Max, este posibil să utilizați expresii matematice sau legături către alte obiecte. Pot fi adăugate controlere de mișcare și constrângeri pentru a face animațiile mai realiste.

5.Vizualizare (redare). Odată ce animația este gata, puteți reda totul, de ex. face randarea. Aceasta este de obicei etapa finală, adesea cea mai lungă, în crearea unei imagini 3D sau a unui film 3D. În timpul redării, imaginea este calculată folosind toate proprietățile specificate ale materialelor obiectelor și se calculează sursele de lumină, umbrele, reflexiile, refracțiile etc. Timpul de redare depinde de mulți parametri, cum ar fi rezoluția, prezența și cantitatea de umbre, estomparea mișcării, redarea reflexiilor secundare. Fișierul este înregistrat în format video sau stocat secvențial imagini ca imagini randate separate. 3D Max acceptă majoritatea formatelor de fișiere.

6.Post procesare. După ce scena a fost redată, este posibil ca cadrele de randare să fie modificate - adăugând efecte precum evidențieri, estompare, strălucire, adâncime de câmp sau modificarea gamei de culori.

2.2 Modelare geometricăîn 3D Studio Max

3D MAX este un program orientat pe obiecte, deci termenul „obiect” este fundamental pentru acesta. Strict vorbind, tot ceea ce este creat este un obiect. Acestea sunt forme geometrice și surse de lumină, curbe și plane, precum și modificatori, controlere etc. O astfel de varietate de obiecte duce adesea la o oarecare confuzie, astfel încât pentru obiectele create folosind panoul Creare, se folosește adesea calificativul „obiect scenă”.

Când sunt create, obiectele conțin informații despre ce funcții pot fi îndeplinite pentru ele și care poate fi comportamentul fiecărui obiect. Astfel de operațiuni rămân active, toate celelalte operațiuni devin inactive sau sunt pur și simplu ascunse.

Majoritatea obiectelor sunt parametrice. Parametric Este apelat un obiect, care este determinat de un set de setări sau parametri. Un astfel de obiect poate fi schimbat în orice moment prin simpla modificare a acestor parametri. Totuși, rețineți că unele operații convertesc obiecte parametrice în obiecte neparametrice (explicite).

Exemple de astfel de operațiuni sunt:

1.Combinarea obiectelor cu unul dintre modificatorii Editare.

2. Distrugerea stivei de modificatori.

3. Exportarea obiectelor într-un alt format de fișier, în timp ce numai obiectele din fișierul exportat își pierd proprietățile parametrice.

În general, este necesar să se păstreze definiția parametrică a obiectelor cât mai mult posibil pentru posibila modificare a acestora.

Pentru a crea un nou obiect parametric, puteți combina două sau mai multe obiecte, iar obiectul rezultat va fi apelat compozit. Obiectele compuse sunt parametrice și pot fi modificate și prin setarea parametrilor obiectelor din care sunt compuse.

În 3D MAX, puteți manipula nu numai obiecte întregi, ci și părți ale obiectelor, care sunt notate prin termenul „subobiect”. Cele mai ușor de înțeles sunt subobiectele de forme geometrice, cum ar fi vârfurile sau marginile, dar acest concept se extinde și la obiectele din afara scenei.

Exemple de subobiecte sunt:

1. vârfuri, segmente și spline ale obiectelor de formă;

2. vârfuri, muchii și fețe ale obiectelor wireframe;

3. vârfuri, margini și elemente de suprafață ale obiectelor patchwork;

4.gizmo și centre modificatoare;

5.cheile traiectoriilor de mișcare;

6. operanzi ai obiectelor booleene;

7.formele și traseele obiectelor-loft;

8.scopurile obiectelor-morfe;

La rândul lor, subobiectele enumerate au propriile subobiecte, formând astfel o ierarhie pe mai multe niveluri de subobiecte, a cărei profunzime este practic nelimitată.

După cum am menționat mai sus, primul pas în crearea unui proiect 3D cu drepturi depline este crearea de obiecte de scenă, care vor fi ulterior randate. La construirea unui obiect scenă, este creat un proces care determină metoda de atribuire a proprietăților unui obiect, modificarea și transformarea parametrilor acestuia, distorsionarea unui obiect în spațiu și afișarea unui obiect finit într-o scenă. Acest proces se numește schema de flux.

