Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы компьютерной графики 3D-моделирование и 3D-печать. Учебное пособие
.pdf
5.1. Введение
71
5. ОБЗОР ПРОГРАММ
3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ И СЛАЙСЕРОВ
5.1. Введение
При подготовке материала раздела использовались источники
[35–51].
Одной из важнейших составляющих процесса трёхмерной печати
являются программы подготовки и создания моделей объектов печати.
В этом разделе приводится краткий обзор программ 3D-моделирования, которые могут удовлетворить как новичков, интересующихся
3D-графикой, так и профессионалов в этой области. При этом надо понимать, что для создания модели требуемого качества, иногда возникает
необходимость использования ряда программ.
Подготовка модели к печати на 3D-принтере – ответственный процесс, который связан с применением, по крайней мере, двух разных программ. Одной из них является программа создания модели объекта печати,
результат работы которой, как правило, хранится в формате STL. Второй
обязательной программой является программа, которая транслирует описание модели в STL-файле в язык управления 3D-принтером. Так как принтер
печатает объект послойно, то в созданной модели объекта необходимо выделить такие слои или, как говорят, нарезать модель на слои. Эту задачу и
решает вторая программа, которая называется слайсером. Подготовленный
слайсером код передаётся в принтер программой-хост, которая также отслеживает процесс изготовления объекта в реальном времени.
В этом разделе познакомимся с кратким обзором программного
обеспечения для решения первой задачи – создания 3D-модели объекта.
При выборе программного обеспечения, наиболее подходящего под
задачи пользователя, необходимо хорошо ориентироваться в предметной
области и знать базовые функции и возможности 3D-программ, которые
обязательно предусматривают наличие следующих средств:
• создания трёхмерной модели сцены и объектов в ней;
• рендеринга (визуализации);
• обработка и редактирование изображений;
• вывода изображений на поверхность визуализации.
5. Обзор программ 3D-моделирования и слайсеров
72
5.2. Обзор программ 3D-моделирования
В настоящее время на рынке программного обеспечения 3D-графики существует множество программ трёхмерного моделирования с разнообразными возможностями и соответственно с ориентацией на разные
группы пользователей. Выполним краткий обзор наиболее популярных
программ 3D-моделирования и укажем их основные возможности.
Autodesk 3Ds Max. Пакет трёхмерного моделирования, признанный
одним из наиболее популярных в мире. В разные периоды своего развития,
начиная с первого появления в 1990 г., пакет имел разные названия:
1. 3D Studio DOS – с 1990 по 1994 гг.
2. 3D Studio MAX – с 1996 по 1999 гг.
3. Discreet 3Dsmax – с 2000 по 2004 гг.
4. Autodesk 3Ds Max – с 2005 г. по настоящее время.
Пакет имеет в своём составе многочисленные продвинутые средства, позволяющие создавать модели для практически любых по форме и
сложности 3D-объектов. Пакет содержит разнообразные инструменты:
• полигональное моделирование, которое обеспечивает редактиро-
вание поверхностей и полигонов. Этот вид моделирования, как правило,
применяют для формирования сложных и низкополигональных моделей;
• NURBS-моделирование, однако многие пользователи отмечают
его слабость и используют этот метод редко;
• моделирование на основе поверхностей Безье – наиболее подхо-
дящий метод для тел вращения;
• моделирование на основе библиотек стандартных параметриче-
ских объектов (примитивов);
• моделирование на базе сплайнов – удобный метод архитектурно-
го моделирования, а также формирования сложных перетекающих форм,
для которых метод полигонального моделирования малоэффективен.
Отметим, что перечисленные методы моделирования могут дополнять друг друга и сочетаться между собой. При этом наиболее часто основным методом создания объектов сложной структуры является моделирование на основе библиотек стандартных объектов, в котором используется композиция примитивов как «кирпичиков» составных объектов.
5.2. Обзор программ 3D-моделирования
73
В составе программного комплекса Autodesk 3Ds Max содержатся
обширные библиотеки многообразных текстур, объектов и изображений.
