Gli oggetti geometrici CG includono:

• a) punto, segmento, retta, piano;
• b) linee curve (piatte e spaziali);
• c) poliedri;
• d) superfici: rigate e curve;
• e) corpi geometrici elementari (primitive volumetriche): parallelepipedo, cono, cilindro, ecc.;
• f) oggetti geometrici compositi ottenuti da primitive volumetriche mediante operazioni di sintesi geometrica: connessione, intersezione, differenza, addizione;
• g) figure volumetriche di forma arbitraria.

Per riflettere le varie proprietà degli oggetti geometrici di CG, vengono utilizzati vari modelli geometrici: analitico, recettore, strutturale, cinematico e composito.

Modelli analitici di oggetti geometrici di CG tridimensionale

Nel CG, si assume che l'asse Z sia diretto perpendicolarmente al piano dello schermo e che gli assi x e y giacciano nel piano dello schermo.

Quando si descrivono oggetti geometrici, sono possibili due approcci:

accurata descrizione analitica degli oggetti;

descrizione di oggetti con metodi approssimati: interpolazione e approssimazione.

Forme per specificare una linea retta nello spazio. Nella geometria analitica, una retta passante per un punto in una data direzione è determinata dall'equazione (Fig. 11, a).

dove r1 - raggio - vettore di un dato punto su una retta; a - vettore unitario che specifica la direzione; t è un parametro.

Esempio 4. La retta passante per il punto (1, 2, 3) e nella direzione (1 /, -1 /, 1 /) è determinata dalla relazione

Le coordinate dei punti di questa linea sono determinate

x = 1+, y = 2 -, z = 3+,

Se la retta passa per due punti Р1 Р2, allora per un punto arbitrario dello spazio Р (Fig. 11, b) scriviamo l'equazione

Quindi r = r1 + t (r2 - r1),

e infine r = (1-t) r1 + tr2. (venti)

Riso. undici. Diversi modi per definire una linea retta

X = (1-t) + 5t = 1 + 4t;

Y = 2 (1-t) + 6t = 2 + 4t;

Z = 3 (1-t) + 7t = 3 + 4t

Moduli per specificare il piano. Equazione della forma

Ascia + Per + Cz + 0 = 0,

dove A, B, C non sono uguali a zero allo stesso tempo, definisce un piano.

Il piano passante per i punti A, B, C, dato dai vettori raggio a, b, c, (Fig. 12) è determinato dall'equazione

r = a + u (b-a) + x (c-a),

dove u, x sono parametri.

Riso. 12.

Forme per la definizione delle curve. Nel CG volumetrico vengono utilizzate curve piane e spaziali. Le curve planari sono trattate come curve di confine del compartimento di superficie. I moduli per specificare le curve piane sono discussi in 2.1.3 e 2.1.4. Una curva spaziale nello spazio tridimensionale può essere ottenuta come linea di intersezione di due superfici o come traiettoria di un punto in movimento. In CG, è preferibile la seconda opzione.

La definizione parametrica della curva spaziale ha la forma

dove le funzioni x (u), y (u), z (u) sono continue sul segmento.

Forme per specificare i poliedri. Un poliedro è una figura geometrica dello spazio tridimensionale, la cui superficie è costituita da un numero finito di poligoni piatti. I poligoni sono chiamati facce poliedriche. Esempi di poliedri: cubo, piramide, parallelepipedo rettangolare, prisma.

I poliedri possono essere descritti in due modi diversi, ognuno dei quali ha i suoi vantaggi e svantaggi quando si costruisce un'immagine su un display.

La prima opzione è una descrizione del filo, in cui un poliedro è specificato da un elenco di bordi: ogni bordo è una linea retta specificata da due punti nel sistema di coordinate locale (Fig. 13, a). Lo svantaggio del modello a filo è che non contiene informazioni sufficienti per costruire un'immagine con la rimozione delle linee di contorno invisibili.

La seconda opzione - un modello poligonale - definisce un poliedro come un insieme di facce (poligoni): ogni poligono è rappresentato da un insieme di vertici con coordinate corrispondenti nel sistema di coordinate locale. In questo caso, è facile determinare la visibilità dei bordi (Fig. 13, b).

Riso. tredici. Rappresentazione politopica

Rappresentazione delle superfici. Come nella descrizione delle curve, nel processo di rappresentazione meccanica delle superfici sorgono problemi di interpolazione, approssimazione e livellamento dei dati iniziali. Quando si riproducono superfici mediante CG, il volume delle risorse informatiche necessarie rispetto a operazioni simili sulle linee aumenta bruscamente, quindi i metodi di rappresentazione continua a tratti locale sono spesso gli unici possibili.

Una delle soluzioni per rappresentare superfici a tratti consiste nel costruire una sezione di superficie delimitata da curve piane. Un altro metodo consiste nel definire la forma della superficie dei punti di riferimento nello stesso modo in cui è stato fatto sul piano per le curve di Bezier.

Lo strumento di interpolazione più semplice nel caso tridimensionale è un triangolo definito da tre punti: P1, P2, P3. La superficie di un triangolo, i cui vertici si trovano nei punti indicati, è determinata dall'equazione

Dall'equazione (21) segue che T (1,0) = P1; T (0,1) = P2; T (0,0) = P3.

Inoltre, T (u, 0) è una retta che unisce i punti: P1 e P2, T (0,) è una retta che unisce i punti P2 e P3; T (u, 1-u) è una retta che collega i punti P1 e P2 (Fig. 14). Pertanto, l'equazione (19) definisce un piano passante per i punti P1, P2, P3.

Riso. 14.

Questo metodo di interpolazione di una superficie con triangoli è chiamato triangolazione.

Esempio 6. Consideriamo i punti P1 (1,0,0), P2 (0,1,0) e P3 (0,0,1). Le coordinate x, y, z di ciascun punto del piano sono determinate dalle seguenti espressioni:

z (u,) = 1-u- o

Più complicato è il caso dell'interpolazione, quando la sezione della superficie è specificata da quattro punti: P1, P2, P3, P4 (Fig. 15).

figura 15.

La superficie Т (u,) è determinata dall'equazione

T (u,) = P1 (1-u) (1-) + P2 (1-u) + P3u (1-) + P4u. (22)

Se quattro punti sono complanari, allora (u,) è un quadrilatero piatto, altrimenti - una superficie del secondo ordine.

Esempio 7. Consideriamo i punti P1 (0,0,0), P2 (0,1,0), P3 (1,0,0), P4 (1,1,1). Le coordinate di ogni punto della superficie di interpolazione sono determinate dalle equazioni ottenute sostituendo le coordinate in (22)

x (u,) = u, y (u,) =, z (u,) = u, o

Se nell'equazione della retta (20) sostituiamo i vettori r1 e r2 con P (0,) e P (1,) - le equazioni delle curve spaziali, allora otteniamo l'equazione della superficie rigata. Tale superficie è formata da una retta che scorre lungo due curve, dette guide. Viene determinata l'equazione della superficie rigata (Fig. 16)

T (u,) = (1-u) P (0,) + uP (1,). (23)

Riso. sedici.

Come generalizzazione dell'interpolazione superficiale per quattro punti, si può considerare l'interpolazione superficiale con il metodo di S. Inaba, in cui sono dati quattro punti e valori delle derivate parziali e in questi punti (Fig. 17).

Riso. 17.

L'equazione (24) ha 16 coefficienti. Per determinarli, vengono fornite le coordinate di quattro punti e i valori delle derivate parziali e in ciascun punto. Ogni angolo fornisce quindi tre parametri. I quattro parametri mancanti danno l'impostazione delle coordinate di quattro punti che giacciono all'interno della superficie.

Nel 1960, Koons sviluppò un metodo per l'interpolazione della superficie da quattro curve di confine (Fig. 18).

Riso. diciotto.

Considerando come guide le curve P (0,) e P (1,), possiamo scrivere secondo (23) l'equazione della superficie rigata:

T1 (u,) = (1-u) P (0,) + uP (1,). (25)

L'interpolazione lineare nella direzione -produce una superficie rigata

T2 (u,) = (1-) P (u, 0) + P (u, 1). (26)

La loro somma T1 + T2 definisce una porzione della superficie, ciascuno dei cui confini è la somma della curva di confine e del segmento che collega i punti finali di questa curva. Questo è facile da verificare: se sostituiamo = 0, il confine è determinato non da P (u, 0), ma dall'espressione

T (u, 0) + [(1-u) P (0,) + uP (1,0)].

