Контрольные вопросы и задания
Какие инструменты используются для работы в Adobe Photoshop для выделения?
Какие инструменты используются для работы в Adobe Photoshop для редактирования изображения?
Каким образом можно изменить цветовые настройки в Adobe Photoshop?
Как можно изменять свойства инструментов в программе?
Охарактеризуйте понятие «слой изображения». Для чего используются слои?
Перечислите основные группы фильтров Adobe Photoshop.
Лабораторная работа №2
Тема: Геометрическое моделирование в среде 3D Studio Max.
Цель работы: Изучить функции программы 3D Studio Max. Получить практические навыки геометрического моделирования в рассматриваемой программе.
Теоретические сведения
Модели 3D Studio Max
Рассмотрим группы моделей объектов, создаваемых в 3D Studio Max [7,8].
Primitives (примитивы) - базовые объекты, представляющие собой геометрические тела. Этот вид состоит из двух основных наборов - Standard (стандартного) и Extended (расширенного). Основная особенность этого типа объектов - минимьный набор параметров, позволяющий быстро изменять структуру и степень деталировки объекта.
Patch Grids (лоскутные сетки) - плоскостные объекты, состоящие из Patch (поверхностей) и Vertices (вершин). Вершины воздействуют на поверхность, как узлы деформаций и плавно изменяют форму.
Splines (двуменрые сплайны) и NURBS-Curves (двумерные NURBS-кривые) - базовые двумерные Shapes (формы), являющиеся вспомогательными объектами 3D Studio Max. Они применяются как основа трехмерных тел вращения, выдавливания и тел, создаваемых процедурой Loft (лофтингом). Дополнительно формам может быть задана толщина. В этом случае возможно их использование как визуализируемых объектов сцены.
NURBS-Surfaces (трехмерные NURBS-поверхности) - сложные трехмерные объекты, описываемые как трехмерные сплайны. Для них характерно отсутствие резких изменений формы и профиля. Им также свойственна очень гибкая структура геометрии.
Particle Systems (системы частиц) - процедурные объекты, создаваемые как область пространства, которая имитирует многие реальные процессы (снег, дождь, фонтан, дым, искры и т.п.). Большинство систем частиц в 3D Studio Max универсальны и позволяют менять алгоритм своего поведения (частота, притяжение, взаимные столкновения и т.п.) в широком диапазоне.
Compounds (составные объекты) - структурированные сложные объекты, использующие математические, логические и поведенческие алгоритмы. Для создания таких объектов необходимы наборы более простых двумерных и трехмерных примитивов 3D Studio Max.
Создание и редактирование объектов в среде 3D Studio Max
Все объекты, сгруппированные по типам, выбираются кнопками панели Create (Создать). Для перехода к любому из типов необходимо выполнить левый щелчок на соответствующей кнопке. Список типов включает в себя:
Geometry (геометрия);
Shapes (двумерные Формы);
Lights (источники Света);
Cameras (камеры);
Helpers (служебные объекты);
Space Warps (деформаторы пространства);
Systems (системы).
Каждая из групп объектов имеет раскрывающийся список подгрупп, позволяющий работать только с одним из наборов объектов. Каждый элемент списка подгруппы представлен свитком Object Type (тип объекта), в котором содержатся рельефные кнопки выбора, предназначенные для создания конкретных объектов трехмерной сцены. Выбор такой кнопки вызывает появление списка свитков создания нового объекта, в котором заданы значения Defaults (по умолчанию). Некоторые из них можно изменить, и все последующие объекты этого типа будут создаваться, используя новые параметры.
Для задания Name (Имени) и Color (Цвета) присутствует свиток Name and Color, состоящий из текстового поля ввода и цветной кнопки с образцом цвета.
Для непосредственного создания объекта необходимо после выбора его типа и предварительных настроек параметров переместить курсор в предполагаемое место в видовом окне и, нажав левую кнопку мыши, растянуть создаваемый объект, контролируя его форму и размер визуально. Этот способ применим к объектам, требующим ввод одного параметра. Например, для объекта Sphere (сфера) - это Radius (радиус).
Объекты, которым необходимо указание более одного параметра, требуют после первого отпускания кнопки мыши продолжать перемещение курсора и фиксировать каждое следующее значение щелчком левой клавиши. Примером такого объекта является Box (коробка).