Для работы с 3D-графикой пакет содержит множество инструментов эффективного создания сложных с высокой степенью детализации объектов
и возможностью использования для них множества текстур и имитации
применения различных материалов. Пакет содержит также эффективные
средства создания динамических анимаций.
Autodesk 3Ds Max применяется во всех областях, где моделируются
и используются 3D-модели, создаются фильмы и компьютерные игры.
Blender. Бесплатный пакет для работы с 3D-графикой. Интерфейс
пакета позволяет пользователям адаптировать взаимодействие с программой так, чтобы инструменты в процессе работы всегда были под рукой.
Многочисленный инструментарий пакета существенно облегчает
детальное моделирование для реалистично представленных персонажей.
Наличие в программе эффективных, но довольно сложных алгоритмов
создания и обработки произвольных деформаций объекта упрощает преобразование любой модели в управляемый 3D-персонаж.
Программа Blender эффективно используется в процессе создания
динамических анимаций от несложных движений персонажа до сложных
действий, например артикуляция губ в разговоре. Программа позволяет
настраивать и управлять динамическими объектами, взаимодействующими как между собой, так и с внешней средой. В связи с этим появляется
возможность создания реалистичных эффектов, например таких, как водопад, дрожание листвы или травы.
Пользователи отмечают, что рендерер пакета Blender зарекомендовал себя хорошо проверенным и надежным, что позволяет ориентироваться на него, как на некий стандарт в трёхмерном моделировании.
В процессе развития программы Blender среди её пользователей
сформировалось сообщество, состоящее из начинающих и профессиональных специалистов в области компьютерной графики и способствующее совершенствованию программы.
Character Generator – уникальная программа для создания трёхмерных персонажей и разработки прототипов моделей, которые можно
использовать в анимации и игровых движках. Приложение создано в виде
веб-сервиса, который открывается в любом интернет-браузере.
5. Обзор программ 3D-моделирования и слайсеров
74
Внушительный набор дизайнерских инструментов позволяет создавать любые образы, а также детально прорабатывать внешний вид, мимику,
жестикуляцию, пластику и другие индивидуальные поведенческие особенности персонажей. Для ускорения процесса работы над проектами можно
пользоваться коллекцией готовых шаблонов из библиотеки программы.
Также разработчики реализовали функцию, которая позволяет "смешивать"
шаблоны и генерировать на их основе новые прототипы персонажей.
Мощные инструменты Character Generator позволяют художникудизайнеру быстро менять тип комплекции тела, цвет кожи, черты лица, параметры волос, структуру ногтей и т.п. Кроме того, можно использовать
готовые пресеты для настройки персонажей, например, доступно более ста
типов телосложения, формы глаз, вариантов причесок и других физических
атрибутов. Также в программе имеется большой каталог одежды и различных предметов гардероба с возможностью их редактирования. Очки,
трость, ювелирные украшения и многое другое помогут придать персонажу
законченный вид и создать полноценный художественный образ.
Кроме того, разработчики Character Generator позаботились об интеграции приложения с другими программными продуктами Autodesk (3Ds
Max, MotionBuilder, Maya), что дает художникам и дизайнерам больше возможностей для реализации проектов. Также к услугам пользователей предлагается облачный сервис для надежного хранения данных и быстрого обмена файлами при коллективной работе над созданием 3D-персонажей.
SketchUp (в прошлом Google SketchUp). Продвинутое приложение
для создания 3D-моделей в разнообразных областях. Имеет много инструментов и возможностей, с помощью которых добавляются детали,
меняются текстуры, материалы и размеры создаваемых моделей с высокой точностью, а также возможность размещать готовые модели на сервисе Google Earth.
Приложение SketchUp предоставляет пользователю инструменты:
• для рисования, геометрического моделирования и создания про-
порциональных уменьшенных копий объекта;
• конструирования – выбор размеров, включение измерительной
рулетки и транспортира, вычисление площади и длины и другие.
