2. Сложное моделирование

Страница № 2

Сложное моделирование. Методы трёхмерного моделирования.

В 3DS MAX существуют различные методы построения действительно сложных трёхмерных объектов. Каждый из них опирается на свою разновидность топологи (внутреннего строения) трёхмерных объектов. Основные отличия между этими методами заключаются в гибкости построения и редактирования объектов, простоте создания кривых участков поверхностей, ресурсоёмкости конечной модели и сложности освоения самой технологии моделирования.

Три основные технологии моделирования сложных 3d-объектов в 3ds max:

1.POLY/MESH - Полигональное моделирование.

POLY/MESH - является простой и очень эффективной технологией, позволяющей создавать сложные трёхмерные объекты. Применяется на практике повсеместно, начиная с создания мебели для интерьеров и заканчивая моделированием лиц персонажей и кузовов автомобилей. Ранее этот метод назывался MESH – моделированием и позволял строить сложные объекты из элементарных треугольников, но впоследствии он был серьёзно доработан и вышел на новый уровень POLY – моделирования, который позволяет работать не с треугольниками, а с более разнообразными элементами, которые называются полигонами и являются плоскими многоугольниками. Специальные методы сглаживания

(MESHSMOOTH, TURBOSMOOTH, HSDS) позволяют превратить грубый

POLY или MESH объект в гладко закруглённую конечную модель.

2. PATCH/SURFACE - Моделирование, на основе сетки сплайнов.

PATCH/SURFACE - технология основывается на PATCH – поверхностях, которые являются гибкими трёх или четырёхугольными элементами. Таким поверхностям свойственна куда большая начальная гладкость, чем POLY или MESH. Так же здесь не требуется применять дополнительные модификаторы (типа MESHSMOOTH или TURBOSMOOTH) для придания конечному объекту необходимой гладкости. SURFACE – метод позволяет быстро создавать сложные PATCH – модели за счёт трёхмерной сетки из обычных сплайнов. Эта технология применяется в основном при создании органических объектов типа лиц и тел персонажей. Несмотря на кажущуюся простоту, построение сложной сетки сплайнов представляет собой труднейшую задачу.

3. NURBS - Моделирование с помощью неоднородных рациоранльных B-сплайнов.

NURBS (Non Uniform Rational B-Splines) – Этот метод созда-

ния и редактирования трёхмерных поверхностей был разработан для промышленного проектирования объектов, начиная с обуви и заканчивая авиастроением. Все поверхности в NURBS являются математическими объектами, имеющими бесконечно высокую гладкость, т.е. в данном случае объект будет иметь любую гладкость поверхности по желанию пользователя, изменяемую «на лету». К сожалению, аппроксимация (математический расчёт) поверхностей отнимает очень много ресурсов, за счёт чего NURBS - модели затруднительно использовать в большом количестве в одном проекте.

Страница № 3

Edit Poly - полигональное моделирование.

В 3DS MAX существуют различные методы построения действительно сложных трёхмерных объектов. Каждый из них опирается на свою разновидность топологи (внутреннего строения) трёхмерных объектов. Основные отличия между этими методами заключаются в гибкости построения и редактирования объектов, простоте создания кривых участков поверхностей, ресурсоёмкости конечной модели и сложности освоения самой технологии моделирования.

Технология Editable Poly располагает огромным набором всевозможных команд, воздействующих на Poly – геометрию различным образом (выдавливание, разрезание, создание фасок и т.д.).

Важной особенностью работы с Editable Poly является правильный выбор СУБ-ОБЪЕКТОВ, т.к. каждая из команд Editable Poly работает по своему с каждым из СУБ-ОБЪЕКТОВ. Например, команда EXTRUDE совершенно по-разному выдавливает точки, рёбра или полигоны.

При включённом СУБ-ОБЪЕКТЕ пользователь получает возможность не только применять соответствующие команды, но и воздействовать инструментами трансформации (перемещение, поворот, масштабирование) на отдельные части (вершины, рёбра, полигоны и т.д.) объекта.

Взяв за основу обычный BOX и добавив ему немного сегментов, даже простым перемещением вершин можно получить интересный объект:

В куда большей степени потенциал Editable Poly раскрывается с освоением команды EXTRUDE, позволяющей «выдавливать» т.е. наращивать полигоны:

Страница № 4

Основы POLY-моделинга. Выдавливание полигонов.

В основе POLY-моделинга лежит идея постепенного наращивания сложного трёхмерного объекта из простой заготовки. Процесс напоминает лепку объекта из пластилина - фрагмент за фрагментом. В качестве начальной заготовки обычно берётся BOX или PLANE.

Существуют два способа наращивать модель: выдавливать полигоны командой EXTRUDE или копировать рёбра с нажатой клавишей SHIFT. Первый способ значительно проще, хотя и не всегда приводит к нужному результату. Второй способ более гибкий, но сложнее в применении.