Описанный способ создания объектов наиболее удобен и применяем, но иногда требуется точно указать величины, характеризующие координаты объекта и его основные размеры.
В зависимости от типа создаваемого объекта, этот список содержит тот или иной набор счетчиков, из которых едиными для всех являются координаты опорной точки X, Y и Z. Все команды редактирования существующих объектов сцены расположены в следующей за Create (создать) панели Modify (редактировать).
Составные объекты
Составные объекты в среде 3D Studio Max представлены отдельной группой, выбираемой из списка типов объектов панели Create (создать). Свиток Object Type (типы объектов) у составных объектов включает в себя следующие объекты.
Morph (превращение) - сложные объекты, позволяющие осуществлять превращения одного объекта в другой с использованием промежуточных фазовых объектов. Например, переход сферы в куб, разворачивание цилиндра в плоскость и другие анимационные преобразования моделируются этим типом объектов.
Conform (соответствие) - выполнение замены геометрии одного объекта на другой по свойствам метрики первого. Такие объекты используются для специальных эффектов типа оплавленной свечи, тающего льда и др.
Shape Merge (внедренная форма) - создание отверстий и проемов в каркасных объектах по выбранной сплайновой форме. Контур сплайна используется в качестве секущих кромок и проецируется на поверхность трехмерного каркасного объекта.
Terrain (ландшафт) - генерация трехмерного рельефа с использованием в качестве сечений профиля плоских форм.
Scatter (рассеивание) - создание совокупности копий одного объекта рассеянных (или распределенных) по поверхности другого с повторением всех особенностей его формы. Чаще всего эти объекты используются для имитации различных природных множеств, имеющих случайную форму - листья деревьев, пчелиный рой, стадо животных и т.п.
Connect (соединение) - формирование соединяющей замкнутой поверхности между двумя каркасными объектами. В качестве направляющих сечений используются отверстия и проемы в поверхностях исходных объектов.
Loft (формование) - создание формы на основе набора Loft Shapes (характерных сечений) объекта и его Path (осевой линии). Форма и количество сечений, а также изгибы траектории определяются произвольно, исходя из поверхности моделируемого объекта.
Boolean (булевские объекты) – создание геометрии с использованием булевских операций над трехмерными объектами сцены. К таким операциям относятся Union (объединение), Subtraction (вычитание) и Intersection (пересечение). Каждая из этих команд применима только тогда, когда объекты, участвующие в операции, пересекаются в некоторой области пространства. В результате будет создан новый объект, состоящий из двух исходных, каждый из которых называется Operand (операндом).
Операции Loft и Boolean рассмотрим более подробно.
Loft (формование)
Существуют следующие правила для создания исходных кривых форм сечений и пути:
все сечения одного объекта должны состоять из одинакового количества сплайнов и иметь сходную конфигурацию.
форма, используемая для пути, должна состоять только из одного сплайна.
Для создания объекта способом «путь-сечение» необходимо выбрать кривую пути и активизировать кнопку Loft группы Compound Object. В результате возникнет набор свитков с параметрами и настройками лофтинга.
Далее следует указать форму первого сечения создаваемого объекта, включив кнопку Get Shape (указать форму сечения) в свитке Creation Method (способ создания) (рис. 12.2.1).
Рис. 12.2.1. Свиток Сreation Method
Кнопка Get Path (указать путь) предназначена для создания модели лофтинга способом «сечение-путь», когда первоначально выбрана форма сечения и затем указывается кривая пути. Переключатели Move (переместить), Сору (копировать) и Instance (создать образец) управляют выбором связи между исходными формами и создаваемым объектом.
Свиток Surface Parameters (параметры поверхности) содержит несколько групп настроек (рис. 12.2.2).
Рис. 12.2.2. Свиток Surface Parameters
Флажки Smooth Length (сглаживание по длине) и Smooth Width (сглаживание по ширине) группы Smoothing (сглаживание) управляют сглаживанием ребер вдоль и поперек пути.
Флажок Apply Mapping (применить проецирование) группы Mapping (проецирование) позволяет задать проекционные координаты для карт текстур, а счетчики Length Repeat (шаг по длине) и Width Repeat (шаг по ширине) устанавливают число повторов по соответствующей оси. Дополнительный параметр Normalize задает равномерность приложения текстуры и отсутствие искажений.
