Пакет для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации 3ds max 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования Северо-Западный государственный технический университет

Курсовая работа

По теме: «3ds max 2011»

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Элементы интерфейса

3. История пакета

4. Объекты

5. Заключение

1. Введение

программный трёхмерная графика анимация

3ds Max (3D Studio MAX) — полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32? битных, так и в 64? битных). Весной 2010 года выпущена тринадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2011».

2. Элементы интерфейса

1) Строка заголовка

2) Главное меню

3) Инструментальная панель

4) Окна проекции

5) Кнопки управления окнами проекции

6) Анимационная часть

7) Инструментальная панель

Интерфейс

3. История пакета

Первая версия пакета под названием 3D Studio DOS была выпущена в 1990 году. Разработками пакета занималась независимая студия Yost Group, созданная программистом Гари Йостом; Autodesk на первых порах занимался только изданием пакета. Существуют сведения, что Гари Йост покинул прежнее место работы после переговоров с Эриком Лайонсом (Eric Lyons), в то время директором по новым проектам Autodesk. Первые четыре релиза носили наименование 3D Studio DOS (1990—1994 годы). Затем пакет был переписан заново под Windows NT и переименован в 3D Studio MAX.

В 1996 году выходит 3D Studio Max 1.0. Первый плагин — Character Studio. Предназначался он для скелетной анимации персонажей. Там можно, например воссоздавать движения по следам. Уже тогда создатели программы высказались о том, что 3D Studio Max может и будет конкурировать с тогдашними «монстрами» моделирования и анимации (Alias Power Animator и Avid Softimage).

В 1997 году выщла в свет следующая революционная версия пакета. В 3D Studio Max 2.5 появилась имитация прозрачных и зеркальных поверхностей с помощью трассировки лучей, дополнения к инструментам сеточного моделирования.

С этого момента программа стала привлекать разработчиков компьютерных игр.

Ну, а в 1999 году вышла третья версия пакета 3D Studio Max 3.1. В системах частиц появились новые опции для имитации природного движения, был перестроен визуализатор и стало позволено подключать дополнительные визуализаторы (mental ray, vray, final render, Brazil, Render man — самые известные из них). Появилась возможность добиваться таких эффектов как — светотени, непряме освещение, трассировка лучей также улучшилась. Создавать реалистичные на 100% изображения стало возможно. Теперь уже макс интересует ещё и дизайнеров, и архитекторов.

Autodesk передаёт разработку программы подразделению discreet. И в честь этого события последующие версии пакетов называются 3ds max.

3ds max 4.0 выходит в 2000 году. Программа претерпела множество изменений. Многие плагины, которые шли на 3D Studio Max на 3ds max не пошли. Дискритовцы улучшили интерфейс, добавили модуль reactor, позволяющий просчитывать анимацию твёрдых и мягких тел, задавая их свойства (вес, упругость и т. д.). В character studio стало значительно удобнее управлять большими группами существ. Наконец макс становится интересен создателям анимационных и игровых фильмов.

Пятая версия вышла в свет в 2002 году. Непрямое освещение рассчитывается в 3ds max и результат виден уже и во вьюпортах. Новые поверхности разделения, контейнеры трансформаций, рисование на объекте и многое другое приближают 3ds max к самой знаменитой на тот момент программе AliasWavefront Maya.

2003 год — год шестой версии пакета. Введены нововведения для опытных пользователей. Визуализация в сети, алгоритмы имитации метажидкости стали встроены в 3ds max.

3ds max 7 выходит в 2004 году. В новом релизе были добавлены новые инструменты, для создания персонажной анимации, до версии 4, обновлен встроенный модуль character studio. Появился шейдер Skin, который использует подповерхностное рассеивание, новые модификаторы EditPoly и SkinMorph. В 3ds max 7 также включена обновленная версия интегрированного визуализатора mental ray 3.3.

3ds max 8 вышел в 2005 году. Самое главное новшество — плагин для создания волос и меха. Очертив сплайнами пряди волос можно за короткое время создать хорошую причёску.