В любом случае, исходную заготовку необходимо превратить в редактируемый POLY-объект или применить к ней модификатор EDIT POLY. В случае конвертации заготовки в POLY скорость обработки системой конечной модели будет немного выше, а в случае применения модификатора останется возможность отменить изменения объекта и вернутся к начальной заготовке в

любой момент времени. Модификатор EDIT POLY также допускает создание анимации «выдавливания» полигонов. Для конвертации заготовки в POLY необходимо щёлкнуть по ней правой кнопкой мышки и выбрать из контекстного меню CONVERT TO –> CONVERT TO EDITABLE POLY.

При наращивании модели с помощью команды EXTRUDE потребуется включить СУБ-ОБЪЕКТ POLYGON и выделить один или несколько полигонов на объекте. Для выделения полигонов можно использовать любую из выделяющих команд: выделение, движение, поворот или масштабирование.

Помимо этого необходимо иметь в виду, что выделяя полигоны следует быть предельно осторожным, поскольку малейшая небрежность может привести к нежелательному смещению, повороту или масштабированию уже выделенных полигонов, а так же к нежелательному выделению полигонов на обратной стороне объекта.

Выделив нужный полигон или полигоны, в боковой панели модификации следует нажать кнопку EXTRUDE и, схватившись за выделенный полигон, потянуть его в нужную сторону. Для более точного выдавливания следует (не нажимая кнопки EXTRUDE) использовать маленькую кнопочку (1) справа от кнопки EXTRUDE. Появившееся меню (2) позволит выдавить полигон с большей аккуратностью, а также позволит выбрать направления выдавливания.

Меню Выбора направления выдавливания:

Group – Полигоны будут выдавлены в общем, едином направ-

лении по сумме нормалей.

Local Normal - Полигоны бу-

дут выдавлены каждый в своём направлении, все вместе.

By Polygon - Полигоны будут выдавлены каждый в своём на-

правлении, отдельно друг от друга.

Страница № 5

Основы POLY-моделинга. Копирование рёбер.

Второй способ наращивания модели предполагает копирование рёбер, что позволяет создавать новые полигоны по краям объекта. Очень важно учесть, что копировать можно только «открытые» рёбра, т.е. находящиеся по краю объекта. Исходя из этого, в качестве заготовки лучше всего взять PLANE. А в случае, когда используется BOX, необходимо удалить хотя бы один из его полигонов, образовав тем самым разрыв в поверхности, по краям которого можно будет выделять рёбра и «вытягивать» их.

Для начала, необходимо выделить одно или несколько крайних рёбер, для этого надо включить СУБ-ОБЪЕКТ EDGE и выделить любой из выделяющих команд (выделение, движение, поворот или масштабирование) нужное ребро.

Стоит учесть, что выделение нескольких рёбер требует предельной аккуратности, поскольку вместо желаемого ребра вполне может выделиться ребро, находящееся в непосредственной близости от указанного или ребро, находящееся на задней (невидимой) стороне объекта.

Значительную помощь в выделение рёбер оказывает «каркасный» режим ото-

бражения картинки в рабочей проекции.

Наиболее простой способ активировать его – нажатие кнопки F3 на клавиатуре.

Когда нужное ребро (или несколько рёбер) выделено его можно «вытянуть» (скопировать) с помощью команды «выделить и переместить - », держа на клавиатуре клавишу SHIFT.

При таком подходе к построению, модель изначально получается «разорванная», что означает определённые затруднения в дальнейшей работе с её вершинами. Как правило, в процессе построения, парные вершины соседних полигонов стараются объединять командами WELD и/или COLLAPSE для получения большей «целостности» конечного объекта.

Также, существует большая разница между одновременным «вытягиванием» нескольких соседних рёбер и выполнения этой же операции с соседними рёбрами по отдельности

– в первом случае новые полигоны окажутся изначально соединенными между собой, а во втором вершины новых полигонов соединены не будут, т.е. поверхность объекта будет «разорванна» по шву между вытянутыми полигонами.

Страница № 6

Модификатор TURBO SMOOTH. Cглаживание POLY–моделей.

В3ds MAX существуют несколько модификаторов сглаживающих форму POLY

–объектов. Чаще всего применяется модификатор TURBO SMOOTH, поскольку именно он обеспечивает наибольшую скорость обработки сглаженного объекта.

Сглаживание POLY–объекта происходит за счёт деления его полигонов на более мелкие, каждый цикл сглаживания увеличивает количество полигонов в четы-

ре раза (1 > 4 > 16 > 64 > 256 > …).

Иными словами, при первом цикле сглаживания, объект лишь слегка округлится, но станет отнимать в четыре раза больше быстродействия на свою обработку, при втором цикле поверхность объекта станет заметно более гладкой, но ресурсов потребуется в шестнадцать раз больше, чем на не сглаженный оригинал. Третий цикл сделает объект еще более гладким, но отнимет в 64 раза больше ресурсов, что очень негативно скажется на быстродействии.

