Изучение 3D моделирования в AUTODESK 3DS MAX 2008 на факультативах в школе

Министерство образования омской области ГОУ СПО «Тарский педагогический колледж»

Курсовая работа Изучение 3D моделирования на факультативах в школе Штейнбах Антон Александрович Специальность 50 202

Информатика Курс II, группа 22

Научный руководитель:

Фролова Наталья Николаевна Тара — 2008

• Введение
• 1. Изучение основ 3D моделирования в программе Autodesk 3ds Max 2008
• 1.1 Основные понятия трехмерной графики
• 1.2 Элементы интерфейса 3ds Max 2008
• 2. Моделирование трехмерных объектов в 3ds Max 2008
• 2.1 Создание моделей при помощи примитивов
• 2.2 Создание моделей при помощи сплайнов
• 2.3 Создание моделей при помощи редактируемых поверхностей
• Заключение
• Библиография

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

Одно из лидирующих мест среди таких программ занимает 3ds Max. В силу своих уникальных возможностей и доступности в освоении эта программа сегодня имеет наибольшее количество поклонников, как среди любителей, так и среди профессионалов. Пожалуй, осталось очень мало сфер деятельности человека, связанных с трехмерной графикой, в которых не используется 3ds Max. Ее активно применяют для создания игр и фильмов, в архитектуре и строительстве, в медицине и физике, а также во многих других областях.

Трехмерная графика уже настолько прочно вошла в нашу жизнь, что мы, сталкиваясь с ней, порой даже не замечаем ее. Разглядывая интерьер комнаты на огромном рекламном щите, янтарный блеск льющегося пива в рекламном ролике, наблюдая, как взрывается самолет в остросюжетном боевике, многие не догадываются, что перед ними не реальные съемки, а результат работы мастера трехмерной графики. Область применения трехмерной графики необычайно широка: от рекламы и киноиндустрии до дизайна интерьера и производства компьютерных игр.

При создании рекламы трехмерная графика помогает представить продвигаемый товар в наиболее выгодном свете, например, с ее помощью можно создать иллюзию идеально белых рубашек, кристально чистой минеральной воды, аппетитно разломленного шоколадного батончика, хорошо пенящегося моющего средства и т. д. В реальной жизни рекламируемый объект может иметь какие-нибудь недостатки, которые легко скрыть, используя в рекламе трехмерных «двойников». Вы наверняка замечали, что после применения моющего средства посуда блестит гораздо более тускло, чем в рекламе, а волосы после использования шампуня не выглядят так красиво, как на экране телевизора. Причина этого проста: слишком чистая посуда — всего лишь просчитанное компьютером изображение, такие тарелки в реальности не существуют.

Использование компьютерных технологий при проектировании и разработке дизайна интерьера помогает увидеть конечный вариант задолго до того, как обстановка будет воссоздана. Трехмерная графика позволяет создавать трехмерные макеты различных объектов (кресел, диванов, стульев и т. д.), повторяя их геометрическую форму и имитируя материал, из которого они созданы. Чтобы получить полное представление об определенном объекте, необходимо осмотреть его со всех сторон, с разных точек, при различном освещении. Трехмерная графика позволяет создать демонстрационный ролик, в котором будет запечатлена виртуальная прогулка по этажам будущего коттеджа, который только начинает строиться. Что же касается киноиндустрии, то в этой отрасли компьютерная графика сегодня незаменима. Трудно поверить в то, что для одного из первых фильмов серии «Звездные войны» сцену падающего водопада создавали при помощи обыкновенной соли. Сегодня для создания подобных сцен не обязательно заказывать килограммы соли. При помощи редактора трехмерной графики можно без труда смоделировать любой водопад, который зритель не отличит от настоящего.

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

Проблема: как организовать изучение 3D моделирования на факультативах в школе.

Объектом моей курсовой работы является изучение основ 3D моделирования в программе Autodesk 3ds Max 2008.

Предметом — моделирование трехмерных объектов в 3ds Max 2008.

Цель моей курсовой работы: изучить основы моделирования при помощи примитивов, сплайнов и редактируемых поверхностей в Autodesk 3ds Max 2008.

Для достижения этой цели, необходимо решить следующие задачи:

Рассмотреть основные понятия трехмерной графики;

Изучить элементы интерфейса 3ds Max 2008;

Рассмотреть основы моделирования при помощи примитивов, сплайнов и редактируемых поверхностей.

1. Изучение основ 3D моделирования в программе Autodesk 3ds Max 2008

1.1 Основные понятия трехмерной графики

Для создания трехмерной графики используются специальные программы, которые называются редакторы трехмерной графики, или 3D-редакторы.3ds Max 2008 является одной из таких программ.

Результатом работы в любом редакторе трехмерной графики, в том числе и в приложении 3ds Max 2008, является анимационный ролик или статическое изображение, просчитанное программой. Чтобы получить изображение трехмерного объекта, необходимо создать в программе его объемную модель.

Замена одного объекта (процесса или явления) другим, но сохраняющим все существенные свойства исходного объекта (процесса или явления), называется моделированием, а сам заменяющий объект называется моделью исходного объекта [13, 85].

Модель объекта в 3ds Max 2008 отображается в четырех окнах проекций. Такое отображение трехмерной модели используется во многих редакторах трехмерной графики и дает наиболее полное представление о геометрии объекта. Если вы видели чертежи деталей, то могли заметить, что на чертеже объект представлен сверху, сбоку и слева.

Интерфейс 3ds Max 2008 напоминает такой чертеж. Однако, в отличие от чертежа на бумаге, вид объекта в каждом окне проекции можно изменять и наблюдать, как выглядит объект снизу, справа и т. д. Кроме этого, можно вращать все виртуальное пространство в окнах проекций вместе с созданными в нем объектами. Работа в 3ds Max 2008 напоминает компьютерную игру, в которой пользователь передвигается между трехмерными объектами, изменяет их форму, поворачивает, приближает и т. д.

