3435

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени Г, Ф, МОРОЗОВА»

Табаков Ю. Г.

ВЭБ-дизайн и 3D объектов мебели

Учебное пособие

для студентов по направлению подготовки 35.03.02 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств

Воронеж, 2018

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебное пособие представляет собой реализацию учебного курса

«ВЭБ-дизайн и 3D объектов мебели». В учебном пособии рассматривается создание и 3D-визуализация интерьеров и экстерьеров в пакете Blender. Описаны оригинальные приемы моделирования с использованием всевозможных методов,

таких как экструзия, лофтинг и NURBS, а также методов полигонального моделирования и симуляции; технологии создания материалов любой сложности;

принципы постановки света, включая качественную визуализацию с помощью физической камеры, фотометрических источников света. Даны правила настройки физической камеры для экстерьерных и интерьерных ракурсов; дневного и вечернего освещения и другие возможности, необходимые для создания архитектурного и интерьерного проектов.

Так же раскрываются профессиональные секреты фотореалистичной визуализации, приведены алгоритмы работы над небольшими проектами и представлены основные правила, следуя которым, можно создавать проекты быстро и качественно. Многочисленные иллюстрации делают материал наглядным и доступным.

Может быть использовано в образовательных учреждениях на всех формах обучения бакалавров и дипломированных специалистов по направлениям подготовки "3D моделирование" и другим инженерным направлениям.

5

1 Основы геометрических моделей мебели и их модификации

Модель, представляющая спроектированное или проектируемое изделие,

может содержать данные, весьма, различные по характеру – геометрические,

технологические и т.д. В данной лекции мы рассмотрим геометрическое моделирование, т.е. представление изделий с точки зрения их геометрических свойств. Геометрическая модель занимает важное место в САПР.

Цель геометрического моделирования – это создание моделей для многих технических и технологических задач при разработке и при изготовлении изделия. Например, задание геометрических свойств необходимо при моделировании с использованием метода конечных элементов, при выдаче рабочих чертежей и при подготовке их в электронном виде для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Предпроизводство (Pre-production) - процесс подготовки к созданию фильма,

музыкального произведения, рекламного ролика и любого другого произведения.

При разработке игры на данном этапе прорабатывается идея, разрабатывается дизайн-документ игры, реализиуется прототип геймплея, рисуются концептарты персонажей, окружения, идея презентуется инвестору/издателю.

Производство (разработка, production) – основной этап разработки какого либо продукта. При разработке игры на данном этапе выполняется основной объем работы – пишится логика геймплея, полноценно моделируются и текстурируются персонажи, добавляется звуковое окружение, проводится модульное и интеграционное тестирование. Подключаются к работе маркетологи – проводится работа с ЦА, публицуются первые анонсы, рассылаются бета-версии и др.

Постпроизводство (post-production) – финальная стадия разработки продукта.

При разработке игры, на данном этапе наводиться лоск – улучшаются модели и текстуры, оптимизируются непроизводительные участки кода. К рендеру игры могут прмиенятся различные постэффекты для улучшения качества изображения.

К этому моменту проект уже имеет альфа и бета-релизы, на основании которых получен фидбэк и исправлены многие недоработки.

6

История геометрического моделирования начинается с первых работ по машинной графике о графическом представлении и основы для алгоритмов удаления невидимых частей. Появляются первые системы для моделирования сплошных тел. В 70-х годах начинается промышленное применение моделирования сплошных тел, а в моделях учитываться функциональные особенности, прежде всего благодаря совершенствованию аппаратуры

(мультипликация, цвет и т.д.).

Геометрическая модель изделия является машинным представлением его формы и размеров. Двумерная модель изделия, которая может включать реляционную информацию, отличается от модели для визуализации, которая содержит векторные данные. Не следует думать, например, что используемая модель не относится к объемным моделям типа сплошного тела (в ней отсутствуют сведения о материале) лишь потому, что система может выводить на экран только линейные рисунки. Модель можно формировать различными методами, она может создаваться как результат вычислений, а отнюдь не на экране.

1.1 Основные виды моделей

Двумерные модели, которые позволяют формировать и изменять чертежи,

были первыми моделями, нашедшими применение. Применяются они в промышленности и до сих пор, т.к. существенно дешевле в отношении алгоритмов и программного обеспечения.

Однако двумерное представление часто не совсем удобно для достаточно сложных изделий. Трехмерная модель служит для того, чтобы создать виртуальное представление изделия во всех трех измерениях.

В работах, проведенных в этой области, и в соответствующих комплексах программного обеспечения выделяются три основных типа трехмерных моделей:

каркасные («проволочные») модели;

поверхностные модели;

модели сплошных тел («объемные»).

7

Исторически первыми появились каркасные модели. В них хранятся только координаты (x, y, z,) вершин и соединяющие их ребра.

