Технологии трёхмерного моделирования (часть 2 – визуализация). Учебно-методическое пособие

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)

П. В. Хохлов, В. Н. Хохлова

Технологии трёхмерного моделирования (часть 2 – визуализация)

Учебно-методическое пособие

Новосибирск

2023

Лабораторная работа №1 «Наложение текстурных карт. Основные параметры для текстурных карт. Наложение бесшовных текстур»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить способы наложения текстурных карт. Изучить основные параметры для текстурных карт. Освоить работу с бесшовными текстурами.

ЗАДАНИЕ НА ЛР

1.Изучите лекционный материал по данной теме и предложенные практические примеры.

2.Создайте файл с названием согласно требованиям. В сцене настройте единицы измерения (сантиметры или метры) и координационную сетку (выберите шаг, удобный для моделирования вашего объекта).

3.Создайте модель домика, состоящую только из двух объектов: 1) фундамент и стены (единым объектом) и 2) крыша. При работе учитывайте следующие критерии:

•Размеры и пропорции частей домика должны соответствовать размерам и пропорциям подобного дома в реальности.

•Стены домика должны иметь отверстие под дверь и хотя бы одно окно. По желанию (но не обязательно) можно сделать два или три окна и/или чуть более сложную геометрию стен домика. По желанию (но не обязательно) фундамент может быть геометрически выделен от стен домика (т.е. не в одной плоскости, но всё так же единым объектом).

•Нежелательно делать модель слишком сложной формы. В данной работе ключевое внимание уделено именно правильной работе с текстурами.

•Необходимости в конкретном референсе нет. Домик может быть составлен из деталей от разных референсов или «из головы». Однако важно соблюдать требование к реальным размерам и пропорциям модели.

4.Найдите в интернете четыре бесшовные текстуры: кирпич (для стен с наружи), черепица (для крыши), доски (для пола), штукатурка (для фундамента). Выбранные текстуры должны сочетаться между собой. Минимальное количество разных используемых текстур – 4, но при желании их количество можно увеличить (не более 8).

5.Наложите созданные материалы с текстурой в канале цвета (Diffuse) на всю поверхность модели с помощью модификатора настройки UV координат на поверхности объекта (UVW Map). Наложите созданный материал на крышу домика с использованием шкалы мировых координат (включен флажок Use Real-World Scale). Фундамент и стены домика нужно выполнить классическим методом без использования шкалы мировых координат

(отключен флажок Use Real-World Scale).

6.Все наложенные текстуры должны соответствовать пропорциям домика и должны сочетаться по цветам в композицию. Параметры наложения текстур должны передавать реальные размеры материала (т.е. визуально модель домика с текстурами должна выглядеть как дом в реальности, сделанный из данных материалов).

7.По результату выполнения задания сделайте скриншот оформленного материалами домика с выбранного вами ракурса на белом фоне и с отображением текстур, вставьте этот скриншот в отчёт. В отчёте письменно ответьте на вопросы ниже.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1)Что такое UV координаты? В чем отличие от XY координат?

2)Какие модификаторы позволяют настроить UV координаты на поверхности объекта? В чем особенность приведенного модификатора?

3)Что такое повторяемость (Tiling) текстуры?

4)В каких случаях удобно работать с использованием шкалы мировых координат (Use Real-World Scale)?

4

Лабораторная работа №2 «Создание и наложение карт развёрток»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Научиться создавать развёртки. Изучить методы работы с бесшовными текстурами при создании развёртки. Научиться создавать карту развёртки.

ЗАДАНИЕ НА ЛР

1.Изучите лекционный материал по этой теме и предложенные практические примеры.

2.Создайте файл с названием согласно требованиям. В сцене настройте единицы измерения (миллиметры) и координационную сетку (выберите шаг, удобный для моделирования вашего объекта).

3.Создайте низко-полигональную модель стула, точно такую же, как на примере в лекции. Размеры и пропорции частей стула должны соответствовать размерам и пропорциям подобного стула в реальности.

4.Примените к модели стула материал, у которого в канале основного цвета находится бесшовная текстура. Создайте развёртку, используя бесшовную текстуру (Рисунок 1 – Развертка, созданная с помощью модификатора развертки UV (Unwrap UVW) стула для бесшовной текстуры).

5.Сделайте копию модели стула. Создайте собственную карту развёртки, где будет использовано два вида дерева (Рисунок 2 – Текстура, созданная из двух изображений с фактурой дерева на основе созданной развертки с помощью модификатора развертки UV (Unwrap UVW)). Самостоятельно определите, какие части стула будут оформлены первым видом дерева, какие – вторым.

