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

РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ РГЗ «Создание и визуализация изображения по фотографии (визуализатор

Arnold)»

1. Цель работы

Закрепить навыки создания и настройки физических свойств различных материалов для визуализатора Арнольд. По самостоятельно выполненной фотографии создать сцену и настроить в ней камеры, освещение и материалы предметов таким образом, чтобы визуализированное изображение было максимально схожим с фотографией.

2. Задание на РГЗ

[ПРИМЕР] Создать сцену и модели предметов как на референсе (самостоятельно выполненная фотография). В качестве предметов для композиции выбраны статуэтка деревянного человечка и металлическая банка, стоящие на полке на фоне однотонных обоев. Освещение дневное. Необходимо создать модели всех предметов, настроить для них материалы, нужным образом расположить и настроить источники света, настроить камеру и ракурс из камеры. Визуализированное изображение должно быть максимально похожим на фотографию. Оформить отчёт по проделанной работе с детальным описанием и рисунками.

3. Ход работы

Подзаголовками хода работы является описание фактически выполненных пунктов из таблицы критериев (включая необходимые рисунки и описание настроек материалов, камер, источников света и т.д.). Референс (небольшого размера) нужно вставить в начало хода работы и подписать. Нумерация всех рисунков РГЗ должна быть сквозной, а подписи – информативными. В тексте перед каждым рисунком должна быть ссылка на него. Рисунки нужно вставлять в документ режиме «в тексте» (иначе при проверке в режиме рецензирования они «съедут»).

Референс и полученное изображение (render) должны быть с одного ракурса. Моделирование следует описать очень кратко, уделив ему не более 1-2 абзацев. Если

есть нюансы моделирования, которые существенно влияют на конечный результат визуализации, их стоит описать. Однако для композиции следует выбирать предметы с несложной геометрией, т.к. баллами оценивается только работа по визуализации (материалы, источники света, настройка камеры и т.п.), но не по моделированию.

Имена файлов, а также имена текстур и материалов в редакторе материалов (Material Editor) следует задавать сразу при создании.

Скриншоты параметров материала с выделением нужных настроек должны быть читабельны при 100% масштабе документа!

Обратите внимание, что номер пункта из таблицы критериев должен быть указан в конце подзаголовка отчёта (нумерация самих подзаголовков последовательная). В ходе работы следует описывать только те пункты из таблицы, которые по факту выполнены в РГЗ. Если создание одного материала (допустим, золота) относится к двум (или более) пунктам критериев РГЗ, нужно описать этот материал в двух подзаголовках хода работы. В описании материала следует указать именно то, что по существу относится к данному пункту. Допустимо некоторое небольшое повторение содержания, когда оно необходимо для качественной передачи информации.

Если информация сведена в таблицу, но это неуместно или неудобно для восприятия, за таблицу будет -2 балла (минус 2 балла).

Первое предложение абзаца можно подчеркнуть. Оно должно быть коротким и содержать, например, название материала (если в этом подзаголовке несколько материалов), опи-

21

сание которого приведено в этом абзаце. Такое подчёркивание позволит структурировать текстовую информацию.

Важное замечание, соблюдение которого ОБЯЗАТЕЛЬНО: если термин не написан на русском языке или написан не полностью, это считается ошибкой! Термины (названия свойств или параметров) нужно писать на русском языке и полностью (а не одно какое-то слово), на английском – в скобках. Разумно написанный текст говорит о знаниях автора.

Перевод некоторых основных терминов приведен ниже.

Свойства базового слоя (Base), шероховатость базовой поверхности (Base Roughness), базовый цвет (Base Color), базовый вес (Base Weight), настройка отражений (Specular), коэффициент степени отражения (Specular Weight), цвет блика (Specular Color), шероховатость отражающей поверхности (Specular Roughness), металлическое отражение (Metalness).

Коэффициент преломления (IOR), отсюда: коэффициент преломления отражения базового слоя иногда называют интенсивностью отражения (Specular IOR), коэффициент преломления отражения покрытия базового слоя (Coat IOR).

Анизотропия (Anisotropy), но анизотропные блики (Specular Anisotropy).