Виртуальное пространство, в котором работает пользователь 3ds Max 2008, называется трехмерной сценой. То, что вы видите в окнах проекций, — это отображение рабочей сцены.

Работа с трехмерной графикой очень похожа на съемку фильма, при этом разработчик выступает в роли режиссера. Ему приходится расставлять декорации сцены (то есть создавать трехмерные модели и выбирать положение для них), устанавливать освещение, управлять движением трехмерных тел, выбирать точку, с которой будет производиться съемка фильма, и т. д.

Любые трехмерные объекты в программе создаются на основе имеющихся простейших примитивов — куба, сферы, тора и др. Создание трехмерных объектов в программе 3ds Max 2008 называется моделированием. Для отображения простых и сложных объектов 3ds Max 2008 использует так называемую полигональную сетку, которая состоит из мельчайших элементов — полигонов. Чем сложнее геометрическая форма объекта, тем больше в нем полигонов и тем больше времени требуется компьютеру для просчета изображения. Если присмотреться к полигональной сетке, то в местах соприкосновения полигонов можно заметить острые ребра, поэтому, чем больше полигонов содержится в оболочке объекта, тем более сглаженной выглядит геометрия тела. Сетку любого объекта можно редактировать, перемещая, удаляя и добавляя ее грани, ребра и вершины. Такой способ создания трехмерных объектов называется моделированием на уровне подобъектов [5, 18].

В реальной жизни все предметы, окружающие нас, имеют характерный рисунок поверхности и фактуру — шершавость, прозрачность, зеркальность и др. В окнах проекций 3ds Max 2008 видны лишь оболочки объектов без учета всех этих свойств, поэтому изображение в окне проекции далеко от реалистичного. Для каждого объекта в программе можно создать свой материал - набор параметров, которые характеризуют некоторые физические свойства объекта [1, 156].

Чтобы получить просчитанное изображение в 3ds Max 2008, трехмерную сцену необходимо визуализировать. При этом будут учтены освещенность и физические свойства объектов. Созданная в окне проекции трехмерная сцена визуализируется либо непосредственно из окна проекции, либо через объектив виртуальной камеры. Виртуальная камера представляет собой вспомогательный объект, который обозначает в сцене точку, из которой можно произвести визуализацию проекта. Для чего нужна виртуальная камера? Визуализируя изображение через объектив виртуальной камеры, можно изменять положение точки съемки. Подобного эффекта невозможно добиться, визуализируя сцену из окна проекции. Кроме этого, виртуальная камера позволяет использовать в сценах специфические эффекты, похожие на те, которые можно получить с помощью настоящей камеры (например, эффект глубины резкости).

Качество полученного в результате визуализации изображения во многом зависит от освещения сцены. Когда происходят съемки настоящего фильма, стараются подобрать наиболее удачное положение осветительных приборов таким образом, чтобы главный объект был равномерно освещен со всех сторон и при этом освещение съемочной площадки выглядело естественно.

Программа 3ds Max 2008 позволяет устанавливать освещение трехмерной сцены, используя виртуальные источники света — направленные и всенаправленные. Источники света являются такими же вспомогательными объектами, как виртуальные камеры. Их можно анимировать, изменять их положение в пространстве, управлять цветом и яркостью света. Еще одна важная деталь, благодаря которой источники света придают сцене большую реалистичность, — отбрасываемые объектами тени [15, 39].

Работать с источниками света бывает порой очень сложно, поскольку не всегда удается правильно осветить трехмерную сцену. Например, слишком яркие источники света создают сильные и неправдоподобные блики на трехмерных объектах, а большое количество теней, направленных в разные стороны, выглядит неестественно.

Таким образом, рассмотрев понятийный аппарат трехмерной графики, я выделил определения: 3D-редакторы, трехмерная сцена, моделирование на уровне подобъектов. Самые необходимые термины для изучения 3D моделирования в 3ds Max рассматриваются на протяжении всей курсовой работы.

1.2 Элементы интерфейса 3ds Max 2008

Интерфейс обеспечивает доступ к управлению всеми возможностями программы. Многие пользователи, пренебрегая его изучением, впоследствии сталкиваются с трудностями даже при моделировании простых сцен, не говоря о том, что не могут применять потенциал программы полностью.

Программа 3ds Max имеет очень гибкий интерфейс, позволяющий выполнить одно и то же действие разными путями. Существует возможность создавать собственные пользовательские меню, панели инструментов, назначать сочетания клавиш операциям и т. д. Все это не только облегчает работу в программе, но и ускоряет процесс моделирования.

Первое, что вы увидите после запуска программы 3ds Max 2008, — ее основное окно.

Наибольшее пространство окна программы занимают окна проекций. Это неудивительно: именно с их помощью мы получаем доступ к объектам сцены. В окнах проекций можно настроить отображение объектов различным образом: например, задать компоновку экрана для управления видом и ориентацией или указать способы оптимизации прорисовки экрана во время работы.

Одновременно на экране может отображаться от одного до четырех окон проекций. Каждое окно имеет рамку и имя, расположенное в верхнем левом углу окна.

Окно проекции, в котором на данный момент ведется работа, подсвечивается желтым цветом и называется активным. Активное окно можно развернуть во весь экран при помощи кнопки Maximize Viewport Toggle (Увеличение окна проекции до размеров экрана) в правом нижнем углу окна 3ds Max 2008. Стандартные типы окон отображают объекты сцены с ограниченным количеством сторон. Однако часто, моделируя объекты сцены, необходимо видеть их со всех сторон, приближаться для работы с деталями и удаляться, чтобы охватить взглядом всю сцену. Для навигации в окнах проекции существуют кнопки, расположенные в правом нижнем углу окна программы. Состав кнопок управления меняется в зависимости от выбранного типа проекции.

В верхней части окна программы расположено главное меню, а под ним — панель инструментов Main Toolbar (Основная панель инструментов). Пункты главного меню частично повторяют инструменты и команды основной панели инструментов, а также панели Command Panel (Командная панель).