Инструменты SketchUp позволяют выполнять:
5.2. Обзор программ 3D-моделирования
75
• рисование, редактирование и преобразования объектов;
• выделение из моделей секций с целью анализа и при необходимо-
сти корректировки внутренних деталей;
• текстурирование модели готовыми образцами или формирование
новых видов текстур;
• пополнение модели готовыми компонентами, например живот-
ные, растения, архитектурные элементы;
• ретуширование и создание эффектов тени в реальном времени;
• имитацию расстановки видеокамер;
• экспорт двухмерных графических файлов и 3D-моделей практи-
чески во всех распространённых форматах;
• распечатку изображений модели и разработку функциональных
расширений программы с помощью языка Ruby.
Профессиональная версия SketchUp позволяет профессионалам
разрабатывать и анализировать сложные дизайнерские объекты. При этом
пользователи SketchUp могут:
• экспортировать модели в разных форматах, а также анимацию и
пошаговые руководства;
• моделировать органические объекты;
• импортировать и экспортировать GIS-данные;
• работать с растровыми изображениями в высоком разрешении, в
частности выше, чем на дисплее;
• пользоваться программным обеспечением в коммерческих целях.
Приложение SketchUp имеет высококачественное программное
обеспечение, а его инструменты интуитивно понятны, поэтому они работают в соответствии с ожиданиями пользователя.
CINEMA 4D Studio. После выхода в 2019 г. версии R21, вместо
пакетов Prime, Broadcast, Visualize, Studio, BodyPaint 3D, компания
MAXON поставляет на рынок универсальную комплексную программу
под брендовым названием Cinema 4D, ориентированную на художников и
всех пользователей, работающих с трёхмерной графикой. Функционально
эта программа перекрывает все возможности выпускавшихся ранее пакетов, в частности наиболее продвинутого пакета CINEMA 4D Studio компании MAXON.
5. Обзор программ 3D-моделирования и слайсеров
76
Программа Cinema 4D создана для разработки и редактирования
2D- и 3D-эффектов и объектов. В своём составе она имеет мощные, до-
полнительные, высококачественные инструменты:
• создания персонажей и анимаций практически любой сложности;
• моделирования физики, с помощью которых создаются эффекты
сложных столкновений множества объектов;
• сетевого рендеринга, решающие задачу объединения вычисли-
тельных ресурсов локальной сети, с целью ускорения создания проекта.
Указанные дополнительные инструменты вполне удовлетворят запросы самых привередливых профессионалов. Особое впечатление производит довольно простой для пользователя механизм создания эффекта
реалистичного движения волос или эффекта воздействия друг на друга
множества различных объектов.
Таким образом, выражаясь современным лаконичным языком, констатируем, что универсальная комплексная программа Cinema 4D обеспечивает поддержку моделирования, рисования, скульптинга, композитинга,
трекинга, анимации и высококачественного рендеринга.
FreeCAD. Комплекс программ параметрического трёхмерного моделирования. Первоначальный вариант пакета был ориентирован на инженерные проекты разной сложности. Со временем инструментарий программы существенно расширился и в настоящее время её функциональность практически позволяет создавать любые 3D-модели. Особенности
интерфейса FreeCad позволяют формировать из инструментария программы рабочие места (профили) проектировщиков. Это даёт возможность создавать профили с инструментами под поставленные задачи и
исключить ненужные функции. В тоже время программа содержит несколько типовых профилей с готовым инструментарием. В программе
также реализованы:
• базовый набор операций преобразования объектов;
• большой набор примитивов, облегчающих черчение объектов;
• функции управления объектами относительно пространства,
например такие, как обрезание, сплавление, извлечение, вытягивание и
другие;
• поддержка скриптов.
5.2. Обзор программ 3D-моделирования
77
TurboCAD. Программа представлена на рынке более 10 лет. Пред-
назначена для создания 2D- и 3D-чертежей. Содержит множество инструментов для создания технических чертежей, моделей механических деталей, фотореалистичных объектов 3D-графики, разнообразных презентаций и многих других типов проектов.