Модификатор развёртки UV (Unwrap UVW) и модификатор настройки UV-координат на поверхности объекта (UVW Map).

Фильтр настройки экспозиции по диапазонам:

•Highlights (яркие участки) – настройка ярких участков позволяет убрать пересветы.

•Midtones (полутона, средние тона) – это, своего рода, кривая освещенности для среднего диапазона цвета. Увеличивая или уменьшая этот параметр, можно осветлить или затемнить средний диапазон изображения.

•Shadow (тёмные участки, тени) – настройка затемненных участков позволяет сделать их несколько светлее или ещё темнее.

3.1. Использование модификатора настройки UV-координат на поверхности объ-

екта (UVW Map, П.1)

Для того чтобы показать, как текстура расположена на поверхности объекта, не обязательно делать визуализацию, достаточно сделать снимок экрана. Если используете фрагменты рисунка, то эти фрагменты необходимо делать одного размера (фрагмент референса и фрагмент экрана). Также нужно привести в тексте параметры модификатора настройки UV-координат на поверхности объекта (UVW Map).

Для модификатора развёртки UV (Unwrap UVW) рекомендации те же. Желательно привести скриншот развёртки на текстуре.

3.2. Использование модификатора развертки UV (Unwrap UVW, П.2)

На рисунке развёртку лучше показать с текстурой. Предпочтительно, чтобы текстура была квадратной, а её пространство было использовано развёрткой более чем на 80% (минимум на 60%). Также на рисунке должны быть референс и скриншот, показывающий, как текстура расположена на объекте (не обязательно делать визуализацию, достаточно скриншота из видового окна).

3.3. Создание простых материалов: матовый пластик, прозрачный пластик, покраска (П.4)

В заголовке таких пунктов следует писать только те материалы, которые по факту присутствуют в РГЗ (без слов «и т.п.»). Например, на референсе присутствуют шарик из пластика, предмет с покраской и линейка из прозрачного пластика, который выполнен как сложный материал с маской. Значит, именно эти материалы и нужно указать в заголовке (не перечисляя другие простые материалы из таблицы критериев, если их нет в данном РГЗ). Работу с маской нужно описать в соответствующем пункте сложного материала, а простой материал,

22

который является базой для сложного, нужно описать в данном пункте (или в другом нужном из пунктов для простых материалов, к которому он относится).

Для каждого материала нужно привести его референс, визуализацию и скриншот параметров (как на рисунке 1). Все настраиваемые и важные параметры этого материала необходимо выделить на скриншоте, в т.ч. и те, которые используются по умолчанию (если значение подходит). Все такие названия параметров в тексте пишутся на русском языке с маленькой буквы (это не собственное имя, это название параметра), на английском языке должно быть указано полное название параметра (например, не IOR, a Specular IOR или Coat IOR).

Для визуального разделения описания одного материала от другого можно написать название материала в первом предложении абзаца и подчеркнуть это предложение.

Примеры удачно и неудачно подобранных ракурсов и фрагментов изображений. На рисунке 3 приведен пример правильного выбора ракурса (ракурс для визуализации такой же, как и ракурс на референсе) и фрагментов изображений (размеры фрагментов соответствуют), а также правильное оформление настроек материала (все важные параметры выделены). Параметры нужно выделять зелёным или желтым цветом. Допустимо немного уменьшать скриншот настроек (без искажения пропорций), но все параметры должны быть читабельны наряду с остальным текстом (т.е. без увеличения масштаба документа).

а) б) в)

Рисунок 3 – Простой материал матового пластика для шарика: а) шарик на референсе; б) результат визуализации шарика; в) настройки материала матового пластика

На рисунке 4 приведен пример неудачного выбора ракурса для визуализации материала плитки ПВХ: визуализация выполнена с другого ракурса, отличающегося от ракурса на референсе, и изображения кажутся совершенно разными. Лучше выбирать один и тот же ракурс и один и тот же участок предмета для сравнения референса и визуализации.