Панель инструментов — один из элементов графического интерфейса пользователя, предназначенный для выполнения инструментальных функций и управления программой.

Использование панели инструментов — один из наиболее удобных способов выполнения большинства команд, для чего достаточно одного щелчка кнопкой мыши на значке, расположенном на панели инструментов.

Все кнопки панели инструментов снабжены подсказками, которые появляются при наведении указателя мыши на кнопку и удержания над ней. Небольшой треугольник в правом нижнем углу некоторых кнопок указывает, что при нажатии и удержании такой кнопки раскроется панель данного инструмента с дополнительным набором кнопок.

Кнопки главной панели инструментов:

* Undo (Отменить) (Ctrl+Z) — отменяет последнюю команду или

группы команд.

* Redo (Повторить) (Ctrl+Y) — возвращает команды, которые были отменены.

* Select and Link (Выделить и связать) — устанавливает связь между объектами сцены.

* Unlink Selection (Разорвать связь с выделенным объектом) — разрывает связи между объектами.

* Bind to Space Warp (Связать с воздействием) — связывает объект с источником объемной деформации.

* Selection Filter (Фильтр выделения) — раскрывающийся список, ограничивающий типы объектов, которые могут быть выделены.

* Select Object (Выделение объекта) (Q) — инструмент выделения объектов.

* Select by Name (Выделить по имени) (Н) — открывает окно диалога для выделения объектов по имени.

* Rectangular Selection Region (Прямоугольная область выделения), Circular Selection Region (Круглая область выделения), Fence Selection Region (Произвольная форма выделения), Lasso Selection Region (Выделение лассо), Paint Selection Region (Выделение кистью) (Ctrl+F) — выделяет объекты различными формами выделяющей рамки.

* Window/Crossing (Оконное/Пересекающее выделение) — устанавливает, каким образом будет выделяться объект: обводкой или пересечением.

* Select and Move (Выделить и переместить) (W) — выделяет и перемещает объект.

* Select and Rotate (Выделить и повернуть) (Е) — выделяет и поворачивает объект сцены.

* Select and Uniform Scale (Выделить и равномерно масштабировать), Select and Non-uniform Scale (Выделить и неравномерно масштабировать), Select and Squash (Выделить и сжать) ® — выделяет и масштабирует объект различными способами.

* Reference Coordinate System (Система координат) — раскрывающийся список, при помощи которого устанавливается система координат, используемая для трансформаций.

Командная панель располагается в правой части окна программы. Она содержит настройки всех объектов сцены, а также параметры многих операций, используемых в работе. При помощи командной панели можно создавать объекты и управлять ими.

Командная панель имеет шесть вкладок: Create (Создание), Modify (Изменение), Hierarchy (Иерархия), Motion (Движение), Display (Отображение) и Utilities (Утилиты). Наиболее часто используются вкладки Create (Создание) и Modify (Изменение) [10, 50].

Основные настройки объектов сосредоточены в свитках вкладок командной панели. Свитки — сгруппированные по определенным признакам настройки, имеющие в качестве заголовка кнопку шириной во всю ширину свитка [4, 66].

Название каждого свитка содержит знак «плюс» или «минус» в зависимости от того, развернут свиток или свернут (свернутому свитку соответствует знак +, а развернутому — знак -). Щелчок на заголовке свитка разворачивает или сворачивает его. Порядок следования свитков на командной панели (и не только) можно менять, перетаскивая свиток вверх или вниз относительно других.

Достаточно часто развернутые свитки не помещаются в поле экрана, и часть их содержимого скрывается за его границей. Для таких случаев предусмотрена возможность прокрутки области свитка вверх или вниз. Индикатором того, что на экране отображено не все содержимое свитков, является узкая вертикальная полоса вдоль их правой части. При наведении на область свитка указатель мыши примет форму руки, после чего, нажав и удерживая кнопку мыши, можно прокручивать область свитков вверх или вниз.

Свитки имеют контекстное меню, которое появляется при щелчке правой кнопкой мыши в области свитков (вне элементов управления). Оно содержит команды разворачивания и сворачивания всех свитков или свитков по именам и возврата к принятому по умолчанию порядку их расположения.

Вкладка Create (Создание) служит для создания основных (примитивы, кривые и др.) и вспомогательных (источники света, виртуальные камеры, объемные деформации и др.) объектов сцены. Эта вкладка содержит семь категорий, каждая из которых отвечает за создание объектов определенного типа:

Geometry (Геометрия) — позволяет создавать простые и усложненные примитивы, составные объекты, системы частиц, объекты для архитектурных, инженерных и конструкторских работ, окна, двери и пр. Создание объектов на основе примитивов будет подробно рассмотрено в следующей главе.

Shapes (Формы) — дает возможность создавать трехмерные кривые разной формы: линии, прямоугольники, круги, трехмерный текст и пр.

Lights (Источники света) — позволяет добавлять в сцену направленные и всенаправленные источники света.

Cameras (Камеры) — дает возможность добавлять в сцену виртуальные камеры. При помощи камер можно снимать сцену. Они являются очень важным объектом, если сцену планируется анимировать.

Helpers (Вспомогательные объекты) — позволяет добавлять в сцену вспомогательные объекты. Такие объекты не видны при визуализации сцены, но они помогают добиться того, чтобы трехмерные объекты вели себя нужным образом.

Например, габаритный контейнер Gizmo (Гизмо) может ограничить пространство распространения эффекта огня.

Space Warps (Объемные деформации) — дает возможность добавлять в сцену объемные деформации.

Systems (Дополнительные инструменты) — позволяет добавлять в сцену системы костей, скелет и другие дополнительные объекты.

Щелчок кнопкой мыши на любой из этих кнопок вызывает набор инструментов для создания объектов соответствующей категории.

