3. Методические указания к выполнению контрольных работ
Рассматриваются основные приемы моделирования трехмерных объектов, на примере использования трехмерного редактора 3dsMax2009.
Рисунок 3.1. Пользовательский интерфейс
Окно программы можно условно разделить на пять основных элементов.
Main Menu (Главное меню) – находится в верхней части окна программы и обеспечивает доступ к основным командам Max.
Main Toolbar (Главная панель инструментов) – находится под главным меню. Содержит кнопки быстрого доступа к наиболее употребляемым командам и операциям программы.
Viewports (Окна проекций) – занимают большую часть окна программы. Обычно представлены в виде четырех видов, показывающих объект с разных сторон
Command Panel (Командная панель) – обычно закреплена в правой части окна программы, имеет шесть вкладок – Create (Создание), Modify (Изменение), Hierarchy, (Иерархия), Motion (Движение), Display (Отображение), Utilities (Утилиты). Основные настройки объектов сцены находятся в свитках вкладок командной панели. Щелчок на заголовке свитка разворачивает или сворачивает свиток. Если развернутый свиток не помещается в поле экрана, его можно прокрутить вверх или вниз. Свитки имеют контекстные меню.
Lower Interface Bar – строка, расположенная в нижней части окна программы. Отображает строку состояния и наборы кнопок для управления окнами проекций и воспроизведения анимации:
Zoom-приближает или удаляет изображение в окне проекции. Каждое окно проекции может иметь свой масштаб отображения объектов.
Zoom All – масштаб изображения изменяется одновременно для всех окон проекций.
Zoom Extents – приводит к изменению масштаба в активном окне проекции таким образом, чтобы были видны все объекты (или выделенный объект). Выделенные объекты центрируются в окне проекции.
Zoom Extents All – Все объекты (или выделенный объект) видны во всех окнах проекций.
Region Zoom – рамка выделения. Масштаб изображения изменяется таким образом, чтобы были видны только объекты, попавшие в рамку выделения.
Pan панорамирование. Применяется для перемещения окна проекции параллельно плоскости вида.
Arc Rotate поворот объекта в окне проекции.
Min/Max Toggle – увеличивает активное окно проекции до размеров рабочей области. Другие окна проекций будут скрыты.
Объекты в 3d редакторе можно представить, как на чертеже – в трех проекциях. При первом запуске программы обычно представлено четыре окна: в верхнем левом расположен вид Top (вид сверху), далее правое верхнее окно Front (Вид спереди), нижнее левое Left (Вид слева) и в четвертом окне представлен вид Perspective (Перспектива). Каждое из этих окон можно развернуть на весь экран.
Линии сетки используются в основном для того, чтобы переместить что-либо на строго определенное место. Также сетка используется в качестве средств измерения. Чтобы убрать сетку необходимо:
Щелкнуть правой кнопкой мыши на метке, расположенной в верхнем левом углу окна проекции, сетку которого нужно скрыть.
В открывшемся контекстном меню щелкнуть мышью на пункте Show Grid.(Убрать флажок).
Перед началом работы необходимо установить единицы измерения: Customize→Units Setup
Надо настроить не только видимые единицы, но, главное, системные единицы (по умолчанию это дюймы).
Рисунок 3.1.Установка единиц измерения
Объекты в 3d-max – любые элементы 3-мерного мира, которые могут включаться в состав сцен и к которым могут применяться преобразования и модификаторы. Объекты Max делятся на категории, разновидности и типы. Существует 7 категорий объектов: Geometry (Геометрия), Shapes (Формы), Lights (Источники света), Cameras (Камеры), Helpers (Вспомогательные объекты), Space Warps (Объемные деформации) и Systems (Системы); а также 3 типа объектов, не относящихся к данным категориям – Editable Spline (редактируемый сплайн), Editable Patch (Редактируемый кусок) и Editable Mesh (редактируемая сетка). За исключением объектов этих трех типов, остальные объекты Max являются параметрическими (при создании приобретают определенный набор характеристических параметров – координаты положений объекта, его размеры по длине, ширине, высоте, число сегментов и т.д.).
Простейшие геометрические объекты называются примитивами (куб, сфера, цилиндр, конус и др.). Изменяя параметры стандартных объектов можно получить сложную модель.
При создании объекта ему присваиваются свойства: название, цвет, положение, ориентация, точка опоры («центр трансформаций»), оси координат, свойства визуализации.
Двумерные формы – важный класс объектов, служащих основой для трехмерных объектов. Двумерные формы состоят из набора подобъектов – вершин, сегментов и сплайнов.