Над созданием 9-ой версии программы (2006 год) в связи с расформировкой подразделения Discreet стал заниматься только что созданный отдел Autodesk Media and Entertainment.

В 2007 году вышла версия Autodesk 3ds max 2008, в 2008 году версия 2009, в 2009 году 2010 версия. Актуальная версия на сегодняшний день носит название Autodesk 3ds MAX 2011 (индекс 13.0).

Список всех версий 3ds Max

4. Объекты

Термин объект (object) в МАХ 2011 относится к любым элементам виртуального трехмерного мира, которые могут включаться в состав сцен и к которым могут применяться преобразования и модификаторы. Объекты МАХ 2011 делятся на категории, разновидности и типы. Всего имеется семь категорий объектов: Geometry (Геометрия), Shapes (Формы), Lights (Источники света), Cameras (Камеры), Helpers (Вспомогательные объекты), Space Warps (Объемные деформации) и Systems (Системы), все объекты МАХ 2011 являются параметрическими, то есть при создании приобретают определенный набор характеристических параметров, таких как координаты положения объекта, его размеры по длине, ширине и высоте, число сегментов или сторон и т. п. Эти параметры в дальнейшем можно легко изменять, поэтому в процессе создания объектов необязательно стремиться к обеспечению высокой точности.

Ниже приводится классификация основных объектов МАХ 2011. Число типов используемых объектов может увеличиваться за счет применения дополнительных модулей.

Объекты категории Geometry

В данную категорию входят объекты, предназначенные для построения геометрической модели трехмерной сцены и подразделяемые на следующие разновидности:

Standard Primitives (Стандартные примитивы) — это трехмерные тела правильной геометрической формы, такие как параллелепипед, сфера или тор. В число стандартных примитивов исторически входит также объект, представляющий собой чайник с носиком, ручкой и крышкой (рис 1);

Рис 1 Стандартные примитивы

Extended Primitives (Дополнительные примитивы) — это также трехмерные тела, но обладающие несколько более сложной формой и характеризуемые большим числом параметров, чем стандартные примитивы. К их числу относятся такие объекты, как многофункциональный многогранник, цилиндр с фаской, многогранник и тороидальный узел (рис 2);

Рис 2. Дополнительные примитивы

Рис 3. Лофтинговые объекты

Compound Objects (Составные объекты) — это трехмерные тела, составленные из нескольких простых объектов, как правило, объектов-примитивов (рис. 2). В данную разновидность входят также объекты типа Loft (Лофтинговые) — трехмерные тела, которые строятся методом лофтинга, то есть путем формирования оболочки по опорным сечениям, расставляемым вдоль заданной траектории (рис.3);

Particle Systems (Системы частиц) — это источники множества мелких двумерных или трехмерных частиц, призванных имитировать такие природные объекты, как пыль, дым, снег, брызги воды, воздушные пузырьки или искры огня;

Patch Grids (Сетки кусков) — это поверхности, состоящие из кусков Безье и создаваемые изначально как фрагменты плоскости прямоугольной формы. В дальнейшем форма и кривизна таких поверхностей может регулироваться за счет манипулирования управляющими точками. С помощью сеток кусков Безье удобно моделировать поверхности с плавно меняющейся кривизной;

NURBS Surfaces (NURBS-поверхчости) — это поверхности, форма которых описывается неоднородными рациональными В-сплайнами (Non-Uniform Rational B-Splines — NURBS). В зависимости от типа NURBS-поверхностей они или проходят через все точки, заданные в пространстве сцены, или плавно огибают их. Такие поверхности наилучшим образом подходят для моделирования объектов сложной формы, свойственных живой и неживой природе;

Doors (Двери) и Windows (Окна) — разновидности стандартных объектов, позволяющие с легкостью моделировать такие довольно сложные архитектурные элементы, как двери и окна различных типов, которые к тому же могут открываться и закрываться в процессе анимации.