Первая группа объектов, с которой обычно знакомятся начинающие разработчики трехмерной анимации, — это Geometry (Геометрия). Объекты этой группы представляют собой простейшие трехмерные геометрические фигуры: Box (Параллелепипед), Sphere (Сфера), Cylinder (Цилиндр.), Torus (Top), Cone (Конус), Plane (Плоскость) и др. Основные две группы — это Standard Primitives (Простые примитивы) и Extended Primitives (Сложные примитивы). К группе Extended Primitives (Сложные примитивы) относятся, например, Hedra (Многогранник), Torus Knot (Тороидальный узел), ChamferCyl (Цилиндр с фаской), Hose (Шланг) и т. д.

Очевидно, создатели 3ds Max обладают некоторой долей юмора, поскольку в число Standard Primitives (Простые примитивы) они включили не совсем простой объект — Teapot (Чайник). Этот примитив любят многие разработчики трехмерной графики и часто используют для различных целей. Например, с его помощью очень удобно изучать действие различных модификаторов, так как Teapot (Чайник) имеет неправильную форму и любые деформации очень хорошо на нем видны. Объект Teapot (Чайник) можно также применять для того, чтобы посмотреть, как будет выглядеть на объекте созданный материал.

В 3ds Max имеются группы объектов, предназначенных специально для архитектурной визуализации. Это Stairs (Лестницы), АЕС Extended (Дополнительные объекты для АИК — архитектурные, инженерные и конструкторские работы), Doors (Двери), Windows (Окна).

Группа объектов Doors (Двери) позволяет создать три типа дверей — Pivot (Закрепленные на оси), BiFold (Складывающиеся) и Sliding (Раздвигающиеся). Первые напоминают обычные входные двери, вторые — двери автобуса, а третьи — двери купе. Можно создавать одинарные или парные (при помощи параметра Double Doors (Двойные дверцы)) двери, регулировать размер дверной коробки (параметры Width (Ширина) и Depth (Глубина) в области Frame (Рама)), определять параметры самих объектов — Height (Высота), Width (Ширина), Depth (Глубина) — и даже толщину стекол — Glass Thickness (Толщина стекла). Параметр Open (Открытие) позволяет указать, насколько двери открыты.

Группа объектов Windows (Окна) позволяет добавлять в сцену шесть типов окон. Их основное отличие — в способе открытия:

Awning (Навесные) — поднимаются вверх;

Fixed (Закрепленные) — не открываются;

Projected (Проектируемые) — состоят из нескольких частей, открывающихся в разные стороны;

Casement (Створчатые) — открываются подобно двери, самый распространенный тип окна;

Pivoted (Закрепленные на оси) — открываются таким образом, что оконная рама вращается вокруг своей горизонтальной оси;

Sliding (Раздвигающиеся) — отъезжают в сторону, подобно раздвижным стеклам на книжной полке.

Следующая группа объектов — Stairs (Лестницы) — также является необходимым инструментом для проектирования архитектурных сооружений. В 3ds Max 2008 можно создавать четыре типа лестниц: LType (L-образная), Straight (Прямая), Spiral (Винтовая) и UType (U-образная).

Объекты Stairs (Лестницы) могут быть Open (Открытые), Closed (Закрытые) и Box (С основанием). Отдельно регулируется наличие перилл с правой и левой сторон при помощи параметра Handrail (Перила), расположение относительно ступенек — Rail Path (Путь перилл) и их высота Height (Высота перилл) в свитке Railings (Перилла). В области Steps (Ступени) свитка Parameters (Параметры) задается высота ступеней — Thickness (Толщина) и их ширина — Depth (Глубина). Для спиральной лестницы дополнительно указывается Radius (Радиус), наличие опоры — Center Pole (Центральная опора) и направление — по часовой стрелке или против нее (положение переключателя CCW (Против часовой стрелки) и CW (По часовой стрелке) в области Layout (Расположение)).

В группу АЕС Extended (Дополнительные объекты для АИК) входят объекты Foliage (Растительность), Wall (Стена) и Railing (Ограждение). Объекты Railing (Ограда, перила) и Wall (Стена), как и описанные выше объекты Doors (Двери) и Window (Окна), применяются в архитектурном моделировании.

Объект Foliage (Растительность) служит для моделирования трехмерной растительности. Трехмерное моделирование флоры обычно сопряжено с большими трудностями. Например, чтобы созданное дерево выглядело реалистично, необходимо не только качественную текстуру, но и смоделировать сложную геометрическую модель. Таких моделей долгое время в стандартном инструментарии 3ds Max не было.

При помощи объекта Foliage (Растительность) можно создавать растительные объекты, которые загружаются из библиотеки Plant Library (Библиотека растений). Создаваемому объекту автоматически назначается свой материал. Чтобы деревья и кусты не были похожи один на другой, используется параметр Seed (Случайная выборка), который определяет случайное расположение веток и листьев объекта.

В 3ds Max 2008 также можно создавать такой тип объектов, как частицы Particle Systems (Системы частиц). Частицы очень удобно использовать в сценах, в которых требуется смоделировать множество объектов одного типа, например снежинок, осколков от взрыва и т. д.

В 3ds Max присутствует группа объектов Helpers (Вспомогательные объекты). Объекты этого типа являются вспомогательными и не имеют геометрии, поэтому на финальном просчете их не видно. Объекты категории Helpers (Вспомогательные объекты) часто используются для настройки анимации, ориентирования объектов, определения расстояния между точками трехмерной сцены и т. д.

Объекты категории Helpers (Вспомогательные объекты) разделены на несколько групп в зависимости от своего предназначения.

Объекты группы Standard (Стандартные) выполняют функции ориентирования в виртуальном пространстве трехмерной сцены. Например, с помощью объекта Таре (Рулетка) вы можете быстро определить расстояние между двумя точками.

Объект Protractor (Угломер) напоминает рулетку, однако он изменяет не расстояние, а угол между линиями, соединяющими исходную точку и два объекта. Значение угла между образовавшимися прямыми будет отображаться в настройках объекта Protractor (Угломер) в поле Angle (Угол). Причем при перемещении этих объектов угол будет соответствующим образом изменяться.