Pertanto, per ottenere la superficie di interpolazione, è necessario sottrarre dalla somma delle superfici T1 e T2 l'equazione delle quattro rette che congiungono gli estremi, simile alla (22):

T (u,) = (1-u) P (0,) + uP (1,) + (1-) P (u, 0) + P (u, 1) -

P (0,0) (1-u) (1-) -P (0,1) (1-u) - P (1,0) u (1-) - P (1,1) u. (27)

Le successive sostituzioni u = 0, u = 1, = 0, = 1 confermano che la porzione di superficie (27) ha quattro curve date dai suoi bordi.

Funzioni di supporto u; (1-u); ; (-1) sono chiamate funzioni offset perché collegano insieme quattro curve di confine separate. La formula (27) può essere generalizzata utilizzando le funzioni di unione invece di u (1-u), v (1-v) (Fig. 19).

Riso. diciannove.

Spesso nel CG, i punti di riferimento, anziché le curve di confine, fungono da dati di input per la progettazione della superficie. Generalizzando le forme di scrittura della curva di Ferguson (13) e della curva di Bezier (15) per n = 3, si ottengono, rispettivamente, le equazioni delle superfici, assumendo la dipendenza di a0, a1, a2, a3 dal secondo parametro:

dove sono i vertici del poligono caratteristico (Fig. 20).

Riso. venti.

La forma del poliedro dà una buona idea della forma della superficie, e cambiando uno o più punti di riferimento la modificherà in modo prevedibile. Nota che la superficie di Bezier passa solo per i punti

Oltre alle superfici ottenute con metodi di interpolazione e utilizzando poliedri caratteristici, gli oggetti che sono superfici di rivoluzione sono ampiamente utilizzati in CG. La superficie di rivoluzione si ottiene ruotando una curva piana, detta generatrice, attorno a una retta, detta asse di rotazione. Ogni punto del generatore durante la sua rotazione attorno all'asse descrive un cerchio. La superficie conica è ottenuta dalla rotazione della retta l attorno all'asse i. In questo caso, il generatore e l'asse hanno un punto di intersezione (Fig. 21, a). Si ottiene una superficie cilindrica se la generatrice l è parallela all'asse i (Fig. 21, b).

Riso. 21. Esempi di superfici di rivoluzione

Se l'asse y è preso come asse di rotazione, che è denotato da f (u), allora l'equazione della superficie può essere scritta (Fig. 22)

r (u,) = f (u) (cose1 + seno2) + ua0, (30)

dove e1, e2 sono versori lungo gli assi z e x; a0 è il vettore unitario nella direzione dell'asse di rotazione.

Se il generatore è dato dall'equazione

quindi dall'equazione (30) con a0 = 1 si ottiene l'equazione della superficie conica di rivoluzione (vedi Fig. 21, a) nella forma parametrica:

r (u,) = u.

Riso. 22.

Rappresentazione di primitive volumetriche. In CG, le primitive di volume (corpi geometrici elementari) sono intese come corpi: un cono, un cilindro, una sfera, un parallelepipedo, un toro, una piramide, un prisma. Per scrivere l'equazione di una primitiva volumetrica, è necessario passare alla disuguaglianza nell'equazione di superficie invece che all'uguaglianza. Ad esempio, l'equazione

x2 + y2 + z2 = R2

è l'equazione della sfera, e la disuguaglianza

definisce una primitiva volumetrica, detta anche sfera.

La sintesi di oggetti geometrici compositi (CGO) da primitive volumetriche viene eseguita utilizzando operazioni geometriche simili alle operazioni sugli insiemi. Lo scopo della sintesi geometrica è ottenere una descrizione di un oggetto complesso. Le operazioni di sintesi geometrica comprendono: unione, intersezione, differenza, addizione. La Figura 23 mostra esempi di operazioni di sintesi geometrica.

Per implementare queste operazioni vengono utilizzati i metodi di connessione di contatto e connessione di penetrazione.

Il metodo di connessione del contatto viene utilizzato per sintetizzare oggetti dal GO elementare, la cui connessione viene eseguita lungo contorni piatti. Un esempio di connessione di contatto sarà l'unione di oggetti mostrati in Fig. 23, b.

Il metodo di connessione a penetrazione prevede la seguente sequenza di passaggi:

• a) definizione delle primitive volumetriche V1 e V2;
• b) determinazione di coppie di superfici potenzialmente intersecanti;
• c) determinazione analitica della curva di intersezione per ogni coppia di superfici intersecanti e rimozione di quei segmenti di curva che non giacciono all'interno delle superfici intersecanti;
• d) segmentazione delle superfici secondo la linea di intersezione risultante;
• e) rimozione di segmenti superficiali.

Riso. 23.

Rappresentazione di figure volumetriche di forma arbitraria. Il principio cinematico viene utilizzato per rappresentarli. È possibile definire forme volumetriche solide in diversi modi.

Assegnazione dello spessore: S = F1 (C, P, D, L). Il contorno di riferimento C viene spostato nel piano P (di default, questo è il piano z = 0); il secondo contorno è definito spostando il contorno C nella direzione del vettore D alla distanza L.

Riferimento di rotazione: S = F2 (C, A). Con l'aiuto del contorno C (aperto o chiuso), si forma un corpo solido ruotando attorno all'asse A.

Specificazione tramite un elenco di contorni: S = F3 (LC, LP, LR, LS), dove LP (i) è il piano in cui LC (i) è il contorno, LR (i) è il primo degli oggetti da collegato, LS (i) è la direzione di movimento del profilo.

Compito cinematico generale. La generalizzazione di questo metodo è che una superficie definita da contorni rigidi si muove lungo una traiettoria più complessa. Successivamente, questo metodo è stato ulteriormente sviluppato, che consisteva nel fatto che gli oggetti, muovendosi lungo una traiettoria complessa, potevano deformarsi.

I modelli geometrici descrivono oggetti e fenomeni che hanno proprietà geometriche. La necessità di descrivere oggetti spaziali nasce quando si risolvono molti problemi di computer grafica.

Nel caso generale, un oggetto realmente esistente non può, ovviamente, corrispondere esattamente alla sua descrizione. Ciò richiederebbe un numero infinito di terzine di coordinate ( x, y, z) - uno per ogni punto della superficie dell'oggetto.

Attualmente, quando si modellano oggetti, vengono utilizzati diversi tipi di base di modelli geometrici.

Per la descrizione wireframe (filo) modello vengono utilizzati oggetti geometrici del primo ordine: linee o bordi. I modelli wireframe vengono utilizzati, di regola, per definire oggetti che sono poliedri, ad es. poliedri chiusi di forma arbitraria delimitati da facce piane. In questo caso, il modello wireframe contiene un elenco di coordinate dei vertici del poliedro con l'indicazione delle connessioni tra di essi (ovvero l'indicazione degli spigoli delimitati dai vertici corrispondenti).

Quando si utilizza un modello wireframe per descrivere oggetti delimitati da superfici di oltre il primo ordine, tali superfici vengono interpolate con facce planari.

La rappresentazione wireframe di un oggetto viene spesso utilizzata non nella modellazione, ma nella visualizzazione dei modelli come metodo di rendering.

I vantaggi del modello wireframe sono i bassi requisiti per le risorse di calcolo, lo svantaggio è l'impossibilità di costruire immagini altamente realistiche, poiché l'insieme di segmenti non è una descrizione adeguata dell'oggetto - i segmenti stessi non definiscono le superfici (Fig. 7.1) .

Riso. 7.1. Lo stesso modello wireframe (a) può descrivere sia un cubo (b) che una scatola aperta dall'alto (c).

Lo sviluppo del modello wireframe è modello di viso analitico a tratti, che viene specificato elencando tutte le singole facce. Un oggetto è specificato da un insieme di bordi di delimitazione e da una normale diretta dall'oggetto; ogni faccia è specificata da un ciclo dei suoi bordi di delimitazione; ogni bordo - due punti (vertici) che lo delimitano; ogni punto è una tripletta di coordinate nello spazio tridimensionale. Quelli. un modello di faccia rappresenta un oggetto 3D come superficie chiusa.