Вершины (Vertex) сплайна различаются по типу и определяют степень кривизны сегментов сплайна, прилегающих к этим вершинам. Первая вершина, обозначающая начало сплайна, в момент создания помечается квадратиком белого цвета. Существует 4 типа вершин сплайнов:
Corner (угловая) – вершина, в которой сплайн претерпевает излом. Участки сегментов вблизи такой вершины не имеют кривизны;
Smooth (Сглаженная) – вершина, через которую кривая сплайна проводится с плавным изгибом, без излома, имея одинаковую кривизну сегментов при входе в вершину и выходе из нее;
Bezier (Безье) – вершина, подобная сглаженной, но позволяющая управлять кривизной сегментов сплайна при входе в вершину и при выходе из нее. Для этого вершина снабжается касательными векторами с маркерами в виде квадратиков зеленого цвета на концах. У вершин типа Bezier касательные векторы всегда лежат на одной прямой. Перемещение одного из маркеров вершины Безье всегда вызывает центрально-симметричное перемещение второго. Перемещая маркеры касательных векторов, можно менять направление, под которым сегменты сплайна входят в вершину или выходят из нее, а изменяя расстояние от маркеров до вершины – регулировать кривизну сегментов сплайна.
Bezier Corner (Безье с изломом) – вершина так же снабжена касательными векторами, но они не связаны друг с другом; маркеры можно перемещать независимо.
|
|
|
|
Corner (угловая) |
Smooth (Сглаженная) |
Bezier (Безье) |
Bezier Corner (Безье с изломом) |
Рисунок 3.2. Типы вершин сплайна: угловая, сглаженная, Безье и Безье с изломом
Доступ к редактированию сплайнов на уровне отдельных сегментов и вершин возможен с помощью командной панели Modify (Изменить).
Сплайны можно редактировать на четырех разных уровнях: на уровне формы, называемом также уровнем объекта, на уровне вершин, на уровне сегментов и на уровне сплайна в целом как составной части формы. Если сплайн представляет собой один из стандартных геометрических объектов, таких как круг, прямоугольник, эллипс, то для возможности его редактирования на уровнях подобъектов нужно преобразовать его в Редактируемый сплайн (Editable Spline).
Общие сведения о модификаторах
Модификаторами (Modifiers) называются инструменты, предназначенные для изменения структуры объектов MAX, то есть взаимного расположения, типа или числа вершин, формы, размеров и расположения граней, длины и кривизны сегментов и др.
Стек модификаторов позволяет перемещаться по истории создания объектов.
Все модификаторы MAX подразделяются на классы: World Space Modifiers (Модификаторы глобального пространства), Object Space Modifiers (Модификаторы пространства объекта) и Selection Modifiers.
Модификаторы глобального пространства действуют подобно объемным деформациям. Основную массу модификаторов составляют модификаторы пространства объектов.
Для управления применением многих модификаторов используется специальный объект, называемый габаритным контейнером или значком модификатора (gizmo). Этот значок автоматически появляется после применения модификатора и может иметь вид параллелепипеда, сферы, цилиндра, окружающих геометрическую модель. После настройки параметров модификатора габаритный контейнер изменяет свою форму вместе с объектом. Посредством вращения, перемещения и масштабирования габаритного контейнера модификатора можно управлять тем, каким образом модификатор будет применяться к геометрической модели.
Модификатор Bend (Изгиб)
Модификатор Bend изгибает выделенный объект относительно заданной координатной оси. Для применения модификатора выполним следующее:
1.Выделим нужный объект и щелкнем на кнопке Modifiers→Bend Modifier. Или выберем в командной панели Modify→Modifier list→Object Space Modifiers→Bend. В нижней части командной панели Modify появится свиток Parameters (Параметры) модификатора изгиба.
2.В разделе Bend (Изгиб) зададим в счетчике Angle (Угол) угол изгиба в градусах относительно оси, выбранной в разделе Bend Axis (Ось изгиба). Объект плавно изгибается по всей длине.
3.В разделе Bend Axis (Ось изгиба) выберем ось координат (X, Y, Z), относительно которой будет происходить изгиб.
4.В разделе Limits (Пределы) можно ограничить применение модификатора: установить флажок Limit Effect (Ограничить эффект). Пределы задаются относительно центра габаритного контейнера модификатора, по умолчанию располагающегося в опорной точке объекта. Верхний предел задается положительным числом, нижний – отрицательным.
5.В стеке модификаторов, перейдя на уровень подобъекта, выберем вариант Center. Это позволит переместить центр модификатора, изображаемый в виде перекрестья, передвинув тем самым и область изгиба.
Модификатор Twist (Скрутка)
Применяется для скручивания объекта относительно любой оси координат
1.Выделим нужный объект и щелкнем на кнопке Twist (скрутка). В нижней части командной панели Modify появится свиток Parameters модификатора скрутки.
2.Задать основные параметры Angle (угол скручивания) и Axis(ось скручивания).
Модификатор Lathe (Вращение)
Создает трехмерный объект путем поворота сплайна вокруг оси.
Параметры модификатора:
Degress (градусы) – определяет величину поворота формы вокруг оси
Direction (направление) – задает ориентацию оси поворота в пространстве так, чтобы она совпадала с одной из выбранных осей системы координат.
