«Моделирование детской площадки в 3d Max»

Целью работы является изучение метода разработки 3d моделей реальных объектов в виртуальной студии при помощи приложения 3ds Max.

Для выполнения работы были поставлены следующие задачи:

Изучение литературы, по предметной области;

Выбор программного продукта для создания трехмерных моделей;

Анализ и выбор способов создания трехмерных моделей;

Изучение возможностей выбранного программного продукта (3ds Max);

Сбор графического материала, необходимого для работы;

Приобретение и применение навыков разработки трехмерных моделей c помощью программной системы 3ds Max;

Создание трехмерной модели детской площадки в выбранной программной системе.

Рис.1 На фото Айвен Сазерленд

Защитив свою диссертацию, рассказывающую о мире, каким бы он был в 3D (тогда еще эта аббревиатура не применялась), совместно с доктором Дэвидом Эвансом А.Сазерленд запускает в общественность свой новый проект – первую в мире кафедру компьютерных технологий, а именно векторной и растровой графики. Целью Д.Эванса и А.Сазерленда стало приобщение талантливых ученых к разработке и изучению современных компьютерных и информационных технологий. Вскоре они нашли нового союзника - бывшего в то время студентом Эдвина Катмулла (сегодня он является техническим директором знаменитой мультипликационной студии Pixar). Его безусловным достижением является то, что именно он впервые смог сделать трехмерный объект. Им послужила модель его собственной конечности – кисть руки. Тогда это было огромным достижением, и причислялось к технологиям будущего. Как мы видим на сегодняшний день, так и случилось.

В 1969 году совместная деятельность А.Сазерленда и Д.Эванса выросла в их первую собственную компанию, занимающуюся разработкой и массовым производством CG (расшифровывается, как computer graphics - компьютерная графика) под названием «Эванс и Сазерленд». Всемирная известность 3D графики дала о себе знать - в те далекие 70-е технологии трехмерного изображения использовались лишь в рамках телевизионных проектов, таких как реклама. Пример первой коммерческой 3D анимации - вращающийся на 360° логотип IBM при запуске одноименных компьютеров был создан в 70-х годах.

1.2 Выбор программного обеспечения для 3D моделирования

В настоящее время существует множество программных продуктов для решения задач 3D моделирования, такие как Maya, 3ds max, ZBrush, Blender и другие. Для решения поставленных в курсовой работе задач был выбран пакет программ 3Ds Max. Для обоснования выбора программного обеспечения сравним, к примеру, самые популярные программные продукты 3ds max и Maya.

Рис. 2 Модель, созданная в 3Ds Max

Начнем с того, что 3ds max изначально предназначался в основном для статического моделирования объектов, и лучше всего его будет использовать для создания статичных сцен и 3d моделей для игр. Maya наоборот, целесообразнее использовать для производства анимации, хотя для создания игровых 3d моделей она тоже подходит. Это первый нюанс в сравнении двух 3d редакторов между собой.

Autodesk 3d studio max можно использовать только на компьютере с ОС Windows, а вот в Maya поработать можно и на MacOS, а также Linux. Но выпускается Maya только на английском языке, а 3ds max еще и на французском. Помимо всего прочего, Maya несколько сложнее в обучении, и для того, чтобы начать продуктивно в ней работать, придется чуть дольше изучать ее интерфейс и возможности, а также инструменты.

3ds max обладает более простым и понятным интерфейсом по сравнению с Maya. Это большой плюс в сторону 3d studio, но при помощи Maya можно создавать различные реалистичные спецэффекты за считанные минуты. Кстати говоря, справка по Maya более полна и понятна, правда она на английском языке. Для 3ds max есть справка на русском, но она охватывает только базовые упражнения.

Рис. 3 Модель, созданная в Maya

В общем интеграция своих типов файлов в популярные, например, *.3ds или *.dxf хороша у обеих 3d редакторов. Качество рендеринга достаточно хорошее и там и там, причем такой известный плагин, как Vray для рендеринга можно использовать в обеих программах. Кроме того, 3ds max имеет более развитые и мощные модификаторы, а вот Maya лучше использует различные кривые для моделирования, такие как NURBS.

Подведем итоги: 3Ds Max обладает более простым и понятным интерфейсом на русском языке и предназначен больше для моделирования статичных сцен без анимации, используется на компьютерах под операционной системой Windows, достаточно хорошее качество рендеринга, большие возможности для расширения функций с помощью плагинов. Выбор пакета 3Ds Max обоснован задачей курсовой работы. Задачей является построение статичной сцены с 3d моделью автомобиля в операционной системе Windows 7.