Еще один инструмент для ориентирования в трехмерном пространстве — объект Compass (Компас). Он может отображаться в окне как простая точка или в виде розы ветров. Этот объект поможет определить направление координатных осей глобальной системы координат пространства. Он очень удобен, если вы плохо ориентируетесь в трехмерном пространстве, например, из-за большого количества одинаковых объектов.

Объекты группы Atmospheric Apparatus (Габаритный контейнер атмосферного эффекта) представляют собой габаритные контейнеры Gizmo (Гизмо).

В терминологии, используемой для работы с 3ds Max 2008, часто можно встретить понятие Gizmo (Габаритный контейнер Гизмо). Он ограничивает геометрические размеры объекта и имеет вид квадратных скобок.

В данном случае контейнеры используются для ограничения пространства, в котором необходимо разместить тот или иной атмосферный эффект, например огонь. Габаритные контейнеры группы Atmospheric Apparatus (Габаритный контейнер атмосферного эффекта) могут быть трех типов, различающихся по форме: BoxGizmo (Параллелепипед Гизмо), CylGizmo (Цилиндр Гизмо) и SphereGizmo (Сфера Гизмо). Кроме настроек, определяющих геометрические размеры, для описания объектов используется параметр Seed (Выборка). Он влияет на случайное протекание эффекта в объеме габаритного контейнера, иными словами, при разных значениях параметра Seed (Выборка) картина атмосферного эффекта будет различаться.

Группа Camera Match (Соответствие камеры) представлена одним вспомогательным объектом CamPoint (Точка камеры), который предназначен для работы с утилитой Camera Match (Соответствие камеры). Данная утилита создана для работы с фоновыми изображениями и подбора положения камеры таким образом, чтобы оно соответствовало положению и направлению камеры, которое было при съемке фоновой картинки. Объект CamPoint (Точка камеры) помогает установить точки, по которым будет восстановлено положение камеры.

Вспомогательные объекты группы Manipulators (Манипуляторы), к которым относятся Cone Angle (Конический угол), Slider (Ползунок) и Plane Angle (Угол плоскости), помогают управлять другими объектами сцены, используя возможность 3ds Max связывать параметры объектов.

Вспомогательные объекты группы Manipulators (Манипуляторы) помогают разработчику трехмерной анимации управлять объектами. Например, вспомогательный объект Slider (Ползунок) можно использовать для анимации мимики персонажа. Связав несколько подобных объектов с разными мускулами на лице трехмерного героя, можно изменять ползунки Slider (Ползунок) и тем самым изменять выражение лица персонажа. Объекты группы Manipulators (Манипуляторы) используются в основном для анимации.

Вспомогательные объекты группы reactor дублируют кнопки одноименной панели инструментов. Они служат для создания эффектов, связанных с динамикой в сценах [3, 25].

Объекты категории Systems (Дополнительные инструменты) позволяют создавать системы дневного освещения, а также управлять персонажами.

В 3ds Max предусмотрено два типа систем дневного освещения — Daylight (Дневное освещение) и Sunlight (Солнечное освещение). Они пригодятся, в первую очередь, при создании архитектурной визуализации, экстерьеров и интерьеров. Эти системы позволяют принимать при визуализации во внимание такие характеристики освещения, как географическое расположение объекта (страна и город), точную дату и время суток. Учитывая эти данные, программа использует схему освещения, соответствующую положению солнца в заданное время. Такие данные помогут определить, как лучше расположить дом по отношению к сторонам света, для того чтобы его освещение в разное время суток устраивало заказчика.

При планировке дома и прилегающих территорий очень важно также учитывать, куда будет падать тень от здания и других крупных объектов в разное время дня. Это позволит выбрать наиболее подходящее место, например, для посадки цветочной клумбы или для постройки беседки.

В связке с системами дневного освещения Daylight (Дневное освещение) и Sunlight (Солнечное освещение) используется объект Compass (Компас). При создании этих систем освещения объект Compass (Компас) создается автоматически. Отличие между Daylight (Дневное освещение) и Sunlight (Солнечное освещение) состоит в том, что в первом случае учитывается освещение с учетом света неба, а во втором — только солнца.

Параметры объекта, появляющиеся при его построении на вкладке Create (Создание) командной панели, становятся недоступными после выбора другого объекта или деактивации кнопки построения объекта. Для продолжения редактирования созданного примитива существует вкладка Modify (Изменение) командной панели. Выделив объект и перейдя на эту вкладку, вы вновь увидите свиток с параметрами для редактирования.

Кроме изменения параметров примитива, вкладка Modify (Изменение) командной панели позволяет назначать модификаторы выделенному объекту или группе объектов. В последнем случае к каждому объекту применяется образец модификатора.

Модификаторы — параметрически управляемые функции, предназначенные для изменения структуры объектов 3ds Max (например, положения вершин в пространстве или кривизны сегментов) [16, 54].

В верхней части вкладки Modify (Изменение) командной панели постоянно отображается строка с именем выделенного объекта и поле с образцом цвета, а немного ниже — раскрывающийся список Modifier List (Список модификаторов), содержащий модификаторы, доступные для применения к выделенному объекту.

Содержимое нижней части области свитков вкладки Modify (Изменение) командной панели меняется в зависимости от типа выделенных объектов и выбранных модификаторов.

В стеке модификаторов, который расположен под списком модификаторов, показано все, что происходило с объектом. Он отображает все модификаторы, примененные к выделенному объекту сцены, позволяет вернуться к настройкам любого модификатора и изменить его параметры, поменять местами расположение модификаторов в стеке или удалить их.

Под стеком модификаторов расположены кнопки, предназначенные для управления стеком. В их число входят: Pin Stack (Закрепить стек), Show end result on/off toggle (Показать конечный результат вкл/выкл), Make unique (Сделать уникальным), Remove modifier from the stack (Удалить модификатор из стека), Configure Modifier Sets (Изменить набор модификаторов).

Вкладка Hierarchy (Иерархия) командной панели содержит три кнопки контроля за различными параметрами и состояниями объекта: Pivot (Опора), IK (Inverse Kinematics) (Обратная кинематика) и Link Info (Данные о связях).