O schemă de filetare poate fi gândită ca un set de instrucțiuni pentru asamblarea unui obiect. Principalii pași ai schemei de flux a unui obiect sunt:

1.crearea unui obiect principal;

2. modificare (modificatoarele se calculează în ordinea în care au fost aplicate);

3.transformare;

4.distorsiunea spatiului;

5.determinarea proprietăților;

6. includerea obiectului în scenă.

Termenul „obiect principal” include parametrii obiectului original, care este creat folosind panoul Creare și este o definiție abstractă a unui obiect inexistent. Obiectul principal conține informații despre obiect, cum ar fi:

1.tip obiect;

2.parametrii obiectului;

3. originea coordonatelor;

4.orientarea sistemului local de coordonate al obiectului;

Toate obiectele au proprietăți unice precum: nume, culoare, material alocat. Aceste proprietăți ar trebui considerate independente, deoarece nu sunt nici parametrii de bază ai obiectului, nici rezultatul modificatorilor sau transformărilor.

2 . 3 . Conversie obiect

Obiectele scenei pot fi transformate folosind două grupuri de instrumente: „Transformări” și „Modificări”. Adesea, transformări similare ale obiectului pot fi realizate atât prin aplicarea modificatorilor, cât și prin transformarea obiectului. Alegerea metodei necesare pentru transformarea unui obiect depinde de modul în care este construit obiectul și de ce intenționați să faceți cu el mai târziu. Să luăm în considerare ambele posibilități de transformare a obiectelor mai detaliat.

Cu ajutorul transformărilor, obiectele sunt plasate în scenă, adică. poziția, orientarea și dimensiunea acestora se schimbă. Transformările includ trei tipuri de transformări de obiecte:

1.Pozitionare - determina distanta de la originea coordonatelor locale ale obiectului de la originea coordonatelor spatiale mondiale.

2. Rotație - definește unghiul dintre axele de coordonate locale ale obiectului și axele de coordonate mondiale.

3.Scale – determină dimensiunea valorii de divizare a axelor de coordonate locale ale obiectului în raport cu valoarea de diviziune a axelor de coordonate mondiale.

Combinația acestor trei tipuri de transformare a obiectelor constituie matricea de transformare, iar caracteristicile acestora pot fi rezumate sub forma a trei teze:

1.determină amplasarea și orientarea obiectelor de pe scenă;

2.afectează întregul obiect;

3.calculat după toți modificatorii.

Al treilea punct necesită lămuriri, și anume: indiferent dacă modificatorii sunt aplicați mai întâi și apoi transformarea, sau invers, modificatorii se calculează întotdeauna mai întâi și abia apoi se calculează transformările.

În timpul oricărei transformări a unui obiect, ferestrele de proiecție vor afișa axele de transformare. Folosindu-le, puteți limita acțiunile la o axă sau un plan, precum și puteți face transformarea interactivă a unui obiect mai precisă. Pentru fiecare dintre cele trei grupuri de transformare, axele de transformare au propria lor formă:

- „Mișcare” – poziționare (Fig. 4.1).

1.Cutie(Cutie) - cubic sau dreptunghiular.

2.Sferă(Sfera) - este un obiect poligonal, i.e. construite pe bază de patrulatere.

3.Cilindru(Cilindru).

4.Thor(Torus).

5.Fierbător(Ceainic) - este un element clasic al graficii tridimensionale.

6.Con(Con).

7.Geosferă(GeoSphere) - spre deosebire de sferă, este construită pe baza de triunghiuri.

8.țeavă(Tub) - un cilindru gol.

9.Piramidă(Piramide).

10.Avion(Avion).

Toate primitivele au parametri editabili pentru a le controla caracteristicile definitorii. Acest lucru vă permite să creați primitive atât în ​​mod interactiv, cât și în mod explicit, prin specificarea valorilor exacte ale parametrilor.

Dacă modificatorul EditPatch este aplicat imediat după crearea primitivei, atunci acesta va fi tratat ca un set de patch-uri. Când sunt aplicate la primitivele oricăror altor modificatori, acestea sunt convertite în wireframes. Rezultatul modificării obiectelor patchwork și wireframe poate arăta diferit, deoarece vârfurile rețelei sunt explicite, iar patch-ul este rezultatul calculului.

În paragraful anterior s-a luat în considerare utilizarea modificatorilor pentru a obține obiecte redate pe baza formelor spline, folosind modelul cupă ca exemplu. Editând obiecte wireframe pentru această cupă, puteți crea un mâner:

1. În bara de comandă, selectați Create – > Geometry – > Box (Fig. 4.27).