6.По результату выполнения задания сделайте скриншот карты развёртки на плоскости и скриншот модели с выбранного вами ракурса на белом фоне и с отображением текстур для каждого вида стула. Вставьте скриншоты в отчет.

7.Можно заработать 2 дополнительных балла за создание развёртки для готовой карты развёртки для готовой модели коровки. Модель и текстуры выданы преподавателем. Результат должен быть в отдельном файле, отчёт не требуется.

8.Можно заработать ещё 2 дополнительных балла за создание собственной карты развёртки (на основе самостоятельно нарисованной текстуры) для этой же модели коровки. Результат также должен быть в отдельном файле, отчёт по созданию разверток для дополнительного задания не требуется.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1)Для каких объектов создается развертка?

2)Что такое развертка и что такое текстурная карты развертки?

3)Когда текстурную карту развертки можно использовать для объекта, для которого она не создавалась?

4)Укажите важные моменты, которые необходимо учесть при создании развертки?

5

Лабораторная работа №3 «Камеры и визуализация в ARNOLD»

Данная работа может быть выполнена полностью только в версии 3ds Max 2021 или 2022 с обновленной версией Арнольда до 4.3.3.21 и старше.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить работу с камерами в сцене и научиться настраивать ракурс из камеры. Оценить временные затраты своего компьютера на визуализацию изображения определенного качества с помощью визуализатора Арнольд (Arnold).

ЗАДАНИЕ

1.Изучите лекционный материал по этой теме и предложенные практические примеры.

2.Создайте файл с названием согласно требованиям, в качестве единиц измерения выберите миллиметры. В сцене создайте композицию из нескольких табуретов.

3.В качестве визуализатора выберите Арнольд: Установки визуализации (Render Setup) – вкладка Общие (Common) – в свитке Назначить визуализатор (Assign Renderer) в поле процесса создания (Production) выберите Арнольд (Arnold).

4.Для табуретов создайте стандартный материал Арнольда (Standard Surface) серого цвета (128,128,128) и без отражения (Specular=0). Примените его ко всем объектам сцены. Создайте источник света и настройте его интенсивность так, чтобы сцена была достаточно освещена, но не была пересвечена.

5.Создайте в сцене камеру с названием, обозначающим вид из камеры. Выходные размеры изображений, полученных при визуализации вида из камеры, 600х600 пикселей.

6.Для созданной камеры сделайте четыре эксперимента по настройке прямого и косвенного освещения:

1)Сглаживание для камеры или суперсэмплинг (Camera (AA)). Создайте отчётный рисунок из результатов 4-6 экспериментов. Пример отчётного рисунка в п.13.

2)Диффузный или рассеянный (Diffuse). Создайте отчётный рисунок из результатов 4- 5 экспериментов.

3)Глубина освещения (Diffuse Ray Depth). Создайте отчётный рисунок из результатов 3-4 экспериментов.

4)Количество теневых лучей (Light Samples). Создайте отчётный рисунок из результатов 3-4 экспериментов.

7.Найдите конфигурацию параметров, которую считаете оптимальной для вашего компьютера в соотношении качество/время визуализации. Приведите в отчёте обоснование выбранной конфигурации. Создайте отчётный рисунок из результатов 3-6 экспериментов.

8.Создайте в сцене еще две камеры с названиями, обозначающими вид из камеры. Для каждой из этих камер должен быть настроен оптимальный ракурс с учётом выходных размеров визуализируемого изображения. Выходные размеры изображений:

•самостоятельно выбранный размер изображения с пропорциями сторон 1:1,2 и значением наименьшей стороны изображения в диапазоне 1200÷2200 пикселей;

•самостоятельно выбранный размер изображения (произвольные пропорции сторон). В отчёте нужно привести обоснование выбранного размера изображения.

9.При выбранной вами оптимальной конфигурации параметров рассчитайте три изображения (по одному для каждой из установленных в сцене камер). Вставьте полученные изображения в отчёт и проведите анализ проделанной работы по поиску оптимальных настроек визуализации.

10.В отчёте приведите обоснование настроек, которые были выявлены как оптимальные для решения данной задачи при вашей конфигурации компьютера.

11.Письменно ответьте на вопросы, которые приведены ниже.

12.Работа не будет принята, если:

1) Работа (или эта композиция из моделей) была сдана ранее другим студентом.