В верхней части вкладки Hierarchy (Иерархия) находятся три следующие кнопки:

Pivot (Опора) — открывает свитки, позволяющие изменять положение в пространстве опорной точки (Pivot Point) выделенного объекта. Опорная точка (Pivot Point) — точка, вокруг которой происходят все трансформации объекта, включая поворот, масштабирование и т. д.

IK (Inverse Kinematics) (Обратная кинематика) — содержит свитки, позволяющие применять к связанным объектам анимацию методом обратной кинематики. Эти свитки также позволяют настраивать параметры связей объектов, указывая на способы взаимодействия этих объектов между собой.

Link Info (Данные о связях) — открывает свитки, позволяющие устанавливать блокировки на перемещение, поворот и масштабирование выделенного объекта. Здесь же можно задать характеристики связей объектов друг с другом.

Вкладка Motion (Движение) командной панели содержит две кнопки, расположенные в верхней части панели: Parameters (Параметры) и Trajectories (Траектории).

Щелчок на кнопке Parameters (Параметры) открывает пять свитков, позволяющих анимировать объект и управлять анимацией при помощи присвоения контроллеров (Controllers) или ограничений (Constraints).

Контроллеры влияют на положение объекта в пространстве, его поворот и масштабирование относительно выбранного направления, а ограничения позволяют задать рамки использования трансформации объекта установленными параметрами (например, движением объекта вдоль указанного сплайна).

Вкладка Display (Отображение) содержит команды управления отображением отдельных объектов сцены в окнах проекций.

На этой вкладке можно установить индивидуальные параметры отображения каждого объекта и категорий объектов в целом. Используя настройки данной вкладки, вы можете изменять все параметры отображения, а также выполнять команды Hide (Спрятать) или Freeze (Фиксировать).

Разнообразный выбор инструментов предоставляет вкладка Utilities (Утилиты).

По умолчанию свиток Utilities (Утилиты) содержит девять утилит: Asset Browser (Окно просмотра ресурсов), Camera Match (Горизонт камеры), Collapse (Свернуть), Color Clipboard (Буфер обмена с цветом), Measure (Линейка), Motion Capture (Захват движения), Reset XForm (Сбросить преобразования), MAXScript и reactor.

Итак, основными элементами интерфейса являются окна проекций, главное меню, панель инструментов Main Toolbar (Основная панель инструментов), Command Panel (Командная панель).

На панели инструментов расположены кнопки: Undo (Отменить), Redo (Повторить), Select and Link (Выделить и связать), Unlink Selection (Разорвать связь с выделенным объектом), Bind to Space Warp (Связать с воздействием), Selection Filter (Фильтр выделения), Select Object (Выделение объекта), Select by Name (Выделить по имени), Rectangular Selection Region (Прямоугольная область выделения), Circular Selection Region (Круглая область выделения), Fence Selection Region (Произвольная форма выделения), Lasso Selection Region (Выделение лассо), Paint Selection Region (Выделение кистью), Window/Crossing (Оконное/Пересекающее выделение), Select and Move (Выделить и переместить), Select and Rotate (Выделить и повернуть), Select and Uniform Scale (Выделить и равномерно масштабировать), Select and Non-uniform Scale (Выделить и неравномерно масштабировать), Select and Squash (Выделить и сжать), Reference Coordinate System (Система координат).

На командной панели шесть вкладок: Create (Создание), Modify (Изменение), Hierarchy (Иерархия), Motion (Движение), Display (Отображение) и Utilities (Утилиты).

2. Моделирование трехмерных объектов в 3ds Max 2008

3ds Max 2008 — объектно-ориентированная программа, то есть все, что создается в программе, является объектами. Объектами в программе 3ds Max являются любые геометрические фигуры, кривые, камеры, вспомогательные объекты, объемные деформации, системы и источники света, которые могут включаться в состав сцены [14, 99].

Все геометрические объекты программы 3ds Max 2008 можно условно разделить на две категории: параметрические и редактируемые.

Большинство объектов в 3ds Max являются параметрическими. Параметрические объекты — это объекты, которые определяются совокупностью установок или параметров, а не являются описанием его формы. Проще говоря, такие объекты можно контролировать при помощи параметров (свиток Parameters (Параметры) на командной панели). Изменение значений параметров модифицирует геометрию самого объекта. Такой подход позволяет гибко управлять размерами и формой объектов [8, 43].

Параметрическими объектами в 3ds Max являются все объекты, которые можно построить при помощи меню Create (Создание). Они имеют важные настройки моделирования и анимации, поэтому в общем случае необходимо как можно дольше сохранять параметрические определения объекта. Однако сохранение параметрических свойств объектов расходует большое количество ресурсов компьютера и замедляет работу с объектами, так как все параметры, настройки и модификаторы хранятся в памяти компьютера. Если вы не предполагаете в дальнейшем использовать параметрические свойства объекта, преобразуйте его в Editable Mesh (Редактируемая поверхность). Изменение редактируемых объектов происходит за счет подобъектов (вершины, ребра, грани, полигоны) или функций. В состав редактируемых объектов входят: Editable Spline (Редактируемый сплайн), Editable Mesh (Редактируемая поверхность), Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность), Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность) и NURBS (NURBS-поверхность). Редактируемые объекты в стеке модификаторов содержат ключевое слово Editable (Редактируемый). Исключение составляют NURBS-объекты, которые называются NURBS Surfaces (NURBS-поверхности). Редактируемые объекты получаются путем преобразования других типов объектов. После преобразования параметрического объекта в другой тип (например, в Editable Mesh (Редактируемая поверхность)) он теряет все свои параметрические свойства и не может быть изменен путем указания параметров. В то же время редактируемый объект приобретает свойства, недоступные параметрическому, — возможность редактирования на уровне подобъектов.