Настройки модификатора

TURBO SMOOTH:

ITERATIONS – Количество циклов сглаживания, наиважнейшая настройка. В большинстве случаев ставится значение от 1 до 3. Следует быть осторожным: значения свыше четырёх почти наверняка «подвесят» 3ds MAX.

RENDER ITERATIONS – Количество циклов сглаживания для рендеринга, если галочка установлена, то количество циклов сглаживания выставляется отдельно для рабочих проекций и для рендеринга.

ISOLINE DISPLAY – Показывать только изолинии. Позволяет убрать сетку вторичных линий из проекций, крайне полезная опция. Позитивно влияет как на возможность «чище» видеть сам объект, так и на быстродействие окон проекций. Практически

всегда эту функцию стоит включать.

EXPLICIT NORMALS – более быстрый метод генерации нормалей. Опция немного ускоряет обработку объекта в окнах, но следует быть осторожным: если она включена, то нельзя применять модификаторы после TURBO SMOOTH или выполнять опера-

цию CONVERT TO...

SMOOTH RESULT – сглаживать результат.

SEPARATE BY – разделить (создать видимые границы) сглаживание по материалам или группам сглаживания.

Страница № 7

Особенности сглаживания моделей с помощью модификатора TURBO SMOOTH.

Применяя модификатор TURBO SMOOTH к любой MESH или POLY модели можно заметить, что гладкость каждого конкретного угла этой модели во многом будет определяться количеством рёбер, находящихся в непосредственной близости друг от друга. Это означает, что чем больше рёбер идут параллельно друг другу, тем меньше сглаживание поверхности, что хорошо видно на иллюстрациях.

Для добавления дополнительных рёбер (с целью получения более жёстких очертаний объекта) обычно применяются команды EXTRUDE и CHAMFER, причём как к рёбрам, так и к вершинам.

Команда CHAMFER (фаска), применённая к ребру, позволяет срезать его и создать вместо него два ребра, идущих параллельно, с указанным (Chamfer Amount) отступом. Это позволяет получить более жёсткое закругление.

Команду EXTRUDE (выдавливание) ,как правило, применяют к ребру объекта, установив значение высоты (Extrusion Height) равной нулю, что позволяет избежать собственно выдавливания данного ребра. Вместо этого, следует установить правильную ширину основания выдавливания (Extrusion Base Width), в результате чего создаются ещё два ребра, идущие параллельно с основным, что позволяет получать ещё более жёсткие углы, чем с командой Chamfer.

Страница № 8

Модификатор SHELL (оболочка), создание «толщины» для POLY – объектов.

Некоторые POLY – объекты изначально создаются с нулевой толщиной, т.е. они представляют собой одностороннюю поверхность и имеют как лицевую (видимую) сторону, так и обратную, с которой такой объект не виден. В качестве примера можно привести всяческие ткани, вроде занавески или скатерти. В некоторых случаях целесообразно придать таким объектам настоящую толщину, и модификатор SHELL отлично подходит для этой цели.

Основные настройки модификатора SHELL:

INNER AMOUNT – толщина выдавливания стенок объекта внутрь (понятия «внутрь» и «наружу» зависят от ориентации каждого конкретного объекта).

OUTER AMOUNT – толщина выдавливания стенок объекта наружу.

SEGMENTS – количество сегментов на торцевых полигонах. В случае, когда нужны обычные «прямые» торцы данное значение увеличивать не следует.

BEVEL EDGES – позволяет использовать любой сплайн для определения формы торцов объекта. Для указания конкретного сплайна следует использовать кнопку NONE, расположенную рядом. Для достижения лучшего результата сплайн следует нарисовать в проекции TOP, сверху-вниз. Верхняя вершина сплайна будет подсоединена к внешнему ребру, а нижняя вершина к внутреннему.

OVERRIDE MATERIAL ID – позволяет принудительно установить конкретный идентификационный номер материала на внутренний, наружный и торцевой набор полигонов.

AUTO SMOOTH EDGE – автоматическое сглаживание торцевых полигонов. Как правило, должно быть включено. Настройка Angle позволяет установить максимально допустимый угол между полигонами (нормалями полигонов, на самом деле) при котором будет осуществляться сглаживание между ними.

OVERRIDE EDGE SMOOTH GROUP – принудительно установить номер группы сглаживания для торцевых полигонов. Работает только, если убрана предыдущая галочка.

EDGE MAPPING – позволяет переключаться между различными вариантами мэппинга (наложения текстуры) на торцевые полигоны.

SELECT EDGES – выделить торцевые полигоны (для возможности последующего редактирования любым другим модификатором).

SELECT INNER FACES – выделить внутренние полигоны.

SELECT OUTER FACES – выделить внешние полигоны.

STRAIGHTEN CORNERS – создавать только прямые углы. Запрещает краям объекта немного «надуваться».