Поверхностная модель позволяет описывать иногда достаточно сложные поверхности. Возможны различные виды задания поверхностей – плоскости,

поверхности вращения, линейчатые поверхности. Используются различные математические модели аппроксимации поверхностей (методы Кунса, Безье, В-

сплайны). Они позволяют изменять характер поверхности с помощью параметров,

смысл которых доступен пользователю, не имеющему специальной подготовки.

Объемная модель позволяет представить сложные изделия с обеспечением логической связанности информации, в частности, благодаря введению понятия о материале.

1.2 Требования к геометрическому моделированию

Цель геометрического моделирования – представление объектов. Эти объекты являются реальными и должны удовлетворять целому ряду требований,

связанных с используемым при изготовлении оборудованием. Считается, что модель тем лучше, чем больше она учитывает ограничений, связанных с реальным объектом, его изготовлением и использованием. Сформируем требования, которые должны выполняться при геометрическом моделировании высокого уровня:

любая модель, которую можно сконструировать, не должна противоречить реальному объекту (правильность модели);

допустимо конструирование модели объекта целиком;

возможно вычисление ряда геометрических величин, например, объемов и

т. д.;

предусмотрено использование различных функций (ЧПУ, разработка серии изделий, расчет конструкций).

Для удовлетворения этих требований необходимо, чтобы модель обладала определенным набором математических свойств, например:

1. Однородность: тело должно быть заполнено внутри;

8

2.Конечность: тело должно занимать конечную часть пространства;

3.Жесткость: сплошное тело должно сохранять свою форму независимо от положения и ориентации.

Кроме того, программная система должна удовлетворять следующим

требованиям:

согласованность операций: любая операция, выполняемая над телами,

должна приводить к образованию сплошных тел;

возможность описания: каждое тело должно быть представимо в машинном

виде;

непротиворечивость информации: точка пространства может принадлежать не более чем одному телу.

1.3 Техническое черчение

Под техническим черчением понимается использование методов, которые традиционно применяются чертежниками, но с использованием средств информатики (дисплеи, средства диалога и т. д.). Соответствующие программы для ЭВМ дают возможность пользователю формировать и изменять в интерактивном режиме чертежи.

Данные, которые хранятся в модели, значительно различаются в зависимости от требуемого качества моделирования. Рассмотрим, какого рода данные наиболее характерны для четырех основных типов моделей.

1.Двумерная модель. В простых моделях удовлетворяются тем, что работают

сэлементами, которые близки к уровню визуализации. В сложных моделях элементы ассоциируются функционально, например, размерные линии соотносятся с объектами или же запоминаются способы соединения элементов.

2.Каркасная модель. В ней хранится информация двух типов: топологическая

(ребра, определяемые вершинами) и геометрическая (координаты вершин).

3. Поверхностная модель. В моделях этого типа хранится только описание поверхностей. Однако эти поверхности могут сильно различаться. И разработчики моделей для работы с поверхностями используют математические методы

9

компактного представления, обеспечивающие возможность интерактивного режима и сложных расчетов.

4. Объемная модель. В такой модели хранится информация, позволяющая отличать материал от пустоты, при этом пустота может рассматриваться как особый вид материала.

В настоящее время используют два метода:

объект представлен в модели охватывающей его «оболочкой». Тогда, как и

вкаркасной модели, сохранятся информации геометрического и топологического типа, однако она более полная (грани заданы и ориентированы таким образом, что известны их наружная и внутренняя стороны)

объект представлен в модели операциями построения, использованными для его задания.

Врамках одного конкретного применения обычно используется не одна модель, а несколько. Во многих системах сосуществуют геометрическая модель (в

ряде случаев весьма высокого уровня – объемная, поверхностная) и модель для визуализации, которая дает возможность работать с информацией, близкой к чисто графической (при графическом выводе, интерактивной работе и т. д.).

Впроцессе традиционного проектирования и изготовления передача информации осуществляется с помощью тестов и чертежей. Таким образом, как для новых, так и для стандартизированных изделий большинство документов представлено в графической форме: чертежи, графики, диаграммы и т. д. (рис. 1).

10

Рис. 1. Виды деятельности в процессе проектирования САПР

На предприятиях и конструкторских бюро основными видами проектной деятельности от общей трудоемкости являются: черчение – 70%; организация архивов и их ведение – 15%; собственно проектирование – 15%; которое в свою очередь подразделяется на копирование – 70%; модификацию вариантов – 20%;

исправление ошибок – 9%; разработку – 1%.

Интерактивное создание детали и изготовление графических документов в САПР дает более качественное изображение, как в визуальном отображении, так и в твердой копии, чем работа моделирующей программы, которая выдает

11

несколько числовых значений. Для этого используется интерактивное

программное обеспечение:

центром всего комплекса является программа, которая должна выполнять расчеты, непосредственно связанные с данной областью;

исходная информация подается с помощью операций ввода, результаты выдаются с помощью операций вывода;

интерактивный режим (или диалог) ведет оператор, который анализирует результаты, может менять работу программы, вводя в нее новую исходную информацию.

12