Подобно огромному зданию, построенному из маленьких кирпичиков, программа 3ds Max позволяет создавать разноплановые сцены, используя в качестве строительных блоков примитивы (параметрические объекты). Вы можете использовать стандартные параметрические объекты для начала любой работы. После создания к ним можно применять модификаторы, строить составные объекты, разрезать, редактировать на уровне подобъектов и выполнять многие другие операции.

Процесс создания и преобразования любых объектов в целом одинаков: объект создается с помощью меню Create (Создание), вкладки Create (Создание) командной панели или кнопок панели инструментов, затем выбирается инструмент для его изменения.

Одно из основных предназначений 3ds Max — моделирование трехмерных объектов. Воображение дизайнера трехмерной графики очень часто рисует сцены, которые невозможно создать, используя только примитивы. Многие объекты, которые окружают нас в повседневной жизни, имеют несимметричную поверхность, воспроизвести которую в трехмерной графике довольно сложно [2, 37].

Объекты категории Geometry (Геометрия) в 3ds Max 2008 являются базовым материалом для создания более сложных моделей. Для редактирования поверхности примитивов используются различные инструменты моделирования.

Существуют различные подходы к трехмерному моделированию:

* моделирование на основе примитивов;

* использование модификаторов;

* сплайновое моделирование;

* правка редактируемых поверхностей: Editable Mesh (Редактируемая поверхность), Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность), Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность);

* создание объектов при помощи булевых операций;

* создание трехмерных сцен с использованием частиц;

* NURBS-моделирование (NURBS — Non Uniform Rational B-Splines, неоднородные нерациональные В-сплайны).

2.1 Создание моделей при помощи примитивов

Объекты в 3ds Max 2008 создаются при помощи команд пункта главного меню Create (Создание) или одноименной вкладки командной панели. Чаще используется второй способ, так как он является более удобным.

Примитивы служат инструментами построения и моделирования при создании составных объектов [6, 17].

Простыми геометрическими примитивами (категория Standard Primitives (Простые примитивы)) в 3ds Max являются следующие объекты.

* Box (Параллелепипед) — параллелепипеды и кубы с любым соотношением сторон.

* Sphere (Сфера) — параметрические объекты типа сферы или купола. Базовый объект создает квадратичные секции, похожие на линии долготы и широты глобуса.

* Cylinder (Цилиндр.) — цилиндры, цилиндрические секторы и многогранные призмы любых пропорций.

* Torus (Top) — кольца с круглой формой поперечного сечения. Может быть создан также тороидальный сектор.

* Teapot (Чайник) — объект, демонстрирующий возможности 3ds Max. Чайник является сложным параметрическим объектом, состоящим из частей.

* Cone (Конус) — общие формы, напоминающие цилиндры; два радиуса позволяют в любой момент поместить результирующий объект в управляемый конус.

* GeoSphere (Геосфера) — параметрические объекты, похожие на сферу и представляющие различные способы определения сферических объемов, которые обеспечивают три различных геометрии сферы и купола. Геосфера создает треугольные секции, подобно геодезическим куполам.

* Tube (Труба) — объекты, подобные цилиндру, но с продольным отверстием внутри. Можно также создавать секторы и многогранные призмы с отверстиями.

* Pyramid (Пирамида) — пирамиды (в том числе усеченные) с прямоугольным или квадратным основанием.

* Plane (Плоскость) — прямоугольный фрагмент сетчатой оболочки. Единственный примитив, не являющийся трехмерным объектом.

В число сложных примитивов (категория Extended Primitives (Улучшенные примитивы)) входят следующие объекты:

* Hedra (Многогранник) — пять разновидностей многогранников с множеством управляющих параметров. Все объекты определяются заданием точки центра и величиной радиуса.

* ChamferBox (Параллелепипед с фаской) — параллелепипеды и кубы с любым соотношением сторон. В отличие от объекта Box (Параллелепипед), при использовании объекта ChamferBox (Параллелепипед с фаской) существует возможность задания фасок на краях.

* OHTank (Цистерна) — цилиндры с основаниями в виде сферических сегментов с ярко выраженной границей между основаниями и средней частью объекта. На базе этих объектов можно также строить цилиндрические секторы.

* Spindle (Веретено) — цилиндры с коническими основаниями, а также цилиндрические секторы на базе этих объектов.

* Gengon (Многогранная призма) — многогранные призмы с фаской и без нее.

* RingWave (Круговая волна) — инструмент для создания труб, внешняя и внутренняя поверхности которых могут быть волнообразно деформированы.

* Prism (Призма) — инструмент для создания призм с различным соотношением сторон основания.

* Torus Knot (Тороидальный узел) — объект, который строится на основе узлов различного вида. Можно изменять как форму сечения, так и базовую форму объекта.

* ChamferCyl (Цилиндр с фаской) — цилиндры, цилиндрические секторы и многогранные призмы любых пропорций с возможностью задания на краях фаски, срезанной под углом 45°.

* Capsule (Капсула) — цилиндры с основаниями в виде полусфер, а также цилиндрические секторы на базе этих объектов.

* L-Extrusion (L-тело экструзии) — плоскость L-образной формы с выдавливанием по высоте.

* C-Extrusion (С-тело экструзии) — объект, аналогичный L-Extrusion (L-тело экструзии), отличающийся базовой формой, представленной в виде буквы «П» .

Оба тела экструзии являются базовым материалом для моделирования архитектурных конструкций.

* Hose (Рукав) — инструмент для создания гофрированных рукавов, шлангов и других объектов аналогичной формы. «Привязав» основания Hose (Рукав) к двум другим объектам, можно получить подобие анимированной пружины.

Для создания объекта необходимо:

1. Перейти на вкладку Create (Создание) командной панели.

2. Выбрать категорию, в которой находится нужный объект, для примитивов это категория Geometry (Геометрия).

3. Из раскрывающегося списка выбрать группу, в которой находится нужный объект.

4. Нажать кнопку с названием объекта.

5. Щелкнуть в любом месте окна проекции и, не отпуская кнопку, передвигать указатель мыши до тех пор, пока не изменится размер объекта до нужного.