6

2)Скриншоты настроек слишком мелкие и нечитабельные.

3)Содержание отчёта и/или текст подписей рисунков не соответствует изображениям.

13.Пример оформления отчетного рисунка:

Рисунок 1 – Влияние глубины освещения (Ray Depth) на качество полученного изображения (детализация в затемненных участках за счет просчета дополнительного отраженного света), резуль-

тат и настройки каждого из трех экспериментов

Если реализовано 4 эксперимента, то в отчётном рисунке в одном ряду должно быть не более двух изображений с настройками. Если реализовано 6 экспериментов, то в отчётном рисунке в одном ряду должно быть не более трёх изображений с настройками. Все изменяемые в данном эксперименте параметры должны быть обведены рамкой зеленого цвета.

Итого отчёт должен содержать 5 отчетных рисунков и три визуализации (п.8), а также ответы на вопросы (п.11).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1)Что такое фокусное расстояние для камеры?

2)Опишите основные параметры настройки камеры в сцене, на ваш взгляд важные при визуализации.

3) Как увеличится время визуализации при увеличении выборок камеры

(Camera (AA))?

4)Какие параметры качества зависят от суперсэмплинга (Camera (AA))?

5)Опишите кратко работу суперсэмплинга (Camera (AA)).

6)Какое освещение является рассеянным?

7

Лабораторная работа №4 «Источник освещения Arnold Light. Освещение с использованием HDRI-карт»

Данная работа может быть выполнена полностью только в версии 3ds Max 2021 или 2022 с обновленной версией Арнольда до 4.3.3.21 и старше.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить типы источников света для визуализатора Arnold (включая HDRI-карты). Научиться настраивать экспозицию физической камеры.

ЗАДАНИЕ

1.Изучите лекционный материал по данной теме и предложенные практические примеры.

2.Сделайте копию сцены для лабораторной работы №3 и задайте файлу имя согласно требованиям к названиям файлов. В качестве визуализатора должен быть выбран Arnold.

3.Создайте новую камеру, а также выставите экспозицию для камеры в разделе настроек окружения и эффектов (Environment and Effects, быстрая клавиша 8). Настройте вид таким образом (размер кадра 500х600 пикселей), чтобы в кадре было видно источник света и все объекты сцены. Задний фон при этом должен оставаться чёрным (Background color).

4.Поставьте и настройте источник света (Arnold Light) поочередно для каждого из указанных ниже типов формы (Shape Type). Для каждого из источников подберите оптимальные настройки: объекты сцены должны быть достаточно освещены, а также в тенях и затенениях должно быть минимальное количество шумов. Типы форм источников света (Shape Type):

•точечный (Point),

•рассеянный (Distant),

•направленный (Spot),

•прямоугольный (Quad),

•плоский диск (Disc),

•цилиндрический (Cylinder),

•фотометрический (Photometric),

•произвольная форма (Mesh),

•небесный купол (Skydome).

5.Используя оптимальные настройки, полученные при выполнении лабораторной работы №3, рассчитайте одно изображение из созданной и настроенной камеры. В каждом изображении должен быть только один источник света (соответствующим образом настроенный). Источник типа небесный купол (Skydome) может не входить в кадр, для этого типа нужно рассчитать два изображения, второе из которых будет с HDRI-картой (карта с большим динамическим яркостным диапазоном).

6.Вставьте в отчёт каждый из полученных отчётных рисунков (визуализация + скриншоты настроек источников света с выделенными изменяемыми параметрами).

7.В отчёте письменно ответьте на вопросы ниже.

8.Работа не будет принята, если:

1)Работа (или эта композиция из моделей) была сдана ранее другим студентом.

2)Скриншоты настроек слишком мелкие и нечитабельные.

3)Содержание отчёта и/или текст подписей рисунков не соответствует изображениям.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1)Для каких источников света и какими их параметрами можно управлять мягкостью теней? Какие параметры источника света и их настройки влияют на качество теней?

2)Выберите и охарактеризуйте два любых источника света как схожесть с физическими источниками (например: похожесть на солнце).

8

Лабораторная работа №5 «Освещение сцены (Arnold)»

Данная работа может быть выполнена полностью только в версии 3ds Max 2021 или 2022 с обновленной версией Арнольда до 5.0.3.21 и старше.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить работу и настройки буфера визуализации Арнольда. Настроить освещение для объектной визуализации. Настроить освещение для интерьерной визуализации.