Группа Materials (материалы) управляет ID (идентификаторами материалов), а группа Output (вывод) позволяет выбрать тип каркасной сетки.
Свиток Path Parameters (параметры пути) осуществляет навигацию по пути, позволяя задавать контрольные точки для размещения форм сечений (рис. 12.2.3). Для этого служит счетчик Path (путь), изменяя который можно указывать точку на пути, где будет помещена форма сечения командой Get Shape (указать форму сечения).
Флажок On (включено) приводит в действие режим использования Snap (шага), задаваемого одноименным счетчиком.
Рис. 12.2.3. Свиток Path Parameters
Три переключателя Percentage (проценты), Distance (расстояние) и Path Steps (узловые точки) управляют выбором единиц измерения соответственно от 0 до 100 процентов, от 0 до величины полной длины пути в единицах сцены и от 0 до значения числа шагов.
Последний режим зависит от одноименного счетчика в свитке Skin Parameters (параметры поверхности). Этот свиток содержит несколько групп параметров управления созданием модели лофтинга (рис. 12.2.4). Группа Capping (торцы) содержит флажки Cap Start / Cap End (торец начала / торец конца), которые создают «крышки» на торцах модели в случае незамкнутого пути. Переключатель Morph / Grid (покрытие / сетка) задает тип торцевого покрытия.
Рис.12.2.4. Свиток Skin Parameters
Группа Options (параметры) содержит следующие настройки. Счетчики Shape Steps (узловые точки формы сечений) и Path Steps (узловые точки пути) настраивают детальность создаваемой модели.
Флажки управления:
Optimize Shapes / Optimize Path (оптимизировать формы сечений / путь) - задают режим оптимизации сплайнов сечений / пути, не создавая промежуточных вершин на прямолинейных сегментах, тем самым уменьшая сложность конечной модели;
Adaptive Path Steps (адаптивный шаг узлов пути) - подбор числа промежуточных вершин на криволинейных сегментах выполняется автоматически;
Contour / Banking (поворот / занос) - включает режим поворота / заноса сечений перпендикулярно пути;
Constant Cross-Section (постоянное поперечное сечение) - нормализует сечения вдоль всего пути, подгоняя их под постоянный размер;
Linear Interpolation (линейная интерполяция) - управляет режимом интерполяции промежуточных сечений модели;
Flip Normals (повернуть нормали) - обращает внутреннюю и внешнюю поверхности объекта. Этот режим необходим в случае неправильной отрисовки объекта в видовых окнах и при визуализации;
Quad Sides (прямоугольные грани) - отрисовка смежных граней между равносторонними сечениями выполняется прямоугольными гранями вместо треугольных;
Transform Degrade (выключение при трансформациях) - при редактировании форм сечений или пути на подобъектном уровне отрисовка модели лофтинга блокируется. Этот режим необходим при редактировании сложных моделей и напрямую связан с производительностью компьютерной подсистемы.
Группа Display (вид) позволяет управлять отображением поверхности модели в видовых окнах при Skin (каркасном) или Skin in Shaded (тонированном) выводе на экран.
Boolean (булевские объекты)
Для создания составного объекта типа Boolean необходимо предварительно иметь в составе сцены два операнда. Выбрав один из них, нужно перейти в панели Create к списку Compound Objects и нажать кнопку Boolean.
В раскрывшемся свитке Pick Boolean (выбрать операнд) следует включить режим создания - Reference (ссылка), Move (перенос), Сору (копия) или Instance (образец) и, щелкнув по одноименной кнопке, указать в видовом окне второй операнд. Способ взаимодействия двух операндов выбирается соответствующим переключателем группы Operation (операция) в свитке Parameters (параметры):
Union (объединение) - результат суммирования двух трехмерных тел с удалением их частей, оказавшихся внутри общего внешнего объема;
Intersection (пересечение) - результат сложения двух трехмерных тел с удалением их частей, оказавшихся снаружи общего внутреннего объема;
Subtraction (А-В) / Subtraction (В-А) (вычитание (А-В) / вычитание (В-А))- результат вычитания двух трехмерных тел с удалением той части второго из них, которая отсекается объемом первого;
Cut (вырезание) - результат вырезания на поверхности первого операнда отверстий и проемов в местах пересечения со вторым.
Служебный свиток Display / Update (вид / обновление) управляет способом отображения операндов и результата в видовых окнах.