L'insieme delle facce, rappresentato da poligoni piatti e delimitato da bordi rettilinei, forma mesh poligonale... Le facce possono essere di qualsiasi forma, ma nella stragrande maggioranza dei casi vengono utilizzati poligoni convessi con un numero minimo di vertici (triangoli e quadrangoli). il loro calcolo è più facile.

Il principale svantaggio di una mesh poligonale è la rappresentazione approssimativa della forma di un oggetto quando si descrivono superfici curve. Per migliorare l'approssimazione lineare a tratti di tali oggetti, viene aumentato il numero di facce, il che comporta costi di memoria aggiuntivi e un aumento della quantità di calcolo.

All'interno di un modello di faccia, le facce possono anche essere superfici curve delimitate da bordi curvi. I bordi più comunemente usati sono pezzi bicubici parametrici delimitato da curve cubiche parametriche.

Quando si utilizzano blocchi bicubici, sono necessarie meno facce per rappresentare un oggetto con una data precisione rispetto a quando è approssimato da una mesh poligonale. Tuttavia, i calcoli quando si lavora con superfici bicubiche sono molto più difficili rispetto a quando si lavora con facce piane.

A differenza del modello edge, volumetrico-modello parametrico tratta l'oggetto come un corpo solido. Un oggetto è descritto come una raccolta di alcuni elementi di forma volumetrica di base (primitive volumetriche). Ogni primitiva nel modello è specificata da due gruppi di parametri:

· Parametri dimensionali - definiscono le dimensioni geometriche della primitiva;

· Parametri di posizione - imposta la posizione e l'orientamento della primitiva rispetto al sistema di coordinate globali.

I corpi geometrici semplici sono usati come primitivi: un cilindro, un cono, un tronco di cono, un parallelepipedo, una palla, un toro.

Come parametri di posizione vengono solitamente utilizzate le coordinate del punto centrale della primitiva e le coordinate del vettore unitario diretto lungo l'altezza della primitiva.

Oltre a questi parametri, vengono specificate le operazioni sulle primitive, che sono tre operazioni fondamentali della teoria degli insiemi: unione, intersezione e sottrazione. L'unione delle due primitive è un oggetto che include tutti i punti delle primitive originarie. L'intersezione di due primitive è un oggetto, i cui punti appartengono contemporaneamente alla prima e alla seconda primitiva. La sottrazione di due primitive risulta in un oggetto costituito da quei punti della prima primitiva che non appartengono alla seconda primitiva.

Lo svantaggio del modello volume-parametrico è l'assenza di confini espliciti dei compartimenti facciali nel caso di compenetrazione di primitive.

Nell'ambito di cinematica Nel modello, un oggetto può essere specificato da un insieme di elementi volumetrici, ciascuno dei quali è un volume, "ritagliato" nello spazio quando si muove lungo una determinata traiettoria di un contorno piatto chiuso. Il percorso del contorno può essere diritto o curvo.

Il tipo di un elemento è determinato dalla forma del contorno e dal percorso del suo movimento. Ad esempio, un cilindro nell'ambito di un modello cinematico può essere descritto come il movimento di un cerchio lungo un segmento che rappresenta l'altezza del cilindro.

Per modellare elementi di forma complessa, è possibile utilizzare la modifica della dimensione del contorno o la sua posizione rispetto al percorso durante il movimento.

Il vantaggio del modello è la virtuale assenza di restrizioni sulla complessità dell'oggetto in formazione. Gli svantaggi includono la complessità di specificare gli elementi.

La grafica 3D non comporta necessariamente la proiezione su un piano...

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Capitolo 12 - Computer grafica. Concetti base di computer grafica

Lezione 4 | Computer grafica | Vitaly Galinsky | Lectorium

Sottotitoli

Applicazione

La grafica tridimensionale viene utilizzata attivamente per creare immagini sul piano di uno schermo o foglio di stampa nella scienza e nell'industria, ad esempio nei sistemi di automazione della progettazione (CAD; per creare elementi solidi: edifici, parti di macchine, meccanismi), architettura visualizzazione (che include anche la cosiddetta "archeologia virtuale"), nei moderni sistemi di imaging medico.

L'applicazione più ampia è in molti giochi per computer moderni, nonché in un elemento di cinema, televisione e materiali stampati.

La grafica 3D in genere si occupa di uno spazio tridimensionale virtuale e immaginario che viene visualizzato su una superficie piana e bidimensionale di un display o di un foglio di carta. Attualmente, esistono diversi metodi per visualizzare informazioni tridimensionali in forma volumetrica, sebbene la maggior parte di essi rappresenti caratteristiche volumetriche in modo molto condizionale, poiché funzionano con un'immagine stereo. Da quest'area si notano occhiali stereo, caschi virtuali, display 3D in grado di mostrare un'immagine tridimensionale. Diversi produttori hanno dimostrato display 3D pronti per la produzione. Tuttavia, i display 3D non consentono ancora di creare una copia fisica e tangibile a tutti gli effetti di un modello matematico creato con metodi grafici tridimensionali. Le tecnologie di prototipazione rapida che si sono sviluppate dagli anni '90 stanno colmando questa lacuna. Va notato che le tecnologie di prototipazione rapida utilizzano la rappresentazione di un modello matematico di un oggetto sotto forma di un solido (modello voxel).

Creazione

Per ottenere un'immagine tridimensionale su un piano, sono necessari i seguenti passaggi:

• modellazione- creazione di un modello matematico tridimensionale della scena e degli oggetti in essa contenuti;
• testurizzazione- assegnazione di texture raster o procedurali alle superfici dei modelli (implica anche l'impostazione delle proprietà dei materiali - trasparenza, riflessi, rugosità, ecc.);
• illuminazione- installazione e configurazione;
• animazione(in alcuni casi) - dare movimento agli oggetti;
• simulazione dinamica(in alcuni casi) - calcolo automatico dell'interazione di particelle, corpi duri/molli, ecc. con le forze simulate di gravità, vento, spinta, ecc., nonché tra loro;
• rendering(visualizzazione) - costruire una proiezione secondo il modello fisico selezionato;
• composizione(layout) - perfezionamento dell'immagine;
• output dell'immagine risultante su un dispositivo di output: un display o una stampante speciale.

modellazione

I pacchetti più popolari per la pura modellazione sono:

• Robert McNeel & Assoc. Rinoceronte 3D;

Per creare un modello tridimensionale di una persona o di una creatura, una scultura può essere utilizzata come prototipo (nella maggior parte dei casi).

testurizzazione

SketchUp

Rendering 3D in giochi e applicazioni

Esistono numerose librerie software per il rendering di grafica 3D nei programmi applicativi: DirectX, OpenGL e così via.

Esistono diversi approcci per rappresentare la grafica 3D nei giochi: 3D completo, pseudo-3D.

Tali pacchetti non consentono nemmeno sempre all'utente di operare direttamente su un modello 3D, ad esempio esiste un pacchetto OpenSCAD, in cui il modello è formato eseguendo uno script generato dall'utente scritto in un linguaggio specializzato.

display 3D

Display 3D o stereoscopici, (display 3D, schermi 3D) - visualizza, tramite stereoscopico o qualsiasi altro effetto, creando l'illusione del volume reale nelle immagini visualizzate.

Attualmente, la stragrande maggioranza delle immagini tridimensionali viene mostrata utilizzando l'effetto stereoscopico, come il più facile da implementare, sebbene l'uso della stereoscopia da solo non possa essere definito sufficiente per la percezione volumetrica. L'occhio umano, sia in coppia che da solo, distingue ugualmente bene gli oggetti volumetrici dalle immagini piatte [ ] .

Alekhina G.V., Kozlov M.V., Spivakova N.Ya.

Alekhina G.V., 2011

Kozlov M.V., 2011

Spivakova N.Ya., 2011
Università finanziaria e industriale di Mosca "Synergy", 2011

Parte 2. Nozioni di base sulla modellazione di scene 3D in 3D Studio MAX

STUDIANDO L'ARGOMENTO, AVRAI

Conoscere:

· Interfaccia del programma 3D Studio MAX;

· fasi di creazione di un progetto 3D completo;

· assegnazione dei pulsanti di controllo della finestra;

· metodi di modellazione geometrica di immagini tridimensionali;

· fasi di creazione di un'immagine in grafica tridimensionale;

· il concetto e lo scopo dei modificatori;

· lo scopo dei materiali di base.