1.3 Описание программного пакета 3Ds Max

3d studio max – это профессиональный программный пакет, созданный компанией Autodesk, для полноценной работы с 3d-графикой, содержащий мощный инструментарий не только для непосредственного трехмерного моделирования, но и для создания достаточно качественной анимации. В стандартный пакет входит также подсистема визуализации, позволяющая добиться довольно реалистичных эффектов. Для достижения более фотореалистичных рендеров, вы без труда можете воспользоваться более мощными визуализаторами, разработанными специально для 3d studio max.

3d max позволяет успешно реализовать все этапы создания трехмерной модели даже неопытному пользователю, чему способствует интуитивно понятный, дружественный интерфейс, обширные библиотеки готовых моделей и материалов, а также широкое распространение данного продукта в нашей стране - и как результат, свободный доступ к множеству интересной и полезной информации.

Первая версия пакета была выпущена в 1990 году и носила название 3d studio DOS, которое сохранила за собой вплоть до 1994 года (имелись 4 версии продукта 1990, 1992, 1993 и 1994 года выпуска).

В 1996 году пакет был переписан под операционную систему MS Windows и переименован в 3d studio max - в новой версии были значительно доработаны редактор материалов и инструменты анимации. Разработчики обеспечили гибкую структуру программы за счет использования объектно-ориентированного подхода – с этого момента любая функция могла быть выполнена дополнительно подключаемым модулем, созданным независимыми разработчиками ( заранее уточним, что особо широкое распространение получили подсистемы визуализации, превосходящие стандартные решения 3d studio max в десятки раз). Другими словами, встроенный в 3d studio max язык программирования С++, дал возможность любому желающему написать дополнительный модуль.

Следующий релиз выходит в 1997 году - 3d studio max R2 - и включает более 1000 новых возможностей и усовершенствований (наиболее значимые – реализован метод трассировки лучей – возможность имитации зеркальных и прозрачных поверхностей, добавлены инструменты NURBS моделирования, поддержка OpenGL, maxsсript встроенный язык программирования ).

3d studio max R3 (1999 год) – доработка пользовательского интерфейса, новые возможности работы с распределением частиц, увеличение количества и качества визуальных эффектов, за счет совершенствования метода трассировки лучей.

Discreet 3d studio max 4 - Discreet 3d studio max 7 (2000 - 2004год) – смена разработчиков приводит к изменению в названии продукта. Появление новых инструментов моделирования и анимации, модификаторов, усовершенствование редактора материалов, да и в общем всесторонне развитие продукта.

Autodesk 3d studio max 8 , Autodesk 3d studio max 9 (2005, 2006 год), Autodesk 3d studio max 2008 (2007 год) – большое внимание уделяется разработке специализированных функций, позволяющих реализовать объекты, описываемые достаточно сложными математическими моделями. Одним из таких решений становится плагин для создания волос, возможности текстурирования органических объектов. Продолжают совершенствоваться инструменты работы с анимацией.

Autodesk 3d studio max 2009/Autodesk 3d studio max Design 2009 (2008 год), Autodesk 3d studio max 2010/Autodesk 3d studio max Design 2010 (2009 год) - разделение на версию для архитекторов и дизайнеров и версию для специалистов в области графики – разработка игр и другие проекты сферы развлечений. Заметим, что инструментарий этих версий практически идентичен: отличия можно обнаружить в некоторых настройках интерфейса, а также, в состав пакета для специалистов графики включен набор инструментов для разработчиков - SDK . Кардинальная смена цветовой гаммы интерфейса – первое, что бросается в глаза при работе с Autodesk 3d studio max 2010/Autodesk 3d studio max Design 2010. Усовершенствованы команды для управления отображением объектов. Новые элементы интерфейса – панель доступа к инструментам моделирования. Удобная система всплывающих окон-подсказок. Добавление и совершенствование модификаторов. Совершенствование интеграции файлов с другими приложениями. Набор инструментов для работы со звуком.

Поработав в одной из последних версий 3d studio max, можно почувствовать на себе все прелести трехмерного моделирования и убедиться в том, что 3d studio max является полноценным профессиональным пакетом 3d моделирования с грамотно продуманным интерфейсом и бесчисленным множеством возможностей для реализации ваших творческих идей.

Как уже говорилось, в 3d max имеется обширная библиотека трехмерных объектов - сюда входят как стандартные, так и расширенные примитивы. Построение простых геометрических форм занимает считанные секунды - необходимо лишь выбрать нужную модель и ввести необходимые параметры (такие , как длина, высота, радиус и т.д.)