Align (Выравнивание) – задает ориентацию плоской формы относительно оси вращения. Center – ось пройдет через центр сплайна, Min и Max – ось пройдет через крайние точки.
Модификатор Extrude (Выдавливание) позволяет создать из плоской формы объемное тело с постоянным сечением вдоль одной из осей.
Модификаторы Bevel и Bevel Profile (Скос по профилю) так же позволяют преобразовать двумерные профили в тела экструзии. Bevel Profile создает пространственный объект из двух плоских форм.
Модификатор Lattice (Решетка)
Создает пространственные решетки из ребер трехмерных объектов. Вершины и ребра превращаются в визуализированные сплайны.
Составные объекты
Составные объекты (Compound Objects) – это тела, состоящие из двух и более простых объектов (трехмерных моделей или плоских форм). Существует 12 типов составных объектов.
Распределенные объекты.(Scatter)
Операция Scatter «усеивает» поверхность исходного объекта копиями объектов распределения.
Создать два объекта.
Указать на панели Command для сферы значение Segment равным 16.
Перейти на вкладку Сreate командной панели, щелкнуть мышью на кнопке Geometry и выбрать в открывшемся списке элемент Compound Objects. Выделить конус.
Щелкнуть мышью в панели Command на кнопке Scatter, расположенной в разделе Object Type.
В разделе параметров командной панели щелкнуть мышью на кнопке Pick Distribution Object (выбор распределяемого объекта)
Щелкнуть мышью на сфере.
На командной панели найти набор переключателей Distribute Using (использование распределения)
Щелкнуть мышью на переключателе All Edge Midpoint (средние точки всех граней). Можно выбрать другой переключатель.
Повторить данные действия для сферы с другим количеством сегментов и с другими объектами
Рисунок 3.3. Создание распределенного объекта
Объекты типа Boolean создаются путем объединения трехмерных тел по принципам булевой алгебры. Возможные действия с операндами: Union – объединение; Intersection – пересечение; Subtraction – исключение; Cut – вырезка
ProBoolean
Метод лофтинга (Loft Object)
Метод лофтинга является универсальным инструментом создания трехмерного тела путем размещения формы-сечения вдоль пути. Путь – это одиночный сплайн или NURBS-кривая, может быть открытым или замкнутым. Число сечений может быть любым.
Форма итогового объекта во многом зависит от положения опорных точек исходных форм и локальной системы координат.
Для создания объектов методом лофтинга необходимо создать форму-путь и одно или несколько сечений. Выделить форму-путь и на командной панели выбрать Create→Geometry→Compound Objects→Loft→ Get Shape → перейти в окно проекции и указать форму-сечение. Сечений может быть несколько!
Материалы
Материалы определяют вид поверхности объекта, и задает такие параметры как цвет, рельеф, размер и форма блика, вид зеркального отражения и др. Параметры также могут задаваться с помощью текстурных карт.
Материалы создаются и настраиваются в редакторе материалов Material Editor.
Создать объект
Взять из библиотеки необходимый материал.
Активизировать образец с материалом, который необходимо присвоить объекту.
Выделить объект
Щелкнуть по кнопке Assign Material to Selection в редакторе материалов, или перетащить левой кнопкой мыши образец материала непосредственно на объект на сцене.
Текстурные карты служат для того, чтобы предать материалам более реалистичный вид.
Простейшие карты представляют собой битовый массив, то есть растровое изображение.
Открыть редактор материалов.
Вызвать обозреватель материалов и текстурных карт щелкнув по кнопке Get Material.
Выбрать источник текстурной карты, установив переключатель Browse From (просмотреть из) в соответствующее положение.
Выбрать способ графического отображения.
Щелкнуть по выбранной карте.
Для правильного расположения карты текстуры на поверхности применяется модификатор UVW Map
Визуализация Render
Визуализация (рендеринг) – это процесс создания итогового двумерного изображения заданного размера и определенной степени качества (с материалами, освещением) для предварительного просмотра (черновая визуализация) или окончательного результата (чистовая визуализация). Можно визуализировать отдельный кадр или создать анимационный ролик.
Рекомендуется делать черновую визуализацию пошагово, чтобы не пропустить никакие изменения проекта.
Доступ к визуализации в среде 3дмакс можно получить с помощью меню Rendering (Визуализация) (Shift + Q), или с помощью кнопок основной панели инструментов
Настройка визуализации происходит в окне Render Setup (F10).
Для вызова необходимо выполнить команду меню Rendering → Render Setup… Выбираем Default Scanline Renderer:
|
|
Основные параметры, на которые надо обратить внимание
Common Parameters→Single (хотим получить статичную картинку-кадр
Output Size – Выходной размер изображения – выбрать размер изображения в пикселах. Для чернового рендерига достаточно 640х480, для итогового выбираем больше, например, 800х600. При необходимости, можно задать любой размер «Заказной»