ЗАДАНИЕ

Для объектной визуализации (всего 7 изображений):

1.Создайте сцену с несколькими объектами (не более 5 штук), у которых простая геометрия

игабариты которых в диапазоне от 0,5 до 1 метра. Ко всем объектам примените стандартный материал Арнольда серого цвета, без отражения (по примеру в лекции). Файл в конце названия должен содержать подпись «объекты».

2.Шаблон названия файла: ЛР(в)5-ХХ-РИ-00-Иванов Иван (объекты).max

3.Создайте два источника света: направленный (Spot) и прямоугольный (Quad). Выберите ракурс, создайте и настройте камеру.

4.Настройте освещённость сцены, изменяя интенсивность источников света, направление и экспозицию. Рассчитайте одно изображение (render), сохраните его в формате jpg и вставьте в отчёт.

5.Сделайте визуализацию сцены с двумя предустановками (Preset) для цвета источников света: для направленного источника света (Spot) – холодное освещение и теплое освещение. Два полученных изображения (render) сохраните в формате jpg и вставьте их в отчёте рядом.

6.Изменяя цветовую температуру одного или двух источников света, получите три визуализации объектов при разном освещении: при холодном свете, при дневном свете и при тёплом свете. Изображения (render) сохраните в формате jpg и вставьте их в отчёте рядом.

7.Используя любые источники света и их настройки (а также настройки камеры), создайте свой индивидуальный вариант освещения. Поясните, какое освещение старались получить. Рассчитайте одно изображение (render), сохраните его в формате jpg и вставьте в отчёт. Для своего индивидуального варианта необходимо подобрать референс с освещением (и в отчёте вставить его рядом с собственной визуализацией), на который будете ориентироваться, чтобы получить такое освещение для своего объекта.

Для интерьерной визуализации (всего 5 изображений):

8.Создайте сцену с комнатой, внутреннее пространство которой составляет 5х5 м, высота стен – 3 м. Создайте внутри комнаты несколько объектов с простой геометрией (либо можно взять свою композицию табуретов из ЛР4). Файл сцены в конце названия должен содержать подпись «(интерьер)».

9.Шаблон названия файла: ЛР(в)5-ХХ-РИ-10-Фамилия Имя (интерьер).max

10.Ко всем объектам примените стандартный материал Арнольда серого цвета, без отражения (по примеру в лекции). Выберите ракурс, создайте и настройте камеру.

11.Рассчитайте, сохраните в формате jpg и вставьте в отчёт пять изображений (render), используя следующие способы освещения комнаты (свет в комнату должен попадать только из окон):

•Осветить комнату только с помощью источника небесный купол (Skydome).

•Осветить комнату, используя порталы (Portal) и небесный купол (Skydome).

•Осветить комнату, используя в качестве света, исходящего из окна, прямоугольный источник света (Quad).

•Осветить комнату, используя порталы (Portal) и небесный купол (Skydome), а также рассеянный источник света (Distant).

•Осветить комнату, используя в качестве света, исходящего из окна, прямоугольный источник света (Quad) и рассеянный источник света (Distant).

9

12.В отчёте все настраиваемые параметры для каждого изображения должны быть указаны

вподписи рисунка либо на скриншотах под соответствующим рисунком.

13.Можно заработать ещё от 0,5 до 2 доп.баллов за создание своего способа освещения ин-

терьерной сцены – вечерний свет на закате солнца (наличие референса обязательно).

Для этого сделайте копию файла интерьерной сцены и настройте освещение. Важно: нельзя менять объекты сцены и их расположение (в т.ч. расположение камеры), можно менять (или добавлять) источники света и/или их настройки. Рассчитайте одно изображение (render), сохраните его в формате jpg и вставьте в отчёт. В отчёте референс желаемого эффекта освещения должен быть рядом с собственной визуализацией. Файл сцены

вконце названия должен содержать подпись «(закат)».

14.Шаблон названия файла: ЛР(в)5-ХХ-РИ-10-Фамилия Имя (закат).max.

15.Вопросы, на которые необходимо письменно ответить в отчёте:

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1)По каким видам можно разделить визуализацию в зависимости от способа освещения?

2)Опишите на собственных примерах, как можно использовать цветовую температуру для источника освещения (необходимо знать, что такое цветовая температура).

3)Как настройки освещения в сцене влияли на длительность визуализации в вашей лабораторной?

4)В чем, на ваш взгляд, отличие между интерьерной и объектной визуализацией?

10