Essere in grado di:

· gestire le proiezioni;

· gestire le finestre di 3D Studio MAX;

· simulare immagini tridimensionali;

· modificare interi moduli;

· eseguire operazioni booleane su oggetti grafici;

· lavorare con un editor di materiali.

Possedere abilità:

· costruire scene statiche e di animazione utilizzando il software 3D Studio MAX;

· clonazione, allineamento e creazione di array;

· modificare singole spline;

· deformazioni del disegno;

· lavorare con gruppi di oggetti;

· creare effetti speciali;

· visualizzazione delle scene.

TERMINI E CONCETTI DI BASE

modellazione

· creazione di materiali

· Modellazione NURBS

Oggetto principale

Modifica

· oggetto parametrico

· oggetto composto

Oggetto scena

· oggetti wireframe

· oggetti patchwork

sottooggetto

Primitivo

· proiezione assonometrica

· proiezione centrale

Rendering

Visualizzazione

· sistema di coordinate globale

· sistema di coordinate locale

Spline

· forme spline

· pila modificatore

Trasformazione

Ombreggiatura

TEORIA

2.1. Fasi di creazione di un progetto 3D completo

Uno degli editor di grafica 3D più popolari, sia per i dilettanti che per i professionisti nella progettazione e creazione di giochi, è 3D Studio Max. Ci sono molti prodotti software che possono competere con esso, e talvolta addirittura superarlo in qualcosa, ma l'intuitiva facilità d'uso rende 3D Studio Max uno strumento indispensabile. 3D Max è l'ideale per i primi passi nel lavoro con la grafica 3D, e per molti diventa lo strumento principale.

La creazione di un progetto 3D completo di solito consiste in fasi come: modellazione, creazione dei materiali, illuminazione, animazione, rendering e post-elaborazione. L'ordine in cui passare attraverso queste fasi della creazione di un progetto 3D può variare a seconda dell'obiettivo e della sua complessità.

Consideriamo le fasi principali in modo più dettagliato:

1. modellazione- in questa fase vengono creati gli oggetti nelle finestre di proiezione. Possono anche essere importati da un altro pacchetto grafico. Controllando i parametri dell'oggetto, trasformandolo e modificandolo, alla fine dovresti ottenere il modello 3D richiesto. Esistono diverse tecniche di modellazione, che vanno dalla semplice creazione di oggetti da poligoni (facce triangolari in cui è suddivisa la superficie di un oggetto) alla moderna modellazione NURBS (creazione di superfici precise descritte da curve 3D).

2. Creazione materiale (ombreggiatura)- la fase durante la quale viene impostato l'aspetto degli oggetti, vengono impostate le proprietà della loro superficie. La modifica di un materiale implica la definizione della sua trama e la modifica delle sue proprietà come lucentezza, rugosità, riflessione, ecc. Quindi il materiale richiesto viene applicato all'oggetto nella scena. In questa fase possono essere aggiunti anche effetti speciali come Combustione, Atmosphere, Foq.

3. Illuminazione. Puoi aggiungere oggetti luminosi alla scena per creare ombre e luci, nonché regolarne le proprietà: colore, intensità, ombre.

4.Animazione. Una volta che la scena è impostata e gli oggetti sono a posto, può essere riprodotta ed eventualmente animata. Per fare ciò, utilizzando lo strumento Animazione(Animazione), è necessario selezionare un oggetto nella scena, dopo di che è possibile spostare, ruotare o impostare percorsi più complessi, indicando la sua posizione in diversi fotogrammi. Puoi anche modificare i parametri dell'oggetto dopo un po', il che agirà come un effetto di animazione. La maggior parte degli effetti di animazione può essere vista nelle finestre. Esistono diverse tecniche per animare gli oggetti. Il più semplice è "animazione tramite chiavi": vengono creati i fotogrammi chiave e il movimento degli oggetti tra di essi viene calcolato automaticamente, è possibile regolare i tasti dei fotogrammi di animazione automaticamente o impostarli manualmente. Per animazioni più complesse in 3D Max, è possibile utilizzare espressioni matematiche o collegamenti ad altri oggetti. È possibile aggiungere controller di movimento e vincoli per aiutare a riprodurre animazioni più realistiche.

5.Visualizzazione (rendering). Una volta che l'animazione è pronta, puoi renderizzare tutto, ad es. rendere. Questa è di solito la fase finale, spesso la più lunga, della creazione di un'immagine tridimensionale o di un video tridimensionale. Durante il rendering, l'immagine viene calcolata utilizzando tutte le proprietà specificate dei materiali degli oggetti e vengono calcolate le sorgenti luminose, le ombre, i riflessi, le rifrazioni, ecc. La durata del rendering dipende da molti parametri, come risoluzione, presenza e quantità di ombre, sfocatura del movimento, rendering dei riflessi secondari. Il file viene registrato in formato video o salva in sequenza le immagini come immagini renderizzate separate. 3D Max supporta la maggior parte dei formati di file.

6.Post produzione. Dopo che la scena è stata renderizzata, potrebbe essere necessario modificare i fotogrammi di rendering, aggiungendo effetti come abbagliamento, sfocatura, lucentezza, profondità di campo o modifica dei colori.

2.2 Modellazione geometrica in 3D Studio MAX

3D MAX è un programma orientato agli oggetti, quindi il termine “oggetto” è fondamentale per esso. In effetti, tutto ciò che viene creato è un oggetto. Si tratta di forme geometriche, sorgenti luminose, curve e piani, nonché modificatori, controller, ecc. Una tale varietà di oggetti spesso porta a una certa confusione, quindi per gli oggetti creati utilizzando il pannello Crea, viene spesso utilizzata la qualifica "oggetto scena".

Quando gli oggetti vengono creati, contengono informazioni su quali funzioni possono essere eseguite per loro e quale può essere il comportamento di ciascun oggetto. Tali operazioni rimangono attive, tutte le altre operazioni diventano inattive o semplicemente nascoste.

La maggior parte degli oggetti sono parametrici. parametrico viene chiamato un oggetto, che è determinato da un insieme di impostazioni o parametri. Tale oggetto può essere modificato in qualsiasi momento semplicemente modificando questi parametri. Tieni presente, tuttavia, che alcune operazioni convertono oggetti parametrici in oggetti non parametrici (espliciti).

Esempi di tali operazioni sono:

1.Combinazione di oggetti con uno dei modificatori di modifica.

2. Distruzione della pila dei modificatori.

3.Esportare gli oggetti in un altro formato di file, mentre solo gli oggetti nel file esportato perdono le loro proprietà parametriche.

In generale, è necessario preservare il più a lungo possibile la definizione parametrica degli oggetti per la loro eventuale modifica.

Per creare un nuovo oggetto parametrico, puoi combinare due o più oggetti e l'oggetto risultante verrà chiamato composito... Gli oggetti compositi sono parametrici e possono essere modificati anche specificando i parametri degli oggetti di cui sono composti.

In 3D MAX, puoi manipolare non solo oggetti interi, ma anche parti di oggetti, che sono designate dal termine "sottooggetto". I sottooggetti di forme geometriche, come vertici o facce, sono i più facili da afferrare, ma questo concetto si estende anche agli oggetti al di fuori della scena.

Esempi di suboggetti sono:

1. vertici, segmenti e spline di oggetti forma;

2. vertici, bordi e facce di oggetti wireframe;

3. vertici, spigoli ed elementi di superfici di oggetti patchwork;

4.gizmo e centri di modifica;

5.Traiettorie chiave di movimento;

6.operandi di oggetti booleani;

7.forme e percorsi degli oggetti loft;

8.i bersagli degli oggetti morf;

A loro volta, i suboggetti elencati hanno i propri suboggetti, formando così una gerarchia multilivello di suboggetti, la cui profondità è praticamente illimitata.

Come accennato in precedenza, il primo passaggio nella creazione di un progetto 3D completo consiste nel creare oggetti scena, che verranno successivamente renderizzati. Quando si costruisce un oggetto scena, viene creato un processo che determina il metodo di assegnazione delle proprietà all'oggetto, modificando e trasformando i suoi parametri, distorcendo l'oggetto nello spazio, visualizzando l'oggetto finito nella scena. Questo processo si chiama schema di streaming.