Orez. 4.28. Crearea unui mâner de cupă utilizând editarea wireframe (pasul 2)

3. Accesați fila Modificare și aplicați modificatorul Edit Mesh (Fig. 4.29).

Orez. 4.30. Crearea unui mâner de cupă utilizând editarea wireframe (pasul 4)

5. După aceea, toate vârfurile vor fi evidențiate cu albastru (Fig. 4.31).

Orez. 4.32 Crearea unui mâner de cupă prin editarea obiectelor cadru fir (pasul 6)

7. În bara de instrumente principală, selectați „Mutare” (Fig. 4.33).

Orez. 4.33. Crearea unui mâner de cupă utilizând editarea wireframe (pasul 7)

4. Mutați vârfurile selectate așa cum se arată mai jos (Fig. 4.34, Fig. 4.35).

Orez. 4.35. Crearea unui mâner de cupă utilizând editarea wireframe (Pasul 9)

9. Apoi neteziți suprafața cu modificatorul Mesh Smooth După cum puteți vedea din figură, ultimul modificator aplicat se află în partea de sus a stivei (Fig. 4.36).

Orez. 4,38. Conexiune cană și mâner

Orez. 4.39. Vedeți rezultatul

2.12. Configurarea și redarea în 3D Studio MAX

În 3DS MAX, caseta de dialog Redare scenă oferă utilizatorului instrumentele necesare pentru a reda imagini statice și pentru a crea fișiere video animate. Derularea drop-down Render Type (Tipuri de vizualizare) din bara de instrumente principală vă permite să selectați una dintre cele opt moduri de redare a scenei (Fig. 4.120).

„Fereastra de proiecție” (Vizualizare) - este redată întreaga fereastră de proiecție.

„Selectare” (Selectat) - sunt redate numai obiectele selectate. Dacă există o imagine în fereastra cadru randat, obiectele selectate sunt redate deasupra acesteia. Comanda Clear resetează fereastra cadrului de randare.

„Regiune” (Regiune) - este redată o zonă dreptunghiulară selectată de utilizator.

„Crop” (Crop) - este redată o zonă dreptunghiulară și toate celelalte date sunt plasate în fereastra cadrului randat.

„Mărire” (Blowup) - o zonă dreptunghiulară este mai întâi redată, apoi mărită la dimensiunea imaginii curente.

„Container dimensional” (Box Selected) – sunt redate numai obiectele care se află în volumul casetei generale a selecției curente. Cu această opțiune de randare, rezoluția imaginii rezultate este setată.

„Regiune selectată” - redă zona specificată de caseta de delimitare a selecției. Tăierea este preluată din setările generale de vizualizare.

„Tăiați selectat” - zona specificată de căsuța de delimitare a selecției curente este redată și orice altceva este decupat.

Orez. 4,68. Selectarea unei metode de redare a scenei

Pe măsură ce o scenă 3D este redată, fereastra de randare afișează bare de progres cadru cu cadru și în timp și timpul de randare a ultimului cadru. Fereastra de dialog Redare afișează setările de înaltă rezoluție pentru linia de scanare la crearea imaginilor finale (Fig. 4.69).

Orez. 4,69. Caseta de dialog Redare

Puteți seta parametrii procesului în caseta de dialog Render Scene (Fig. 4.69). Pentru a deschide această fereastră, faceți clic pe butonul Redare scenă din bara de instrumente principală sau selectați comanda Redare – Redare (puteți folosi și tasta F10 de pe tastatură).

Fereastra este formată din mai multe file, în fila „General” (Comun) există parametri și opțiuni pe care le folosesc toate vizualizatoarele. În secțiunea Opțiuni, sunt setate diverse opțiuni de vizualizare:

· „Color control” (Video Color Check) - verifică dacă valorile intensității pixelilor sunt în limitele standardelor video PAL sau NTSC;

· „Afișare ambele fețe” (Force 2-Sided) - redă suprafețele de pe ambele părți ale obiectelor, indiferent de setările de material;

· „Efecte atmosferice” (Atmospherics) - vizualizează efectele atmosferice;

· „Efecte” (Efecte) – include efecte de vizualizare, configurate în fila Efecte;

· „Super Black” - limitează negrul pixelilor în modul video;

· „Deplasare” - activează vizualizarea hărților de deplasare;

· „Render Hidden Geometry” - redă obiecte ascunse;

· Randare la câmpuri - indiferent de utilizarea cadrelor, redă două câmpuri de linii alternative pentru video. Folosit pentru a netezi mișcarea.