а) б)

Рисунок 4 – Пример неудачно подобранных фрагментов референса и визуализации (разный ракурс): а) референс; б) результат визуализации

23

Пример описания материала (керамика кружки). Для создания материала керамики (наружная часть кружки) использован материал стандартной поверхности (Standard Surface). Поскольку этот материал на референсе матовый, для воссоздания данного эффекта нужно увеличить параметры веса базового цвета (Base) до значения 1, значение шероховатости базового цвета (Diffuse_Roughness) подобрано 0,4, коэффициент отражений (Specular) уменьшен до значения 0,76. Шероховатость отражений (Specular_Roughness) отсутствует. Коэффициент преломления отражений (Specular_IOR) выбран 1,53 как для стеклянных и керамических изделий. Для создания легкого перламутрового оттенка на поверхности нужно подобрать параметры настройки тонкой пленки (Thin film). Коэффициент преломления тонкой пленки (Thin film_IOR) взят немного меньше коэффициента преломления отражений (Specular_IOR) и составляет 1.5. Для толщины тонкой пленки (Thin film_Thickness) подобрано значение 100. Референс и полученный результат визуализации с перечисленными выше настройками представлены на рисунке 5.

а) б) в)

Рисунок 5 – Создание материала керамики для кружки: а) референс; б) результат визуализации; в) настройки материала

Если на одном рисунке приведено несколько изображений, их следует разделять небольшим расстоянием (или небольшой белой полосой в графическом редакторе).

В случае настройки цвета нужно указать его параметры в системе RGB.

Создавайте скриншот и выделяйте параметры (хотя бы в черновом варианте) сразу как получили нужный результат визуализации. Иначе потом можно упустить часть настроек.

В отчёте материалы нужно описывать поочередно. Сделав описание первого материала, переходите к следующему. Не следует на одном рисунке или в одном текстовом блоке описывать сразу несколько материалов.

3.4. Создание сложного материала с применением текстур в качестве масок (П.11)

[ПРИМЕР] Для создания шкалы линейки требуется использовать маску для отображения разметки в полупрозрачном материале. После создания материала полупрозрачной линейки и создания развёртки разметки линейки создана черно-белая текстура маски (рисунок 6).

24

Рисунок 6 – Развертка модели линейки с расположенной на ней текстурой маски

Если сложный материал включает в себя простой материал (в данном примере это пластик линейки), этот простой материал и его настройки должны быть описаны в соответствующем пункте для описания простых материалов.

3.5. Сложный материал с применением процедурных карт в качестве масок (П.12)

Если маска создана при помощи связи процедурных карт, следует показать процесс настройки маски через процедурные карты (нодовая система), а также роль каждой из процедурных карт на визуализацию предмета. Можно сделать это на одном рисунке (на рисунке 7 это показано на примере имитации белых полос стеклянного стакана).

Рисунок 7 – Создание маски для стеклянного стакана на основе процедурных карт

При описании сложного материала с использованием процедурных карт (П.15) нужно на рисунке привести пример референса, визуализации без процедурной карты и визуализации с процедурной картой, а также скриншот параметров с выделением подобранных

25

настроек. Иначе непонятно, есть ли какая-либо польза от применения процедурной карты или нет (т.е. пункт не будет засчитан).

3.6. Настройка визуализатора, настройка освещения и камеры (П.16, П.18, П.23)

Настройка визуализатора. Подобранные для созданной сцены настройки визуализатора и камеры необходимо показать на скриншотах (с выделением нужных параметров), а в тексте привести обоснование выбранных значений.

Настройка камеры. Настройки камеры в сцене должны быть такими же, как настройки камеры, на которую сделана фотография (скриншоты обеих камер настроек следует показать на одном рисунке с выделением настраиваемых параметров).

Настройка освещения. Расположение источников света необходимо показать на рисунке (сделать скриншот сцены и подписать все источники света), а также привести настройки каждого источника света. Примеры на рисунках 8 и 9.

Рисунок 8 – Расположение источников света в сцене

26

а) б) в)

Рисунок 9 – Настройки параметров источников света: а) цилиндрической формы (Type = Cylinder); б) точечного (Type = Point); в) направленного (Type = Spot)

Оценку оптимальности настроек визуализатора и настроек источников света нужно производить по изображению с базовым материалом серого цвета без отражений, который применен ко всем объектам. Ракурс для такого изображения должен быть такой же, как на референсе (т.е. вид из настроенной камеры). Наличие рисунка с такой визуализацией обязательно!