Un diagramma di flusso può essere pensato come un insieme di istruzioni per assemblare un oggetto. I passaggi principali di un diagramma di flusso di oggetti sono:

1.creazione di un oggetto master;

2.modifica (i modificatori sono calcolati nell'ordine in cui sono stati applicati);

3.trasformazione;

4. distorsione dello spazio;

5. definizione delle proprietà;

6. l'inclusione di un oggetto nella scena.

Il termine "oggetto master" include i parametri dell'oggetto originale, che viene creato utilizzando il pannello Crea, ed è una definizione astratta di un oggetto inesistente. L'oggetto master contiene informazioni sull'oggetto come:

1. tipo di oggetto;

2. parametri oggetto;

3. origine delle coordinate;

4. orientamento del sistema di coordinate locale dell'oggetto;

Tutti gli oggetti hanno proprietà uniche come: nome, colore, materiale assegnato. Queste proprietà devono essere considerate indipendenti, poiché non sono né i parametri di base dell'oggetto, né il risultato di modificatori o trasformazioni.

2 . 3 . Conversione di oggetti

La trasformazione degli oggetti della scena può essere eseguita utilizzando due gruppi di strumenti: "Trasformazioni" e "Modifiche". Spesso, trasformazioni simili di oggetti possono essere ottenute sia applicando modificatori che trasformando un oggetto. Il metodo da utilizzare per trasformare un oggetto dipende da come è costruito l'oggetto e da cosa prevedi di farne in seguito. Consideriamo entrambe le possibilità di trasformare gli oggetti in modo più dettagliato.

Con l'aiuto delle trasformazioni, gli oggetti vengono posizionati nella scena, ad es. la loro posizione, orientamento e dimensione cambiano. Le trasformazioni includono tre tipi di trasformazioni di oggetti:

1. Posizionamento - determina la distanza dell'origine delle coordinate locali dell'oggetto dall'origine dello spazio del mondo.

2.Rotazione: definisce l'angolo tra gli assi delle coordinate locali dell'oggetto e gli assi delle coordinate globali.

3. Scala - determina la dimensione del valore di divisione degli assi delle coordinate locali dell'oggetto rispetto al valore di divisione degli assi delle coordinate globali.

La combinazione di questi tre tipi di trasformazione degli oggetti costituisce la matrice di trasformazione, e le loro caratteristiche possono essere riassunte sotto forma di tre tesi:

1.determinare la posizione e l'orientamento degli oggetti sulla scena;

2. interessare l'intero oggetto;

3. vengono calcolati dopo tutti i modificatori.

Il terzo punto richiede una precisazione, ovvero: indipendentemente dal fatto che vengano applicati prima i modificatori, e poi la trasformazione, o viceversa, i calcoli dei modificatori vengono sempre eseguiti prima e solo dopo vengono calcolate le trasformazioni.

Quando si esegue una trasformazione di un oggetto, gli assi di trasformazione verranno visualizzati nelle finestre di proiezione. Usandoli, puoi limitare le azioni lungo un asse o un piano, oltre a rendere più accurata la trasformazione interattiva di un oggetto. Per ciascuno dei tre gruppi di trasformazione, gli assi di trasformazione hanno la propria forma:

- "Sposta" - ​​posizionamento (Fig. 4.1).

1.Scatola(Box) - cubico o rettangolare.

2.Sfera(Sfera) - è un oggetto poligonale, ad es. è costruito sulla base di quadrangoli.

3.Cilindro(Cilindro).

4.Thor(Toro).

5.Bollitore(Teiera) - è un elemento classico della grafica tridimensionale.

6.Cono(Cono).

7.Geosfera(GeoSphere) - a differenza di una sfera, è costruita sulla base di triangoli.

8.Tubo(Tubo) è un cilindro cavo.

9.Piramide(Piramide).

10.Aereo(Aereo).

Tutte le primitive hanno parametri modificabili per controllarne le caratteristiche che le definiscono. Ciò consente di creare primitive sia in modo interattivo che esplicito specificando valori di parametro precisi.

Se applichi il modificatore EditPatch subito dopo aver creato la primitiva, questa verrà considerata come un insieme di patch. Quando altri modificatori vengono applicati alle primitive, vengono convertiti in wireframe. Il risultato della modifica degli oggetti patchwork e wireframe potrebbe apparire diverso perché i vertici del wireframe sono espliciti e il lembo è il risultato del calcolo.

Nel paragrafo precedente, abbiamo considerato l'uso di modificatori per ottenere oggetti di rendering basati su forme spline, utilizzando il modello a tazza come esempio. Modificando gli oggetti wireframe, è possibile creare una maniglia per questa tazza:

1. Sulla barra dei comandi, selezionare Crea -> Geometria -> Riquadro (Fig. 4.27).

Riso. 4.28. Crea una maniglia della tazza modificando gli oggetti wireframe (passaggio 2)

3. Vai alla scheda Modifica e applica il modificatore Modifica mesh (Fig. 4.29).

Riso. 4.30. Crea una maniglia della tazza modificando gli oggetti Wireframe (passaggio 4)

5. Successivamente, tutti i vertici verranno evidenziati in blu (Fig. 4.31).

Riso. 4.32 Creare una maniglia della tazza modificando oggetti wireframe (passaggio 6)

7. Nella barra degli strumenti principale, selezionare "Sposta" (Fig. 4.33).

Riso. 4.33. Crea una maniglia della tazza modificando gli oggetti Wireframe (passaggio 7)

4. Spostare i vertici selezionati come mostrato di seguito (Fig. 4.34, Fig. 4.35).

Riso. 4.35. Crea una maniglia della tazza modificando gli oggetti Wireframe (passaggio 9)

9. Quindi lisciare la superficie con il modificatore Mesh Smooth.Come puoi vedere dall'immagine, l'ultimo modificatore applicato è in cima alla pila (Fig. 4.36).

Riso. 4.38. Connessione tazza e maniglia

Riso. 4.39. Visualizzazione del risultato

2.12. Configurazione e conduzione della visualizzazione in 3D Studio MAX

In 3DS MAX, la finestra di dialogo Render Scene fornisce all'utente gli strumenti necessari per eseguire il rendering di immagini fisse e creare file video animati. Il menu a tendina Tipo di rendering sulla barra degli strumenti principale consente di selezionare uno degli otto modi per eseguire il rendering della scena (Fig. 4.120).

"Finestra di proiezione" (Visualizza): viene renderizzata l'intera finestra di proiezione.

"Selezionato": vengono visualizzati solo gli oggetti selezionati. Se c'è un'immagine nella finestra della cornice renderizzata, gli oggetti selezionati vengono renderizzati sopra di essa. Il comando "Cancella" (Cancella) ripristina la finestra del frame renderizzato.

Regione: esegue il rendering di una regione rettangolare selezionata dall'utente.

"Ritaglia": viene visualizzata un'area rettangolare e tutti gli altri dati vengono inseriti nella finestra della cornice di rendering.

Ingrandimento - L'area rettangolare viene prima renderizzata e poi ingrandita alle dimensioni dell'immagine corrente.

Riquadro selezionato: vengono renderizzati solo gli oggetti che si trovano all'interno del volume del riquadro di delimitazione della selezione corrente. Con questa opzione di visualizzazione viene impostata la risoluzione dell'immagine risultante.

Regione selezionata: esegue il rendering della regione specificata dal riquadro di selezione della selezione. In questo caso, il taglio è preso dalle impostazioni di rendering generali.

Ritaglia selezionati: esegue il rendering dell'area definita dal riquadro di delimitazione della selezione corrente e taglia tutto il resto.

Riso. 4.68. Scegliere un modo per rendere la scena

Durante il rendering di una scena 3D, la finestra Rendering mostra le barre di avanzamento fotogramma per fotogramma e temporale e il tempo di rendering dell'ultimo fotogramma. La finestra di dialogo Rendering mostra le impostazioni del tenderer della linea di scansione ad alta risoluzione per i rendering finali (Figura 4.69).

Riso. 4.69. Finestra di dialogo Rendering

È possibile impostare i parametri di processo nella finestra di dialogo "Render Scene" (Fig. 4.69). Per aprire questa finestra, fai clic sul pulsante Render Scene nella barra degli strumenti principale o seleziona il comando "Rendering" - "Render" (puoi anche utilizzare il tasto F10 sulla tastiera).