Orez. 4,70. Caseta de dialog Redare scenă
fila „General” (Comun)

Secțiunea Advanced Lightning conține opțiuni pentru iluminarea indirectă.

Fila Ieșire randare conține setări care sunt responsabile pentru fișierele și casetele de dialog în care va fi efectuată randarea.

Fila Render Elements conține instrumente care vă permit să randați diferite elemente separat (Fig. 4.71).

„Elementele active” - permite redarea elementelor selectate în diferite fișiere. Elementele sunt selectate cu butoanele Add și Merge și sunt afișate în caseta de mai jos.

„Display Elements” - permite afișarea elementelor selectate în diferite ferestre ale cadrului randat.

Orez. 4,71. Caseta de dialog Randare scenă, fila Elemente de randare

Fila Renderer conține controalele pentru redarea activă (Fig. 4.71). Schimbarea redărilor se face în secțiunea „Atribuiți redare” din fila Comun. În mod implicit, Scanline Renderer este activat, așa cum este descris în titlul ferestrei. Sunt disponibile următoarele setări de randare a liniilor.

Funcția de rulare pentru randarea liniei de scanare implicită este concepută pentru a seta parametrii care sunt unici pentru redarea linie cu linie.

Pentru alte randeri, această secțiune are un aspect diferit:

· „Mapping” - activează vizualizarea hărților;

· „Shadows” (Shadows) – include vizualizarea umbrelor;

· „Auto-Reflection / Refraction and Mirrors” (Auto-Reflect / Refract and Mirrors) - activează vizualizarea hărților „Reflection / Refraction” (Reflect / Refract);

· „Display wireframe” (Force Wireframes) - sunt afișate numai wireframes ale obiectelor, indiferent de setările materialului;

· Wire Thickness - setează grosimea wireframe-ului dacă opțiunea Force Wireframes este activată.

Netezirea contururilor neuniforme ale suprafeței în timpul redării este esențială pentru imaginile finale, de înaltă calitate. Pentru imaginile de testare, acesta poate fi dezactivat. Antialiasing este configurat în secțiunea AntiAliasing.

AntiAliasing – netezește rugozitatea conturului raster.

„Hărți de filtrare” – include filtrarea piramidală a imaginii și filtrarea în funcție de suprafața totală.

În secțiunile Încețoșarea mișcării obiectului și Neclaritatea mișcării imaginii, opțiunile Aplicare activează redarea estompărilor corespunzătoare.

„Conserve Memory” - atunci când această opțiune este activată, situată în secțiunea Memory Management, consumul de memorie este redus cu 15-25% prin creșterea timpului de randare cu aproximativ 4%.

Orez. 4,72. Caseta de dialog Redare scenă,
Fila Renderer

Pentru a începe randarea, faceți clic pe butonul Redare scenă. În grupul Render Output, faceți clic pe butonul „...” de lângă „Salvare fișier”. Va apărea caseta de dialog Render Output File.

Selectați formatul de fișier din lista derulantă Salvare ca tip și specificați numele imaginii (Fig. 4.73).

Orez. 4,73. Caseta de dialog Redare fișier de ieșire, listă derulantă Salvare ca tip

Pentru a salva rezultatele următoarei randări într-un fișier, bifați caseta de selectare Salvare fișier din fereastra Render Scene (Fig. 4.74).

Orez. 4,74. Salvarea rezultatelor vizualizării într-un fișier

În caseta de dialog Render Scene, secțiunea Output Size determină rezoluția lățimii și înălțimii imaginii redate în pixeli. Rezoluția implicită este 640x440. Faceți clic pe butonul pentru a aplica comanda Redare scenă (Fig. 6.74).

În secțiunea Dimensiune de ieșire din fila Comun, selectați dimensiunea imaginii de ieșire făcând clic pe butonul corespunzător sau introducând valori în câmpurile Lățime și Înălțime.

Acum dimensiunea imaginii este setată și randarea va fi efectuată în imaginea cu rezoluția specificată.