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

Начиная с 3ds max шестой версии, в программе появились группы объектов АЕС Extended— архитектурные, инженерные и конструкторские работы (АПК).(Дополнительные объекты для АИК), Doors (Двери), Windows (Окна), Stairs (Лестницы) и др. Эти объекты служат для проектирования архитектурных сооружений.

В версиях 3ds max более ранних, чем шестая, отсутствовали такие необходимые для архитектурного проектирования объекты, как окна и двери. Этот недостаток можно было устранить подключением бесплатных модулей Doors (Двери) и Windows (Окна), разработанных фирмой-производителем 3ds max 7 — компанией Discreet. В шестой версии 3ds max Doors (Двери) и Windows (Окна) были добавлены в стандартный список объектов. Настройки этих объектов совпадают с настройками вышеупомянутых подключаемых модулей для 3ds max четвертой и пятой версий.

Dynamics Objects (Динамические объекты) — это специфическая разновидность стандартных объектов, позволяющая с легкостью моделировать два типа механических устройств: пружины и амортизаторы (рис. 4). Эти объекты не просто похожи на свои реальные прототипы по виду, при анимации они физически правдоподобно реагируют на действующие на них воображаемые силы.

К данной категории относятся различные типы линяй, образующих разомкнутые или замкнутые двумерные фигуры. Некоторые типы линий (например, спираль) могут размещаться не на плоскости, а в трехмерном пространстве. Формы используются в качестве заготовок, которые могут различными способами преобразовываться в трехмерные тела, и подразделяются на следующие разновидности:

Рис 4. Динамические объекты

Объекты категории Shapes

Splines (Сплайны) — это стандартные двумерные геометрические фигуры, такие как прямоугольник, эллипс или звезда, а также линии произвольной кривизны и контуры текстовых символов (рис. 5)

Рис 5. Сплайны

NURBS Curves (NURBS-кривые) — это разновидность линий, позволяющих строить плавные, не имеющие изломов кривые. NURBS-кривые или проходят через точки, обозначенные в пространстве сцены, или плавно огибают их.

Splines Extended (Дополнительные сплайны) — Дополнительные сплайновые объекты отличаются сложной формой и гибкими настройками. Например, для них можно определять форму внешних и внутренних углов. Благодаря этому, изменяя значения параметров, можно получать объекты самой разнообразной формы. Объекты такой формы часто используются в архитектуре (рис 6).

Объекты категорий Lights и Cameras

В данные категории входят объекты, предназначенные для имитации различных источников освещения сцены и для наблюдения сцены через объективы воображаемых съемочных камер.

Источники света и камеры могут быть нацеленными и свободными. Нацеленные источники света и камеры характеризуются наличием мишени - точечного объекта, на который нацелена ось пучка световых лучей или линия визирования камеры. Свободные источники света и камеры не имеют мишеней.(рис 7)

Рис 6 Дополнительные сплайны

Рис 7 Lights и Cameras

Объекты категории Helpers

В данную категорию входят объекты, которые не включаются в итоговое изображение сцены и предназначены для упрощения ее моделирования или анимации. Вспомогательные объекты делятся на следующие разновидности:

Standard (Стандартные) — это объекты, используемые как вспомогательные при разработке и анимации геометрических моделей (рис 8);

Atmospheric Apparatus (Атмосферная оснастка) — объекты, предназначенные для локализации областей проявления эффектов окружающей среды (рис 9);

Camera Match (Горизонт камеры) — это набор объектов, облегчающих согласование линии горизонта воображаемой съемочной камеры с линией горизонта фона сцены при визуализации моделей на фоне фотографии или кадров видеоклипа;

Reactor— объекты реактора различных типов, позволяющие имитировать в динамике поведение реальных объектов определенной физической природы, например: падающих жестких и мягких тел, болтающуюся веревку и многое другое; (рис 10).