3.7. Использование различных источников света (П.17)

В случае выполнения этого пункта нужно показать на нескольких визуализациях роль каждого источника. Для этого нужно выключить все источники кроме описываемого.

3.8. Использование различных вариантов освещения (П.18)

Можно сделать две фотографии одной и той же композиции предметов с одного и того же ракурса, но с разным освещением. Различные варианты освещения – это, например, дневное и вечернее. Либо в композиции может присутствовать предмет, являющийся источником света (например, гирлянда или настольная лампа), которая в одном варианте может быть включена, а в другом выключена. Также можно попробовать сделать съемку в разных режимах (баланс белого) или с разных устройств; можно вести съемку, подстраивая экспозицию для разных световых зон.

27

4. Полученные результаты и сравнительные характеристики

Здесь следует привести собственную фотографию и рядом финальное визуализированное изображение (render) и провести анализ и сравнение полученных результатов. По завершению оформления проверьте нумерацию всех разделов и рисунков (а также ссылок ни них).

5. Вывод

Этот раздел соответствует всем критериям такого раздела для лабораторных работ.

6. Библиография

Данный раздел не обязательный (ссылки на дополнительные источники информации), его нужно оформить только в случае самостоятельного изучения информации сверх программы курса.

28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Хохлов П.В., Хохлова В.Н. Технологии трехмерного моделирования и визуализации изображений в визуализаторе Арнольд (Arnold, 3ds Max) : Учебное пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; каф. систем автоматизированного проектирования. – Новоси-

бирск, 2021. – 160 с.

2.Хохлова В.Н., Хохлов П.В., Каймульдинов Ж.В. Практические методы создания экстерьерных сцен / Современные проблемы телекоммуникаций : Материалы Международной научно-технической конференции, Новосибирск, 20– 21 апреля 2022 года / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2022. – С. 524-529. Ссылка на публика-

цию: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48723174

3.Хохлов П.В., Хохлова В.Н. Методология создания полигональных трехмерных моделей по эскизам (скетчам) / Современные проблемы телекоммуникаций : Материалы Международной научно-технической конференции, Новосибирск, 20–21 апреля 2022 года / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2022. – С. 530. Ссылка на публикацию: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48723173

4.Хохлова В.Н., Новикова Е.Д. Процесс создания фотореалистичного изображения в программе 3ds Max на основе фотографии // Современные проблемы телекоммуникаций : Материалы Международной научно-технической конференции, Новосибирск, 22–23 апреля 2021 года / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2021. – С.

493-504. Ссылка на публикацию: https://elibrary.ru/item.asp?id=47147451

5.Хохлов П.В., Хохлова В.Н. Настройки основных свойств материалов в визуализаторе Arnold / Современные проблемы телекоммуникаций : Материалы Международной научно-технической конференции, Новосибирск, 22–23 апреля 2021 года / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2021. – С. 476-492. Ссылка на публикацию: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47147450

6.Хохлов П.В., Хохлова В.Н. Особенности создания поверхностной сетки для трехмерных моделей // Современные проблемы телекоммуникаций : Материалы Международной научно-технической конференции, Новосибирск, 23–24 апреля 2020 года / Сибирский государственный университет телекоммуникаций

иинформатики. – Новосибирск, 2020. – С. 437-444. Ссылка на публикацию: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44024197

7.Хохлов П.В., Хохлова В.Н. Методики полигонального моделирования в 3ds max : Учебно-методическое пособие / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2020. – 139 с. : ил.

29

Учебное издание

Хохлов Петр Владимирович Хохлова Валентина Николаевна

Технологии трёхмерного моделирования (часть 2 – визуализация)

Редактор С.С. Александров Корректор А.Р. Шерстнёва

Подписано в печать 20.03.2023.

Формат бумаги 62 × 84/16, отпечатано на ризографе, шрифт № 10, п. л. – 1,88 заказ № 13, тираж – 50.

СибГУТИ 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86

30