Orez. 4,75. Determinarea rezoluției imaginii redate

O rezoluție scăzută, cum ar fi 320x240, va fi suficientă pentru antrenament. Făcând clic pe pictograma de blocare de lângă opțiunea „Raport de aspect al imaginii” (Aspect imagine), puteți dezactiva modificarea proporțiilor imaginii.

Făcând clic dreapta pe unul dintre butoanele de rezoluție prestabilită, se deschide caseta de dialog Configurare presetare. Lista derulantă din acest grup conține standarde de rezoluție și raport de aspect utilizate în diferite aplicații. Din listă dimensiunea de iesire utilizatorul poate selecta parametrii diferitelor standarde foto, film și video (Fig. 4.76).

Orez. 4,76. Setări

Deci, să încercăm să ne vizualizăm imaginea cu o vază. Deschideți fișierul cu această scenă în 3DS MAX și apăsați butonul Redare scenă. În caseta de dialog Redare scenă, setați opțiunile procesului de randare. Faceți clic pe butonul Face , randarea va începe, timpul de redare depinde direct de complexitatea scenei, de dimensiunea imaginii finale și este invers proporțional cu puterea de calcul a computerului (Fig. 4.77).

Orez. 4,77. Vizualizarea imaginii cu o vază (pasul 1)

Imaginea se va deschide într-o fereastră separată. În cazul nostru, vedem doar o vază și un spațiu negru, deoarece nu există alte obiecte pe scenă și nu pot fi (nu le-am creat noi). Pentru a salva imaginea rezultată într-un fișier, trebuie să faceți clic pe butonul „Salvare” (Fig. 4.78).

Orez. 4,78. Vizualizarea imaginii cu o vază (pasul 2)

În caseta de dialog care se deschide, introduceți numele fișierului (bitmap) și formatul acestuia (de ex. jpg ). Făcând clic pe butonul „Salvare”, veți salva rezultatul randării în directorul dorit.

Apropo, o transmisie mai realistă a informațiilor de culoare și a intensității luminii poate fi realizată prin salvarea rezultatului în format HDR. HDRI (High Dynamic Range Image) are o gamă dinamică mai largă decât alte formate grafice. În grafica 3D, HDRI-urile sunt adesea folosite ca hartă a mediului pentru a crea reflexii realiste. Pentru a adăuga o hartă a mediului la 3DS Max, trebuie să executați comanda Rendering > Environment, faceți clic pe butonul parametru Environment Map din panoul de rulare Common Parameters, selectați harta Bitmap în fereastra deschisă Material/Map Browser și specificați calea către fișier. în format HDR (Fig. 4.79).

Orez. 4,79. Vizualizarea imaginii cu o vază (pasul 3)

2.13. Creați efecte speciale

Post-procesarea imaginii randate este utilizată pentru a crea diferite efecte care depășesc grafica 3D. Efectele din 3DS MAX vă permit să controlați reproducerea culorilor, să distorsionați imaginea, să adăugați granulație, să adăugați evidențieri etc.

Pentru a adăuga efecte la o scenă tridimensională, trebuie să executați comanda „Rendering” (Randare) - „Efecte” (Efecte), apoi accesați fila „Efecte” (Efecte). În fereastra Mediu și efecte, faceți clic pe butonul Adăugare și selectați efectul dorit. După adăugarea efectului de mai jos în fereastră „Mediul și efectele” apar setările efectelor.

Pentru a elimina efectul, faceți clic pe butonul Ștergere. Folosind zona de setări „Previzualizare” (Previzualizare) din lista „Efecte” (Efecte), puteți controla vizualizarea efectelor.

Cu caseta de selectare Interactiv bifată, scena va fi redată de fiecare dată când parametrii efectului sunt modificați. Această funcție este convenabilă de utilizat atunci când trebuie să setați un anumit tip de efect (Fig. 4.80).

Orez. 4,80. Fereastra de setări de afișare a efectului

Să aruncăm o privire mai atentă la unele dintre efectele post-procesare. Foarte des, adăugarea de realism necesită simularea reflexiilor luminii care apar atunci când fotografiați obiecte reale și se datorează formei lentilelor.

În 3DS MAX există un grup special de efecte care vă permit să simulați astfel de evidențieri, acesta este grupul de efecte Lens Effects.

Există mai multe forme de bază de strălucire.

· „Glow” (Glow) - un evidențiere care creează o strălucire în jurul zonelor luminoase ale imaginii.

· "Un cerc"( Ring ) - un evidențiere sub forma unui cerc situat în jurul centrului strălucirii.