Assembly Heads — объекты, каждый из которых выполняет общую регулировку параметров освещения для заданной группы (сборки) осветителей (рис 11);

Manipulators — служебные объекты, создаваемые в окнах проекций с целью регулирования с помощью мышью заданными параметрами геометрических тел сцены (рис 12);

Particle Flow — объекты, регулирующие параметры потоков частиц, испускаемых существующими системами частиц (рис 13);

CAT — Character Animation Toolkit (Инструментарий для создания анимации персонажей) — ранее бывший отдельным плагином, теперь поставляется вместе с 3ds max 2011. Система анимации CAT была разработана с целью помочь аниматорам в создании персонажной анимации. Встроенный в программу 3ds max плагин CAT позволяет пользователям создавать сложные, полностью настраиваемые риги и ускоряет процесс анимации, делает его более эффективным, и, что самое важное, гораздо быстрее (рис 14).

VRML97— объекты, позволяющие реализовывать различные сервисные функции (в частности, создавать интерактивность, подключать аудиоклипы и т. п.), которые реализуются при сохранении сцены (в режиме экспорта) в файле одноименного формата (рис 15).

Рис 8. Стандартные (Helpers)

Рис 9. Атмосферная оснастка

Рис 10 Reactor

Рис 11 Assembly Heads

Рис 12. Manipulators

Рис 13 Particle Flow

рис 14 CAT

Рис 15 VRML97

Объекты категории Space Warps

В данную категорию входят объекты, предназначенные для имитации действия различных сил на геометрические модели или частицы, попадающие под влияние «силового поля». Это позволяет имитировать действие сил тяжести или ветра на системы частиц или, скажем, деформировать поверхность плоского объекта, изображающего воду, для моделирования ветровых волн или кругов от брошенного камня. Источники объемных деформаций изображаются в окнах проекций в виде условных значков, но не включаются в итоговое изображение сцены. В МАХ 3.0 имеется пять разновидностей объемных деформаций:

Forces (Силы) — объемные деформации, которые относятся к группе Forces (Силы), воздействуют на объект или частицы определенной силой. Например, используя Vortex (Водоворот), можно изобразить водоворот с помощью частиц, а при помощи Path Follow (Следование вдоль) — направить поток частиц вдоль созданного сплайнового объекта.

Ни один из современных динамичных фильмов не обходится без эффектов взрыва. В большинстве случаев самые захватывающие и впечатляющие взрывы являются результатом работы специалистов по визуальным эффектам, а не настоящими взрывами, снятыми на камеру. Поскольку этот эффект сопровождается большим количеством разлетающихся мелких частиц, осколков и пр., для его имитации в трехмерной графике часто используются источники частиц. Объемная деформация PBomb (Взрыв частиц) предназначена для создания эффекта разлетающихся частиц в результате воздействия на них взрывной волны.(рис 16 и 17)

рис 16 PBomb

рис 17 PBomb

Deflectors (Отражатели) — реалистичность анимационных трехмерных сцен во многом зависит от того, насколько правильно с точки зрения зрителя в кадре двигаются объекты. Если анимация содержит сцену, в которой мяч с некоторой высоты падает на землю, то очевидно, что после соударения этот объект подпрыгнет вверх. Точно так же при ударе одного бильярдного шара о другой один объект должен отскочить от другого.

По законам физики, движение объекта после соударения должно определяться формой поверхности, с которой произошло соударение. Сложные взаимодействия твердых тел в 3ds Max просчитываются с помощью специального модуля reactor, однако в более простых случаях разработчикам трехмерной анимации выгоднее использовать упрощенную модель столкновения двух объектов. Например, при ударе мячика для игры в настольный теннис о поверхность стола неровностями стола можно пренебречь и предположить, что угол падения мячика на стол будет равен углу отражения. При этом использование объемных деформаций группы Deflectors (Отражатели) позволит вам указать направление отражения объектов или частиц.

Программа 3ds Max содержит большое количество разных видов отражателей. Наиболее простым является Deflector (Отражатель). Он создает плоский отражатель, от которого будет отскакивать объект при столкновении. Такую объемную деформацию можно использовать, например, в приведенном выше примере с мячиком для настольного тенниса.