Объекты можно создавать и путем ввода параметров объекта в свитке Keyboard Entry (Ввод с клавиатуры). Для этого после нажатия кнопки с названием примитива перейдите в появившийся ниже свиток, введите параметры объекта, координаты точки расположения и нажмите кнопку Create (Создать).

Объект в окне проекции может быть представлен по-разному: сглажено — режим просмотра Smooth + Highlights (Сглаженный), в виде сетчатой оболочки — Wireframe (Каркас), в виде рамки редактирования — Bounding Box (Ограничивающий прямоугольник) и др. Упрощенное отображение объектов в окнах проекций нужно для более легкого управления сложными сценами с большим количеством объектов и полигонов.

Для изменения варианта отображения объекта необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши на названии окна проекции и в контекстном меню выбрать нужный режим.

Любой примитив, созданный в 3ds Max, характеризуется набором параметров, которые определяют его геометрическую форму. Изменяя настройки объекта, вы тем самым изменяете его форму. Каждый из примитивов имеет свой уникальный набор параметров. Например, для примитива Box (Параллелепипед) такими настройками являются Length (Длина), Width (Ширина) и Height (Высота).

Одна из характеристик, присущих любому примитиву, — Segments (Количество сегментов). Этот параметр определяет количество полигонов в структуре объекта. Чем большее значение принимает параметр Segments (Количество сегментов), тем точнее отображается поверхность трехмерной модели. Количество сегментов может определяться не одним, а несколькими настройками. Например, объект Box (Параллелепипед) имеет три таких параметра — Length Segs (Количество сегментов по длине), Width Segs (Количество сегментов по ширине) и Height Segs (Количество сегментов по высоте).

В настройках большинства примитивов также присутствует параметр Generate Mapping Coords (Создавать систему проекционных координат). Установка данного флажка обеспечивает создание системы проекционных координат, что необходимо в том случае, если вы собираетесь текстурировать объект. В большинстве случаев необходимо, чтобы данный флажок был снят.

Настройки только что созданного объекта располагаются на вкладке Create (Создание) командной панели. Однако при повторном выделении объекта в сцене его настройки переместятся на вкладку Modify (Изменение).

Чтобы изменить объект, необходимо указать новые значения его параметров следующим образом.

1. Выделите требуемый примитив в окне проекции.

2. Перейдите на вкладку Modify (Изменение) командной панели.

3. Введите новое значение параметра в поле рядом с его названием и нажмите клавишу Enter.

Проанализировав источники можно сказать, что примитивы — инструменты построения и моделирования при создании составных объектов. Такие примитивы, как L-тело экструзии и С-тело экструзии являются базовым материалом для моделирования архитектурных конструкций. Примитивы выделяют двух видов: Standard Primitives (Простые примитивы) и Extended Primitives (Улучшенные примитивы).

2.2 Создание моделей при помощи сплайнов

Один из эффективных способов создания трехмерных моделей — использование техники сплайнового моделирования. В конечном итоге создание модели при помощи сплайнов (трехмерных кривых) сводится к построению сплайнового каркаса, на основе которого создается огибающая трехмерная геометрическая поверхность.

Сплайны — это двумерные примитивы (например, линия, окружность, текст), имеющие, как и трехмерные, различные параметры задания форм [9, 75].

Сплайновые примитивы представляют собой такой же рабочий материал, как и простейшие трехмерные объекты, создаваемые в 3ds Max 2008. Сплайновый инструментарий программы включает в себя следующие фигуры:

* Line (Линия);

* Circle (Окружность);

* Arc (Дуга);

* NGon (Многоугольник);

* Text (Сплайновый текст);

* Section (Сечение);

* Rectangle (Прямоугольник);

* Ellipse (Эллипс);

* Donut (Кольцо);

* Star (Многоугольник в виде звезды);

* Helix (Спираль).

Доступны также дополнительные сплайновые объекты, которые отличаются сложной формой и гибкими настройками. Благодаря этому, изменяя значения параметров, можно получать объекты самой разнообразной формы. Объекты такой формы часто используются в архитектуре.

* WRectangle (Прямоугольник за стеной) — позволяет создавать закрытые сплайны, состоящие из двух концентрических прямоугольников.

* Channel (С-образный) — позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы С, напоминающие канавки.

* Angle (L-образный) — позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы L, напоминающие уголки.

* Tee (Т-образный) — позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы Т.

* Wide Flange (I-образный) — позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы I.

Чтобы создать сплайновый объект, перейдите на вкладку Create (Создание) командной панели, в категории Shapes (Формы) выберите строку Splines (Сплайны) и нажмите кнопку создаваемого примитива. Для создания сложных сплайновых объектов, находясь в категории Shapes (Формы), выберите строку Extended Splines (Сложные сплайны).

Все сплайновые примитивы имеют схожие настройки. Например, каждый описанный объект содержит два обязательных свитка настроек: Rendering (Визуализация) и Interpolation (Интерполяция).

По умолчанию сплайновые примитивы не отображаются на этапе визуализации и используются как вспомогательные объекты для создания моделей со сложной геометрией. Однако любой сплайновый примитив может выступать в сцене как самостоятельный объект. За отображение объекта в окне проекции и на этапе визуализации отвечает свиток настроек Rendering (Визуализация). Если установить флажок Enable In Renderer (Показать при визуализации), объект на этапе визуализации становится видимым. Установленный флажок Enable In Viewport (Показывать в окне проекции) позволяет визуализировать сплайновый примитив в окне проекции с учетом формы сплайна, которую можно выбрать округлой или прямоугольной, установив переключатель в положение Radial (Округлый) или Rectangular (Прямоугольный).

При выборе округлого сечения сплайна (Radial (Округлый)) толщина регулируется параметром Thickness (Толщина). Сплайн характеризуется также количеством сторон (параметр Sides (Количество сторон)) и углом их расположения (Angle (Угол)). Минимальное количество сторон сплайна — 3 (такой сплайн имеет треугольное сечение).