La finestra è composta da diverse schede, la scheda "Comune" contiene parametri e opzioni che vengono utilizzati da tutti i visualizzatori. Nella sezione Opzioni sono impostate varie opzioni di rendering:

· Video Color Check - Verifica se i valori di intensità dei pixel rientrano nei limiti degli standard video PAL o NTSC;

· Forza su 2 lati: esegue il rendering delle superfici su entrambi i lati degli oggetti indipendentemente dalle impostazioni del materiale;

· Atmosferici - Rende gli effetti atmosferici;

· Effetti: include effetti di rendering, configurabili nella scheda Effetti;

· Super Black - limita il nero dei pixel in modalità video;

· "Displacement" - attiva il rendering delle mappe di spostamento;

· Render Hidden Geometry - rende gli oggetti nascosti;

· Render to Fields - Indipendentemente dall'utilizzo dei fotogrammi, esegue il rendering di due campi di linee alternate per il video. Utilizzato per il movimento fluido.

Riso. 4.70. Finestra di dialogo Rendering scena
Scheda comune

La sezione Illuminazione avanzata contiene opzioni per l'illuminazione indiretta.

La scheda "Render Output" contiene le impostazioni responsabili dei file e delle finestre di dialogo che verranno utilizzate per il rendering.

La scheda "Rendering Elements" contiene strumenti che consentono di eseguire il rendering di diversi elementi separatamente (Fig. 4.71).

Elementi attivi: consente il rendering degli elementi selezionati in vari file. Gli elementi vengono selezionati con i pulsanti Aggiungi e Unisci e sono visualizzati nel riquadro sottostante.

Visualizza elementi - abilita la visualizzazione degli elementi selezionati in varie finestre della cornice renderizzata.

Riso. 4.71. Finestra di dialogo Rendering scena, scheda Elementi di rendering

La scheda "Renderer" contiene i controlli per il renderer attivo (Fig. 4.71). Il cambio di renderer viene effettuato nella sezione "Assegna renderer" nella scheda Comune. Per impostazione predefinita, Scanline Renderer è abilitato, come indicato nel titolo della finestra. Sono disponibili le seguenti impostazioni del renderer riga per riga.

L'implementazione di Default Scanline Renderer è destinata all'impostazione di parametri specifici solo per il renderer riga per riga.

Per altri renderer, questa sezione ha un aspetto diverso:

· "Overlay maps" (Mapping) - attiva la visualizzazione delle mappe;

· "Ombre" - attiva il rendering delle ombre;

· Auto-Reflect/Refract and Mirrors - attiva il rendering della mappa Rifletti/Rifratti;

· Forza wireframe: vengono visualizzati solo i wireframe indipendentemente dalle impostazioni del materiale;

· Spessore filo - Imposta lo spessore del wireframe se l'opzione Force Wireframes è abilitata.

Levigare i contorni frastagliati delle superfici durante il rendering è essenziale per le immagini finali di alta qualità. Può essere disabilitato per le immagini di prova. L'anti-aliasing è configurato nella sezione Anti-Aliasing.

AntiAliasing: leviga le irregolarità raster nei contorni.

Filtra mappe: consente il filtraggio piramidale delle immagini e il filtraggio per area totale.

Nelle sezioni "Sfocatura movimento oggetto" e "Sfocatura movimento immagine", le opzioni Applica attivano il rendering della sfocatura corrispondente.

Conserva memoria: se abilitata, nella sezione Gestione memoria, il consumo di memoria viene ridotto del 15-25% aumentando il tempo di rendering di circa il 4%.

Riso. 4.72. Finestra di dialogo Rendering scena,
Scheda Rendering

Per avviare il rendering, fare clic sul pulsante Render Scene. Nel gruppo Render Output, fare clic sul pulsante "..." accanto alla didascalia "Salva file". Viene visualizzata la finestra di dialogo File di output di rendering.

Selezionare un formato file dall'elenco a discesa Salva come tipo e specificare un nome per l'immagine (Fig. 4.73).

Riso. 4.73. Finestra di dialogo Rendering file di output, elenco a discesa Salva come tipo

Per salvare i risultati del rendering successivo in un file, selezionare la casella di controllo Save File nella finestra Render Scene (Fig. 4.74).

Riso. 4.74. Salvataggio dei risultati di rendering in un file

Nella finestra di dialogo Render Scene, la sezione Output Size definisce la risoluzione dell'immagine renderizzata in termini di larghezza e altezza in pixel. La risoluzione predefinita è 640x440. Fare clic sul pulsante per applicare il comando Rendering scena (Fig. 6.74).

Nella sezione Dimensioni output della scheda Comune, selezionare la dimensione dell'immagine di output facendo clic sul pulsante appropriato o impostando i valori nei campi Larghezza e Altezza.

Ora la dimensione dell'immagine è impostata e il rendering verrà eseguito nell'immagine con la risoluzione specificata.

Riso. 4.75. Determinazione della risoluzione dell'immagine renderizzata

Per l'allenamento sarà sufficiente una bassa risoluzione, ad esempio 320x240. Facendo clic sull'icona del lucchetto accanto a Aspetto immagine, è possibile disattivare le proporzioni dell'immagine.

Facendo clic con il pulsante destro del mouse su uno dei pulsanti di definizione standard verrà visualizzata la finestra di dialogo Configura predefinito. L'elenco a discesa in questo gruppo contiene gli standard di risoluzione e proporzioni utilizzati in varie applicazioni. Dalla lista Dimensioni di uscita l'utente può selezionare i parametri di vari standard di foto, film e video (Fig. 4.76).

Riso. 4.76. Impostazioni

Quindi, proviamo a rendere la nostra immagine con un vaso. Apri il file con questa scena in 3DS MAX e premi il pulsante Render Scene. Nella finestra di dialogo Rendering scena, impostare i parametri per il processo di rendering. Fare clic sul pulsante render , partirà il rendering, il tempo di rendering dipende direttamente dalla complessità della scena, dalla dimensione dell'immagine finale ed inversamente proporzionale alla potenza di calcolo del computer (Fig. 4.77).

Riso. 4.77. Rendering di un'immagine con un vaso (passaggio 1)

L'immagine si aprirà in una finestra separata. Nel nostro caso, vediamo solo un vaso e uno spazio nero, poiché non ci sono altri oggetti sulla scena e non possono esserlo (non li abbiamo creati noi). Per salvare l'immagine risultante in un file, è necessario fare clic sul pulsante "Salva" (Fig. 4.78).

Riso. 4.78. Rendering di un'immagine con un vaso (passo 2)

Nella finestra di dialogo che si apre, inserisci il nome del file (bitmap) e il suo formato (ad esempio. jpg ). Facendo clic sul pulsante "Salva", il risultato del rendering verrà salvato nella directory desiderata.

A proposito, è possibile ottenere un trasferimento più realistico delle informazioni sul colore e sull'intensità della luce salvando il risultato in formato HDR. L'HDRI (High Dynamic Range Image) ha una gamma dinamica più ampia rispetto ad altri formati grafici. Nella grafica 3D, gli HDRI vengono spesso utilizzati come mappa ambientale per creare riflessi realistici. Per aggiungere una mappa ambientale a 3DS Max, è necessario eseguire il comando Rendering > Ambiente, nel rollout Parametri comuni, fare clic sul pulsante del parametro Mappa ambiente, nella finestra Browser materiali / mappe che si apre, selezionare la mappa Bitmap e specificare il percorso al file in formato HDR (Fig. 4.79).

Riso. 4.79. Rendering di un'immagine con un vaso (passo 3)

2.13. Crea effetti speciali

La post-elaborazione delle immagini renderizzate viene utilizzata per creare vari effetti che vanno oltre la grafica 3D. Gli effetti in 3DS MAX ti consentono di controllare i colori, distorcere le immagini, aggiungere grana, aggiungere luci e altro ancora.

Per aggiungere effetti a una scena 3D, è necessario eseguire il comando "Rendering" - "Effetti", quindi andare alla scheda "Effetti". Nella finestra Ambiente ed effetti, fare clic sul pulsante Aggiungi e selezionare l'effetto desiderato. Dopo aver aggiunto l'effetto sotto nella finestra Ambiente ed effetti vengono visualizzate le impostazioni dell'effetto.