· „Ray”( Ray) - efectul sub formă de raze directe care emană din centrul strălucirii.

· „Strălucire secundară cu ajustare automată” (Auto Secondary) - creează o strălucire suplimentară sub forma unui cerc, a cărui poziție depinde de poziția camerei.

· „Strălucire secundară cu ajustare manuală” (Secundar manual) - este folosit ca o completare la efectul „Strălucire secundară cu ajustare automată” (Secundar automat) și face posibilă adăugarea de evidențieri de alte dimensiuni și forme. Când utilizați acest efect, imaginea este adăugată doar o evidențiere. Efectul „Strălucire secundară cu reglare manuală” (Secundar manual) poate fi utilizat separat.

· „Star” (Star) - adaugă un evidențiere sub forma unei stele. Acest efect este similar cu „Ray” (Ray), cu toate acestea, la crearea lui, sunt utilizate mai puține raze (de la 0 la 30).

· „Flash de lumină” (Streak) - o strălucire sub forma unui fascicul direct pe două fețe care emană din centrul strălucirii și care scade în dimensiune pe măsură ce se îndepărtează.

Când adăugați Efecte de obiectiv, ar trebui să selectați efectul în ruloul Parametrii de efecte ale obiectivului, lista din dreapta arată efectele care sunt utilizate în scenă (Fig. 4.81). Când le selectați, parametrii fiecăruia dintre ele apar în această listă.

Folosind parametrii rulării Lens Effects Globals, puteți alege sursa de lumină la care vor fi aplicate efectele. Sursa poate fi specificată făcând clic pe butonul „Specify light source” (Alegeți lumină) și selectând-o în scenă.

Seturi de efecte de lentilă cu parametri specificați pot fi salvate ca fișiere LZV pentru a fi utilizate în diferite proiecte.

Orez. 4,81. Display de reflexie

ÎNTREBĂRI DE TEST

1. Din ce este alcătuită scena? 3DS MAX ?

2. Cum este afișată scena 3D pe ecran?

3. Ce este retina corpului și din ce elemente standard constă?

4. Cum poți să animați o scenă?

5. Care este ordinea generală a dezvoltării scenei?

6. Câte liste de comenzi sunt incluse în meniul principal3DS MAX Și care este scopul fiecăreia dintre aceste liste?

7. Care sunt tipurile de meniuri contextuale și cum se deschid?

8. Care este al patrulea meniu?

9. Pentru ce sunt ferestrele de proiecție și unde sunt butoanele pentru controlul acestora?

10. Care este scopul panourilor de comandă, câte sunt și unde sunt amplasate?

11. Câte bare de instrumente sunt folosite în program, care este diferența fundamentală dintre bara de instrumente principală și cele suplimentare?

12. Unde se află instrumentele de animație publică și care sunt cele trei grupuri de elemente care le compun?

13. Prin ce sunt diferite casetele de dialog modale de cele fără model?

14. Ce sunt corpurile geometrice și care sunt varietățile lor?

15. Ce sunt obiectele de contur, care sunt soiurile lor și prin ce diferă între ele?

16. În ce tipuri de proiecții sunt utilizate 3DS MAX ?

17. Ce este o vedere a scenei?

18. Ce operațiuni pot fi efectuate la configurarea ferestrelor de vizualizare?

19. Care sunt cele două moduri de afișare a scenei cele mai utilizate, cum se numesc și cum sunt?

20. Cum este setată calitatea afișajului transparenței în ferestrele de vizualizare?

21. Cum sunt ajustați parametrii de vizualizare a scenei în ferestrele de proiecție?

22. Ce comenzi pot fi folosite pentru a restabili setările anterioare de vizualizare a scenei sau vizualizarea anterioară?

23. În ce cazuri poate fi necesar să afișați suprafața interioară a corpurilor?

24. Ce instrument de program poate fi folosit pentru a regla parametrii de iluminare a scenei în ferestrele de proiecție cu iluminatoare încorporate?

25. Câte sisteme de coordonate sunt folosite în program și unde sunt alese?

26. Care este scopul unităților de măsură curente și de sistem?

27. Care sunt cele trei tipuri de grile utilizate în program?

28. Care este tehnologia de procesare care utilizează modificatori?

29. Care sunt două moduri alternative de a conecta modificatorii la obiectul procesat?

30. Ce este stiva de modificatori și unde se află?

31. Ce operații pot fi efectuate cu mouse-ul în fereastra stivă de modificatori?

32. Ce se înțelege prin operație de pliere modificatoare?

33. În ce cazuri ar trebui stabilită o rezoluție mare a retinei obiectului procesat?