Deformations (деформации)
Одноименный свиток содержит пять видов деформаций. Каждый из них может влиять на размер, угол поворота и угол наклона сечения в любой точке пути. Вот основные характеристики инструментов деформаций:
Scale (масштаб) - деформация изменения размера сечения по одной или двум осям, измеряется в процентах;
Twist (кручение) - поворот сечения вокруг его опорной точки в плоскости перпендикулярной пути, измеряется в угловых единицах;
Teeter (качание) - поворот сечения относительно двух осей, образующих плоскость перпендикулярную оси, измеряется в угловых единицах;
Bevel (скос) - деформация полярного сжатия / растяжения контура сечения относительно опорной точки, измеряется в линейных единицах;
Fit (вписывание) - задание закона изменения сечения по длине оси на основе двух форм, в которые будет вписан объем Loft-модели.
Использование модификаторов
Наибольшую гибкость в редактировании геометрии трехмерной сцены дает механизм модификаторов. Все модификаторы можно условно разделить на инструменты создания и инструменты редактирования объектов.
Первый тип включает в себя такие средства как Extrude (выдавливание), Lathe (тело вращения) и требует наличия предварительно созданной формы. После завершения формирования объекта исходные формы могут изменяться и дополняться, вызывая соответствующие изменения в итоговой геометрии.
Другой вид модификаторов работает с уже сформированными трехмерными объектами, позволяя изменять их геометрию. Эта группа включает в себя инструменты различных деформаций, алгоритмов искажения поверхности, изменений вида составляющих элементов. Некоторые из них дают возможность редактирования формы на уровне вершин и граней, например, модификатор Edit Mesh (редактирование каркаса).
Extrude (выдавливание)
Модификатор Extrude используется каждый раз, когда речь идет о форме, которую необходимо вытянуть вдоль прямой линии. Можно виртуально вытянуть любую форму, включая формы с разомкнутыми сплайнами, образующими поверхности. При вытягивании форм основными параметрами являются Extrusion amount (величина вытягивания) и Segments (количество сегментов):
Lathe (тело вращения)
Модификатор Lathe используется для создания тел вращения. Сначала рисуется форма будущего профиля вращения, а затем применяется модификатор Lathe. Набор его настроек содержится в единственном свитке Parameters (параметры). Основные из них - это величина угла вращения, задаваемая счетчиком Degrees (градусы), и установка оси вращения, выбираемая одной из трех кнопок - X, Y или Z группы Direction (направление).
Переключатели группы Output (результат) управляют типом создаваемой трехмерной модели - Patch (лоскут), Mesh (каркас) или NURBS (поверхность NURBS).
Инструменты группы Align (ориентация) дают возможность управлять положением Axis (оси вращения), устанавливая ее в положения Min (минимума), Center (центра) или Мах (максимума) формы профиля.
Edit Mesh (редактирование каркаса)
Является одним из ключевых инструментов изменения геометрии. Модификатор Edit Mesh представляет собой набор средств, скомпонованных по следующим подобъектным уровням:
Vertex (вершина) – позволяет выполнять различные манипуляции с вершинами редактируемого каркаса;
Edge (ребро) - служит для управления видимостью и расположением ребер редактируемого каркаса;
Face (грань) - применяется для работы с наборами граней, а также для назначения Material ID (идентификатора материала) при использовании типа Multi / Sub-Object (составной / многокомпонентный материал);
Polygon (плоскость) - аналогичный предыдущему подобъектный уровень, позволяющий работать с прямоугольными парами граней;
Element (элемент) - позволяет работать с группами граней, объединенными в элемент каркаса.
Выбор требуемого подобъектного уровня осуществляется в списке, вызываемом левым щелчком на знаке «плюс» в списке Modifier Stack (стек модификаторов).
Задание к лабораторной работе
Создать объект согласно варианту задания различными способами с использованием вышеописанных методов.
Таблица 12.2.1
Варианты заданий
№ варианта |
Объект |
1 |
Здание |
2 |
Шкаф |
3 |
Мост |
4 |
книжная полка |
5 |
Монитор |
6 |
Гараж |
7 |
Лестница |
8 |
кровать |
9 |
стул |
10 |
стол |
Требования к отчету
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Цель работы, вариант задания, краткое описание проделанной работы.
2. Ответы на контрольные вопросы.
3. Выводы по проделанной работе.