Fare clic sul pulsante Elimina per rimuovere l'effetto. Utilizzando le impostazioni nell'area Anteprima nell'elenco Effetti, è possibile controllare il rendering degli effetti.

Quando Interactive è selezionato, la scena verrà renderizzata ogni volta che i parametri dell'effetto vengono modificati. Questa funzione è comoda da usare quando è necessario impostare un certo tipo di effetto (Fig. 4.80).

Riso. 4.80. Finestra delle impostazioni di visualizzazione degli effetti

Diamo un'occhiata più da vicino ad alcuni degli effetti di post-elaborazione. Molto spesso, per aggiungere realismo, è necessario simulare il bagliore di luce che si verifica quando si riprendono oggetti reali ed è causato dalla forma delle lenti.

C'è uno speciale gruppo di effetti in 3DS MAX che ti permette di simulare tali riflessi, è il gruppo di effetti "Lens Effects" (Lens Effects).

Esistono diverse forme base di lens flare.

· "Bagliore" - un bagliore che crea un bagliore attorno alle aree luminose dell'immagine.

· "Un cerchio"( anello) - un bagliore a forma di cerchio situato attorno al centro del bagliore.

· "Raggio"( Ray) - un effetto sotto forma di raggi diretti che emanano dal centro del bagliore.

· Secondario automatico: crea un bagliore aggiuntivo a forma di cerchio, la cui posizione dipende dalla posizione della fotocamera.

· Secondario manuale: si applica all'effetto Secondario automatico e consente di aggiungere punti salienti di diverse dimensioni e forme. Con questo effetto, all'immagine viene aggiunto solo un riflesso lente. L'effetto Secondario manuale può essere utilizzato da solo.

· Stella - Aggiunge un bagliore a forma di stella. Questo effetto è simile a Ray, ma utilizza meno raggi (da 0 a 30).

· "Flash of light" (Streak) - un bagliore sotto forma di un raggio diretto su due lati, che emana dal centro del bagliore e diminuisce di dimensioni con la distanza.

Quando si aggiungono effetti obiettivo, selezionare l'effetto nel rollout Parametri effetti obiettivo, l'elenco a destra indica gli effetti utilizzati nella scena (Fig. 4.81). Quando li selezioni in questo elenco, vengono visualizzati i parametri di ciascuno di essi.

Usando le opzioni del rollout Globali degli effetti della lente, puoi selezionare la fonte di luce a cui verranno applicati gli effetti. La sorgente può essere specificata facendo clic sul pulsante Scegli luce e selezionandola nella scena.

I set di effetti obiettivo con parametri specificati possono essere salvati come file con estensione LZV per l'uso in diversi progetti.

Riso. 4.81. Visualizzazione del riflesso dell'obiettivo

DOMANDE DI CONTROLLO

1. In cosa consiste il palco 3DS MAX ?

2. Come viene visualizzata la scena 3D sullo schermo?

3. Qual è la maglia del corpo e da quali elementi standard è composta?

4. Come puoi semplicemente animare una scena?

5. Qual è la procedura generale per progettare una scena?

6. Quanti elenchi di comandi sono inclusi nel menu principale3DS MAX e qual è lo scopo di ciascuno di questi elenchi?

7. Quali sono i diversi tipi di menu contestuali e come si espandono?

8. Che cos'è un quarto di menu?

9. A cosa servono le finestre di proiezione e dove sono i pulsanti per controllarle?

10. A cosa servono i pannelli di comando, quanti e dove si trovano?

11. Quante barre degli strumenti sono utilizzate nel programma, qual è la differenza fondamentale tra il pannello principale e quelli aggiuntivi?

12. Dove si trovano gli strumenti di animazione disponibili pubblicamente e di quali tre gruppi di elementi sono composti?

13. In che modo i dialoghi modali differiscono da quelli non modali?

14. Cosa sono i corpi geometrici e quali sono le loro varietà?

15. Cosa sono gli oggetti contorno, quali sono le loro varietà e in che modo differiscono l'uno dall'altro?

16. Quali tipi di proiezioni vengono utilizzati in 3DS MAX ?

17. Che cos'è una vista di scena?

18. Quali operazioni possono essere eseguite durante la configurazione delle finestre di proiezione?

19. Quali sono le due modalità di visualizzazione delle scene più comuni, come si chiamano e cosa sono?

20. Come viene impostata la trasparenza nelle finestre di proiezione?

21. Come vengono regolati i parametri della vista della scena nelle finestre di proiezione?

22. Quali comandi possono essere utilizzati per ripristinare le impostazioni precedenti della vista scena o della vista precedente?

23. Quando è necessaria una modalità di visualizzazione per la superficie interna dei corpi?

24. Quali mezzi del programma possono essere utilizzati per configurare i parametri di illuminazione della scena nelle finestre di proiezione con illuminatori incorporati?

25. Quanti sistemi di coordinate sono utilizzati nel programma e dove vengono selezionati?

26. Qual è lo scopo delle unità di misura correnti e di sistema?

27. Quali sono i tre tipi di griglie utilizzati nel programma?

28. Qual è la tecnologia di elaborazione che utilizza i modificatori?

29. Quali sono i due modi alternativi per associare i modificatori all'oggetto elaborato?

30. Cos'è lo stack dei modificatori e dov'è?

31. Quali operazioni possono essere eseguite con il mouse nella finestra dello stack del modificatore?

32. Cosa si intende per operazione dei modificatori di piegatura?

33. Quando dovresti impostare un'alta risoluzione della mesh dell'oggetto elaborato?

34. Quando viene visualizzata la barra delle informazioni di avviso?

35. Che cos'è un sistema di particelle e quali sono le sue parti principali?

Computer grafica- una scienza che studia i metodi ei metodi per creare, formare, archiviare ed elaborare immagini utilizzando sistemi informatici software e hardware.

Grafica tridimensionale (grafica 3D) - sezione di computer grafica, un insieme di tecniche e strumenti software e hardware progettati per l'immagine spaziale di oggetti in un sistema di coordinate tridimensionale.

Modello - un oggetto che riflette le caratteristiche essenziali dell'oggetto, fenomeno o processo studiato.

Modellazione 3D - studio di un oggetto, fenomeno o processo costruendo e studiando il suo modello.

Editor di grafica 3D- programmi e pacchetti software progettati per la modellazione tridimensionale.

Maglia poligonale - un insieme di vertici, spigoli, facce che definiscono la forma di un oggetto poliedrico in grafica tridimensionale.

Poligono- il più piccolo elemento di una mesh poligonale, può essere un triangolo, un quadrilatero o un altro semplice poligono convesso.

Spline- un oggetto geometrico bidimensionale che può servire come base per la costruzione di oggetti tridimensionali.

Motore grafico ("renderer"; a volte "render")- software, il cui compito principale è la visualizzazione (rendering) di computer grafica bidimensionale o tridimensionale.

Metodi per creare oggetti 3D

Secondo la loro forma, gli oggetti del mondo reale sono divisi in semplici e complessi. Un esempio di un oggetto semplice è un mattone e uno complesso è un'auto. Per qualsiasi oggetto nel mondo reale, indipendentemente dalla sua complessità e natura, puoi creare un modello tridimensionale. Esistono vari metodi di modellazione 3D:

· Modellazione basata su primitive;

· Modellazione spline;

· Uso di modificatori;

Modellazione con superfici modificabili: Mesh modificabile(Superficie modificabile), poliedrico modificabile(Superficie poligonale modificabile), Patch modificabile

· Creazione di oggetti mediante operazioni booleane;

· Creazione di scene tridimensionali utilizzando particelle;

· NURBS-simulazione (modellazione basata su B-spline irrazionali disomogenee).

Quando si crea un oggetto sulla scena, è necessario tenere conto delle peculiarità della sua geometria. In genere, lo stesso oggetto può essere modellato in diversi modi, ma esiste sempre un metodo più conveniente e che richiede meno tempo.