Во многих случаях удобно использовать тип отражателя UDeflector (Универсальный отражатель). Его отличие от объемной деформации Deflector (Отражатель) — возможность использования в качестве отражателя не только плоскости, но и любой другой геометрии объекта.

Отражатели дают возможность тонко управлять поведением потоков частиц и других объектов в сцене.

Geometric/Deformable (Геометрические/ деформируемые) — объемные деформации FFD (Box) (FFD-контейнер (прямоугольный)) и FFD (Cyl) (FFD-контейнер (цилиндрический)), которые относятся к группе Geometric/Deformable (Геометрические/деформируемые), но своему действию аналогичны одноименным модификаторам свободных деформаций, a Wave (Волна), Displace (Смещение) и Ripple (Рябь) — соответствующим деформирующим модификаторам (рис 18 и 19).

рис 18 Ripple

Рис 19 Ripple

Еще одна объемная деформация, с помощью которой можно моделировать эффекты взрыва, — Bomb (Бомба). В результате использования этого инструмента оболочка исходного объекта разделяется на отдельные фрагменты, которые начинают движение под действием силы взрывной волны. В настройках этой деформации можно указать максимальный и минимальный размер отдельного фрагмента оболочки (область параметров Fragment Size (Размер фрагмента)). При этом самым маленьким образовавшимся фрагментом может быть грань объекта. Разлетающимся частям можно придавать вращение и направление движения осколков под действием силы гравитации. Чтобы полученный эффект выглядел более реалистично, необходимо использовать находящийся в области General (Общие) параметр Chaos (Хаотичность), который может принимать значения от нуля (отсутствие хаотичности) до десяти (случайный разброс фрагментов). Если нужно, чтобы разлетающиеся в сцене части «взорванного» объекта по мере удаления от эпицентра взрыва замедляли свое движение, то установите флажок Falloff On (Спад) в области Explosion (Взрыв). Границы спада будут схематически отображаться в окне проекции.

Объемная деформация Conform (Согласование) выполняет те же функции, что и одноименный тип объектов в 3ds Max, который находится в группе Compound Objects (Составные объекты). Используя ее, можно деформировать поверхность одного объекта оболочкой другого. Направление применения объемной деформации к искажаемому объекту в окне проекции показывается стрелкой на значке объемной деформации. Чтобы увидеть результат, необходимо связать объемную деформацию с той поверхностью, которую необходимо деформировать, а затем в настройках объемной деформации Conform (Согласование) с помощью кнопки в области Wrap to Object (Изменить форму по объекту) указать в сцене объект, который должен вызывать деформацию. При этом значок деформации Conform (Согласование) должен быть направлен от одного объекта к другому.

Использование объемной деформации Conform (Согласование) требует значительных системных ресурсов, поэтому будьте готовы к тому, что после того, как вы укажете деформируемый объект, компьютеру потребуется некоторое время на выполнение вычислений.

Reactorгруппа reactor представлена объемной деформацией Water (Вода). Создать ее также можно, используя кнопку Create Water (Создать воду) на панели инструментов reactor (рис 20).

рис 20 Reactor

Particles & Dynamics (Частицы и динамика) и Particles Only (Только частицы) — оказывают силовые воздействия на отдельные частицы в системах частиц, а также используются для имитации действия на объекты сил тяжести или ветра;

Объекты категории Systems (Дополнительные инструменты)

Объекты категории Systems (Дополнительные инструменты) позволяют создавать системы дневного освещения, а также управлять персонажами. Объект Biped (Двуногий) применяется для работы с модулем Character Studio, Предназначенным для создания персонажной анимации.

В 3ds Мах 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.

5.

Заключение

На сегодня 3ds max самый популярный пакет для 3D моделирования и анимации. Число только официальных пользователей превышает 300 000. Применяется как для создания фильмов («Люди X», «Рыба-меч», «Мумия возвращается», «Лара Крофт: Расхитительница гробниц», «Матрица:перезагрузка», «Последний самурай»), так и для игр («Diablo 2», «Тhe Elder Scrolls 3: Morrowind», «Max Payne», «War of Warcraft», «Newerwinter nights»)