34. Când este afișată bara de informații de avertizare?

35. Ce este un sistem de particule și care sunt părțile sale principale?

Grafică 3D

Metode de modelare 3D.

· Modelarea spline este modelarea cu linii netede din punct de vedere matematic - spline.

· Modelarea poligonală este aranjarea colțurilor, vârfurilor poligoanelor în spațiul tridimensional.

O imagine tridimensională pe un plan diferă de una bidimensională prin faptul că implică construirea unei proiecții geometrice a unui model de scenă tridimensional pe un plan (de exemplu, un ecran de computer) folosind programe specializate. În acest caz, modelul poate fie să corespundă obiectelor din lumea reală (mașini, clădiri, un uragan, un asteroid), fie să fie complet abstract (o proiecție a unui fractal cu patru dimensiuni).

Pentru a obține o imagine tridimensională pe un plan, sunt necesari următorii pași:

· modelare - realizarea unui model matematic tridimensional al scenei și al obiectelor din aceasta.

· Redare (vizualizare) - construirea unei proiecții în conformitate cu modelul fizic selectat. (Sisteme de randare: V-Ray, FinalRender, Brazil R/S, BusyRay).

Avantajele și dezavantajele graficii 3D.

Defecte:

Volum mare de fișiere

Dependența de software

Costul ridicat al diferitelor editoare 3-D

Avantaje:

Realism

· Abilitatea de a utiliza obiecte 3D pentru a crea aplicații (jocuri etc.)

· Libertatea transformărilor obiectelor

Unde este folosit

Folosit la crearea de jocuri, filme etc.

Software

3D Studio Max, MAYA, Blender, Solid Age, Busolă.

Grafică 3D- o secțiune de grafică pe computer, un set de tehnici și instrumente (atât software, cât și hardware) concepute pentru a reprezenta obiecte tridimensionale.

O imagine tridimensională pe un plan diferă de una bidimensională prin faptul că include construcția unei proiecții geometrice a unui model tridimensional scene pe un plan (de exemplu, un ecran de computer) folosind programe specializate (cu toate acestea, odată cu crearea și implementarea de afișaje 3D și imprimante 3D, grafica tridimensională nu include neapărat proiecția pe un plan). În acest caz, modelul poate corespunde fie cu obiecte din lumea reală (mașini, clădiri, un uragan, un asteroid), fie poate fi complet abstract (o proiecție a unui fractal cu patru dimensiuni)

Metode de modelare 3D.

Modelele 3D sunt create în sisteme CAD (sau în sisteme CAD/CAM) folosind instrumentele de modelare geometrică disponibile în acestea. Modelul este stocat în sistem ca o descriere matematică și afișat pe ecran ca obiect spațial.

Construirea unui model geometric spațial al unui produs este o sarcină centrală a proiectării computerelor. Acest model este folosit pentru a rezolva în continuare problemele de generare a documentației de desen și proiectare, proiectarea echipamentelor tehnologice, dezvoltarea programelor de control pentru mașinile CNC. În plus, acest model este transferat în sistemele de analiză inginerească (sisteme SAE) și utilizat acolo pentru calcule inginerești. Conform unui model computerizat, folosind metode și mijloace de prototipare rapidă, se poate obține o probă fizică a produsului. Un model 3D poate fi construit nu numai folosind acest sistem CAD, dar, într-un caz particular, poate fi primit de la un alt sistem CAD printr-una dintre interfețele convenite sau format pe baza rezultatelor măsurării unui produs prototip fizic pe o coordonată. masina de masurat.

Modalități de prezentare a modelelor.

Există modelare de suprafață (cadru-suprafață) și modelare solidă. În modelarea suprafeței, se construiește mai întâi un cadru - o structură spațială constând din segmente de linie, arce circulare și spline. Cadrul joacă un rol auxiliar și servește drept bază pentru construcția ulterioară a suprafețelor care sunt „întinse” pe elementele cadrului.