In questa tesi, vengono creati oggetti per un sistema interattivo, che impone alcune restrizioni alla loro complessità. Non è possibile creare oggetti fotorealistici (oggetti ad alta poligonale), poiché richiedono molte risorse del computer su cui verrà lanciato il programma finale, e inoltre, più oggetti sulla scena, maggiore è il carico sul motore grafico. Quando si lavora su oggetti tridimensionali per sistemi interattivi, queste restrizioni devono essere prese in considerazione ed è necessario creare oggetti il ​​più ottimizzati possibile, ma non a scapito della qualità dell'aspetto. L'equilibrio tra qualità e complessità ottimale è uno dei problemi principali nella creazione di oggetti per sistemi interattivi.

Modellazione con primitive

Questo metodo viene utilizzato nei casi in cui è possibile suddividere mentalmente un oggetto in più semplici primitive collegate tra loro. È necessario avere un buon pensiero spaziale, immaginare costantemente l'oggetto, tutti i suoi dettagli principali e la loro posizione l'uno rispetto all'altro. Usando le primitive, è possibile rappresentare quasi tutti gli oggetti, ma quando si modellano oggetti complessi, dopo un certo numero elevato di primitive, l'uso di questo metodo non è pratico.

Riso. uno.

Il processo di creazione di oggetti basati su primitive può essere suddiviso in fasi:

· Divisione mentale dell'oggetto originario in primitivi;

· Creazione di primitive;

· Disposizione delle primitive l'una rispetto all'altra secondo la forma dell'oggetto creato;

· Correzione delle dimensioni delle primitive;

· Texture, cioè sovrapposizione di materiale.

I primitivi sono usati al meglio quando si rappresentano oggetti relativamente semplici. Il loro uso per la visualizzazione di oggetti complessi è indesiderabile.

Modellazione spline

Uno dei modi più efficaci per creare modelli 3D. La creazione di un modello utilizzando le spline si riduce alla creazione di un wireframe spline, sulla base della quale viene creata una superficie geometrica tridimensionale.

La maggior parte degli editor 3D ha funzionalità di modellazione spline e il toolkit per questi programmi include le seguenti forme:

Riso. 2.

· Linea

· Cerchio

· Arco (arco);

· Ngon (poligono);

· Testo (Tex);

· Sezione

· Rettangolo

· Ellisse (Ellisse);

· ciambella (anello);

· Stella (Poligono a forma di stella);

· Elica

· Uovo

Per impostazione predefinita, le primitive spline non vengono visualizzate in fase di rendering e vengono utilizzate come oggetti di costruzione, ma possono essere renderizzate secondo necessità.

Dalle forme spline è possibile creare oggetti tridimensionali geometrici complessi. Questo metodo viene spesso utilizzato quando si modellano oggetti simmetrici ruotando un profilo spline attorno a un determinato asse, nonché oggetti asimmetrici, dando volume alla sezione di una forma spline selezionata.

Uso dei modificatori

Un modificatore è un'operazione speciale che può essere applicata a un oggetto, a seguito della quale vengono modificate le proprietà dell'oggetto. Tutti gli editor di grafica tridimensionale hanno un gran numero di modificatori che influenzano l'oggetto in modi diversi, ad esempio piegandolo, allungandolo, levigandolo o torcendolo. I modificatori possono essere utilizzati anche per controllare la posizione di una trama su un oggetto o modificarne le proprietà fisiche.

Riso. 3.

In prodotti professionali completi per 3D modellazione, per esempio "Autodesk 3ds Max"è possibile andare rapidamente alle impostazioni dell'oggetto e ai modificatori applicati ad esso, disabilitare o abilitare le azioni dei modificatori, nonché modificare l'ordine del loro impatto sull'oggetto.

Modellazione con superfici modificabili

Modo comune per creare 3D Modelli. La maggior parte degli editor 3D moderni consente di lavorare con i seguenti tipi di superfici modificabili:

· Mesh modificabile(Superficie modificabile);

· poliedrico modificabile(Superficie poligonale modificabile);

· Patch modificabile(Superficie patch modificabile);

Tutti i metodi di cui sopra per la costruzione di superfici sono simili tra loro e le differenze risiedono nelle impostazioni di modellazione a livello di oggetto secondario. In oggetti come poliedrico modificabile il modello è costituito da poligoni, in Mesh modificabile- da facce triangolari, e in Patch modificabile- da toppe di forma triangolare o quadrangolare, che sono create da spline Bezier.

Riso. 4.

Un esempio di un pacchetto software che ha capacità di modellazione utilizzando superfici modificabili può essere "Autodesk 3ds Max". Quando si lavora con oggetti come poliedrico modificabile, l'utente può modificare i vertici ( Vertice), bordi ( Bordo), confini ( Confine), poligoni ( Poligono) ed elementi ( Elemento) dell'oggetto in fase di modifica. Le capacità di modifica degli oggetti Mesh modificabili si distinguono per la possibilità di cambiare i bordi ( Viso) e l'assenza di una modalità di modifica dei bordi. Lavorare con Patch modificabile puoi usare le modalità di modifica di vertici, bordi, patch ( Toppa), elementi e vettori ( Maneggiare).

Riso. 5. Funzionalità di modifica della superficie poliedrico modificabile Per esempio "Autodesk 3ds Max"

Si dovrebbe notare che "Poly modificabile"- il metodo di modellazione più comune, utilizzato per creare sia modelli complessi che modelli low-poly per sistemi interattivi.

Creazione di oggetti utilizzando operazioni booleane

Uno dei modi più convenienti e veloci di modellare è creare 3D oggetti che utilizzano operazioni booleane. L'essenza di questo metodo è che quando due oggetti si intersecano, puoi ottenerne un terzo, che sarà il risultato dell'addizione ( Unione), sottrazione ( Sottrazione) o intersezione ( Intersezione) degli oggetti originali.

Riso. 6. Applicare un'operazione booleana sottrazione

Questo metodo è adatto per lavorare con elementi architettonici e tecnici, ma non è desiderabile per lavorare con oggetti organici come persone, animali e piante.

Nonostante la prevalenza di operazioni booleane, presentano degli inconvenienti che portano ad errori nella costruzione del modello risultante (distorsione delle proporzioni e della forma degli oggetti originari). Per questo motivo molti utenti utilizzano moduli aggiuntivi per evitare errori nella geometria degli oggetti finali.

Creazione di scene 3D utilizzando particelle

Sistema di particelle - modo di presentazione 3D oggetti che non hanno confini geometrici chiari. Utilizzato per creare fenomeni naturali come nuvole, nebbia, pioggia, neve. I mezzi per animare le proprietà dei sistemi di particelle disponibili in potenti prodotti software possono semplificare significativamente la creazione di vari fenomeni atmosferici, effetti speciali, che sarebbe poco pratico e inefficace da ottenere con metodi non procedurali. Un sistema di particelle è costituito da un numero fisso o arbitrario di particelle. Ogni particella è rappresentata come un punto materiale con attributi come velocità, colore, orientamento nello spazio, velocità angolare e altri. Nel corso del lavoro del programma che simula la particella, ogni particella cambia stato secondo una certa legge comune a tutte le particelle del sistema. Va notato che una particella può essere esposta alla gravità, cambiare dimensione, colore, velocità. Dopo aver eseguito i calcoli necessari, la particella viene visualizzata. Una particella può essere renderizzata come un punto, un triangolo, uno sprite o anche un modello 3D completo. Le particelle hanno spesso una durata massima specificata, dopo la quale la particella scompare.

Riso. 7.

La modellazione di sistemi di particelle richiede elevate prestazioni del computer. V 3D applicazioni, di solito si presume che le particelle non proiettino ombre l'una sull'altra e sulla geometria circostante e che non assorbano, ma emettano luce, altrimenti i sistemi di particelle richiederanno più risorse a causa di una grande quantità di calcoli aggiuntivi: in nel caso dell'assorbimento della luce, separando le particelle dalla fotocamera, e nel caso delle ombre, ogni particella dovrà essere disegnata più volte.

Modellazione NURBS

NURBS (Razione non uniforme B-spline) - una forma matematica utilizzata in computer grafica per generare e rappresentare curve e superfici. NURBS-le curve sono sempre lisce. Molto spesso questo metodo viene utilizzato per modellare oggetti organici, animazioni dei volti dei personaggi. È il metodo più difficile da imparare, ma allo stesso tempo il più personalizzabile. Presente in pacchetti professionali 3D modellazione, molto spesso questo viene implementato includendo in queste applicazioni NURB-motore grafico sviluppato da un'azienda specializzata.

Riso. otto. NURB-curva