В программе предусмотрена возможность формирования разных
настроек под новичков, средних и продвинутых пользователей, что упрощает не только этап освоения программы, но и последующее взаимодействие с ней.
TurboCAD содержит специализированный, профессиональный инструментарий для создания проектов в разных областях деятельности.
Например, архитекторы и строители могут пользоваться программой для
создания от мебельных проектов до проектов помещений и архитектурных ансамблей, а инженеры и механики могут создавать проекты любой
направленности в области машиностроения.
Substance Painter является профессиональной программой текстурирования 3D-объектов. Программа предоставляет возможность работы с
текстурами в сверхвысоком разрешении и создавать качественные, фотореалистичные объекты по готовой модели с правильной геометрией. Поэтому Substance Painter популярна у разработчиков крупных AAA-игр.
Имеется большая библиотека кистей, которые создают рисунки из
отдельных частиц, а мазки идентифицируются как кривые. Это позволяет
редактировать форму модели с уже нанесённой текстурой. В библиотеке
имеются кисти, позволяющие создавать необычные эффекты, имитирующие, например, ржавчину, грязь, трещины, следы от пуль и другие.
В рабочей области программы расположены:
• окно с 3D-моделью;
• меню кистей и настройки свойств;
• панель управления текстурами;
• окно выбора типа материала.
При рендеринге объектов применяется улучшающая модель технология NVIDIA Iray. Substance Painter имеет высокие системные требования и относительно высокую стоимость, что характерно для профессиональных программ такого класса.
5. Обзор программ 3D-моделирования и слайсеров
78
ZBrush – многофункциональный и простой в использовании гра-
фический редактор для трехмерного моделирования. Позволяет легко создавать как простейшие 3D-фигуры, так и сложные реалистичные объекты
с высокой детализацией. Поддерживает работу с самыми распространенными графическими форматами: obj, dfx, tif, psd, bmp и jpg.
Редактор дает пользователю уникальную возможность почувствовать себя настоящим скульптором, который в виртуальном пространстве
лепит фигуры из виртуальной "глины". В процессе лепки можно быстро
корректировать форму объекта путем растягивания, надавливания, приглаживания и других действий, а также изменять консистенцию материала, настраивать геометрию структур и применять различные графические
эффекты. Когда объект будет закончен, пользователю остаётся раскрасить
модель. Натуральные тени и блики программа прорабатывает и создает
автоматически.
Помимо этого, ZBrush представляет собой своеобразный гибрид
2D- и 3D-графики. Это еще одна интересная особенность программы, которая заключается в возможности использовать технологию «псевдотрёхмерности», благодаря чему можно рисовать будущие объемные модели на
простой двухмерной поверхности, а затем трансформировать в трехмерное пространство.
Арсенал ZBrush включает в себя тысячи инструментов, в числе которых разные виды кистей для рисования и раскрашивания, функции модификации геометрии, визуальные эффекты и даже готовые шаблоны для
создания новых объектов. Кроме того, приложение поддерживает работу с
подключаемыми дополнительными модулями, расширяющими функционал. Для большего удобства все инструменты разделены на палитры и
внутри сгруппированы по своему предназначению. Также присутствует
возможность настраивать интерфейс по усмотрению пользователя.
Marmoset Toolbag. Основное назначение программы – редактирование, текстурирование и рендеринг 3D-моделей. В составе программы
функции редактирования материалов, создания анимации, выполнения
рендеринга и другие полезные инструменты.
В последнюю версию Marmoset Toolbag включены довольно сложные задачи по настройке глобального освещения, создания CG-графики,
5.2. Обзор программ 3D-моделирования
79
увеличения глубины резкости пространства и другие. Эти задачи решаются в режиме реального времени, что можно обеспечить только при наличии мощного графического адаптера. Программа поддерживает также
сверхвысокие разрешения и содержит инструменты для создания красивых презентаций выполненной работы.