În funcție de metoda de construcție, se disting următoarele tipuri de suprafețe: riglate; rotație; cinematic; conjugare file; trecerea prin secțiuni longitudinale și transversale; suprafețe pentru „strângerea ferestrelor” între trei sau mai multe suprafețe adiacente; Suprafețele NURBS definite prin specificarea punctelor de control ale secțiunilor longitudinale și transversale; suprafețe plane.

Deși suprafețele definesc limitele corpului, conceptul de „corp” în sine nu există în modul de modelare a suprafețelor, chiar dacă suprafețele limitează un volum închis. Aceasta este cea mai importantă diferență dintre modelarea suprafeței și modelarea solidă.

O altă caracteristică este că elementele modelului wireframe-suprafață nu sunt legate între ele în niciun fel. Schimbarea unuia dintre elemente nu le schimbă automat pe celelalte. Acest lucru oferă mai multă libertate în modelare, dar în același timp face lucrul cu modelul mult mai dificil.

Avantajele și dezavantajele graficii tridimensionale

Grafica 3D va ajuta în cazurile în care doriți să încorporați o scenă imaginară într-o imagine a lumii reale. Această situație este tipică pentru problemele de proiectare arhitecturală. În acest caz, grafica 3D elimină necesitatea creării unui aspect și oferă opțiuni flexibile pentru sintetizarea imaginii scenei pentru orice condiții meteorologice și din orice unghi de vedere.

Se poate imagina și o altă situație: nu un obiect imaginar este încorporat într-un fundal real, ci, dimpotrivă, o imagine a unui obiect real este încorporată într-o scenă tridimensională ca parte integrantă a acesteia. Acest mod de utilizare a graficii 3D este folosit, de exemplu, pentru a crea săli de expoziție sau galerii virtuale, pe pereții cărora sunt atârnate imagini cu tablouri reale.

Jocuri pe calculator- una dintre cele mai extinse și dovedite domenii de aplicare a graficii 3D. Pe măsură ce software-ul de modelare 3D se îmbunătățește, performanța crește și resursele de memorie ale computerului cresc, lumile 3D virtuale devin mai complexe și mai realiste.

Grafica tridimensională ajută, de asemenea, acolo unde fotografia reală este imposibilă, dificilă sau necesită costuri materiale semnificative și, de asemenea, vă permite să sintetizați imagini cu evenimente care nu au loc în viața de zi cu zi. Programul 3D Studio MAX 3.0 are instrumente care vă permit să simulați acțiunea forțelor fizice precum gravitația, frecarea sau inerția asupra obiectelor tridimensionale, precum și să reproduceți rezultatele coliziunilor obiectelor.

Principalele argumente în favoarea graficii 3D apar atunci când vine vorba de crearea animației pe computer. 3D Studio MAX 3.0 vă permite să simplificați în mod semnificativ munca la videoclipurile animate prin utilizarea metodelor de animare a scenelor 3D. Mai sus, am examinat caracteristicile graficii tridimensionale, care pot fi atribuite avantajelor sale în comparație cu grafica bidimensională convențională. Dar, după cum știți, nu există avantaje fără dezavantaje. . Dezavantajele graficii tridimensionale, care ar trebui luate în considerare atunci când alegeți instrumente pentru dezvoltarea viitoarelor proiecte grafice, pot fi luate în considerare condiționat:

Cerințe crescute asupra hardware-ului computerului, în special în ceea ce privește cantitatea de RAM, disponibilitatea spațiului liber pe hard disk și viteza procesorului;

Este nevoie de multă muncă pregătitoare, dar crearea de modele ale tuturor obiectelor din scenă care pot cădea în câmpul vizual al camerei și atribuirea materialelor acestora. Cu toate acestea, această muncă de obicei plătește cu rezultatul;

Mai puțin decât atunci când utilizați grafică bidimensională, libertate în formarea imaginii. Aceasta înseamnă că atunci când desenați o imagine cu un creion pe hârtie sau utilizați grafică bidimensională pe ecranul unui computer, aveți posibilitatea de a distorsiona complet liber orice proporție a obiectelor, de a încălca regulile perspectivei etc., dacă este necesar pentru realizarea. de o intenţie artistică. În 3D Studio MAX 3.0 acest lucru este posibil, dar necesită efort suplimentar;

Necesitatea de a controla poziția relativă a obiectelor în scenă, în special atunci când se realizează animație. Datorită faptului că obiectele graficii tridimensionale sunt „corporale”, este ușor de admis pătrunderea eronată a unui obiect în altul sau lipsa eronată a contactului necesar între obiecte.