Программа Marmoset Toolbag поддерживает импорт и экспорт многих форматов трёхмерных моделей. Сведения об источниках света программа может получить из файла FBX. В импортируемых сценах из сторонних редакторов программа Marmoset Toolbag может распознавать
ключевые кадры, положения камеры и прочие исходные параметры. Кроме того, программа содержит инструменты публикаций, а за счёт интеграции с сервисом ArtStation предоставляет возможность презентации
законченных проектов общественности. Для этого достаточно связать
учетные записи в программе ArtStation и в сервисе ArtStation. Достоинством программы является поддержка экспорта проектов в наиболее популярные игровые движки: Unity и Unreal Engine.
Blender Portable – портабельная версия популярного 3D-редактора
Blender. Эта программа позволяет в интуитивно понятном режиме разраба-
тывать трехмерные модели, анимировать их, просчитывать 3D-сцены и заниматься постпродакшеном. Интерфейс Blender Portable настраивается, и
вы можете менять внешний вид практически любых его элементов, добиваясь максимального удобства и комфорта. Программа позволяет использовать множественную отмену действий, применять шрифты со сглаживанием и пользоваться встроенным текстовым редактором для создания комментариев. Blender Portable включает в себя множество инструментов для
создания персонажей, и вы можете использовать "лепку" с поддержкой
процедурных кистей и симметрии, применять модификаторы и мягкое выделение геометрии, а также пользоваться стандартными средствами 3D- моделирования – полигонами, сплайнами, NURBS, метасферами и т.п.
Программа позволяет быстро создавать скелеты для анимации движения персонажей, назначать вес элементам скелета и автоматически создавать "шкуру". Blender Portable позволяет работать с нелинейной анимацией и легко справляется с любыми задачами – от простой анимации ходьбы до комплексной синхронизации голоса и движений губ. В программе
имеется поддержка инверсной кинематики и морфинга, есть встроенные
5. Обзор программ 3D-моделирования и слайсеров
80
редактор поз и генераторы систем частиц. Blender Portable включает в себя
мощный рендерер с поддержкой рейтрейсинга, слоев, эффектов (блики
линз, DOF, туман и т.д.), а также таких расширенных возможностей, как
использование Ambient Occlusion и Global Illumunination.
При этом программа может использовать для рендеринга ресурсы
графического процессора и позволяет экспортировать сцены для просчета
их во внешних рендерерах наподобие Indigo, Renderman и V-Ray. Blender
Portable поддерживает множество двумерных (PSD, JPG, TGA, AVI, GIF,
MOV и др.) и трехмерных форматов графики (3DS, OBJ, DXF, Softimage,
VRML и т.д.), может использоваться для композитинга и позволяет при-
менять скрипты на Python.
Zanoza Modeler (ZModeler) – программа для разработки и редак-
тирования трёхмерных моделей. Программа ориентирована на создание
моделей трёхмерных объектов со средней детализацией и относительно
невысоким уровнем фотореалистичности, что отличает её от продвинутых
редакторов для работы с детализированными и фотореалистичными моделями. Точность выполнения модели и подборка качественных текстур
приводят к её качественному просмотру в игре. Вместе с тем модели с
высокой степенью детализации требуют повышенных вычислительных
ресурсов и объёма оперативной памяти. Поэтому можно характеризовать
ZModeler как хороший компромисс между красотой создаваемой модели
и скоростью её обработки не самыми мощными компьютерами.
Редактор ZModeler поддерживает стандартное отображение объектов на базе Direct3D. В связи с этим результаты работы можно видеть еще
в процессе разработки, но для оценки многих эффектов нужно тестировать модели во время работы игрового движка.
MilkShape 3D (MS3D) – это бесплатный низкополигональный редактор трехмерных объектов. Чаще всего MS3D используется при создании или
редактировании 3D-моделей для компьютерных игр, таких как Blockland,
Half-Life, The Sims 2, The Sims 3 и так далее. Программа MS3D довольно
простая и многофункциональная. Вы можете выполнять разные операции с
3D-объектами, а также строить модели и создавать скелетные анимации. Если вам нужно спроектировать, к примеру, модель бота для Counter Strike,
тогда MS3D – это то, что вам нужно. Программа весит немного, устанавлива-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]