Имеются инструменты для работы со сплайнами (моделирование на основе сплайнов) - создание и редактирование которых не составит особого труда благодаря дружественному интерфейсу программы. Невероятно удобной покажется вам работа с командами для полигонального моделирования, а также с инструментами для создания поверхностей Безье. Возможность редактирования сетчатых поверхностей на разных уровнях (будь то вершины, сегменты и т.д.) облегчает работу со сложными поверхностями и позволяет добиться максимальной наглядности в их представлении. Большое количество модификаторов с легко настраиваемыми параметрами для работы с геометрией модели помогут воплотить в реальность самые смелые идеи.

В 3d max для создания и настройки свойств материалов служит простой в применении универсальный модуль - редактор материалов. Создание стеклянных или зеркальных поверхностей займет считанные секунды. Сходство с объектами реального мира достигается в процессе визуализации. Есть возможность использовать как встроенный в 3d studio max визуализатор, так и сторонние визуализаторы, созданные независимыми разработчиками (например V-Ray).

От релиза к релизу совершенствуются функциональные возможности программы, позволяющие все с меньшими затратами времени и сил, но с большим качеством, создавать проекты любой сложности. Расширяются стандартные библиотеки. Появление новых специализированных функций моделирования делает работу в 3d max более эффективной (функции полигонального моделирования, операции для создания сложных объектов, точные средства двумерного моделирования, большое количество модификаторов для работы с геометрией модели, широкие возможности творческой работы с текстурами).

Большое внимание уделяется развитию инструментария для создания анимации. Анимация по ключевым кадрам, процедурная анимация, ограниченная анимация – это неполный список всех возможных вариантов заставить объекты двигаться. Имеются возможности управления скелетной деформацией, создания быстрой анимации двуногих существ, управления физическими силами, действующими на персонажей.

Можно с уверенностью сказать, что последние версии программы 3d studio max содержат абсолютно все, необходимые для работы, модификаторы. Это группы модификаторов выбора, сеток, полигонов, оптимизации поверхности и многие другие. А если учесть, что применение каждого модификатора подразумевает установку некоторого числа пользовательских параметров, становится ясно, что работа в 3d studio max сравнима с творчеством и открывает перед пользователем неограниченное число возможностей для реализации его задумок.

3d studio max содержит модули для работы с различными системами частиц, будь то снег, либо брызги. В основу управления их характеристиками и динамикой положены реальные физические законы. Сама же среда 3d studio max позволяет не только моделировать персонажей, но и создавать весьма реалистичные предметы одежды. Причем, кроме создания и дизайна одежды, специальные встроенные модули позволяют анимировать любые объекты одежды, создавая при этом требуемые визуальные эффекты (создание складок и деформаций на сгибах, эффект мокрой или липкой одежды, различные механические повреждения).

Так же программа имеет модификаторы для имитации волосяного и мехового покрова. Возможности создания эффектов стрижки и причесывания, движения в соответствии с заданными параметрами жесткости, влажности и т.д., а каждую сцену при анимации могут сопровождать звуковые эффекты. Причем программа поддерживает различные звуковые форматы.

И, естественно, нельзя не упомянуть о средствах достижения высокого качества получаемого изображения. Сюда можно отнести уже упоминаемый выше метод трассировки лучей, позволяющий создавать реалистичное отражение и преломление света. Возможности создания атмосферных эффектов (туман, огонь), эффекты естественного освещения, возможности передачи фотореалистичного освещения.

Развивающийся еще с 90-ых годов прошлого века пакет трехмерного моделирования 3d max, можно сказать, уже достиг определенной планки совершенства. Его сегодняшняя популярность в процветающей индустрии кино, телевидения и компьютерных игр – лишнее тому подтверждение. Поражающие своим правдоподобием 3d-спецэффекты на экранах телевизора, невообразимо реальная виртуальная реальность трехмерных компьютерных миров, да и многочисленные высококачественные архитектурные и дизайнерские проекты, реализованные при помощи пакета 3d max, прочно вошли в нашу жизни и заняли там отнюдь не последнее место.

Вполне серьезно можно говорить о дальнейших перспективах в развитии и применении трехмерной графики, и как результат, о возрастающих потребностях в грамотных специалистах этой области.

2.1 Техническое задание

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Настоящее техническое задание распространяется на разработку 3D модели детской площадки. Модель разработана с использованием программного пакета 3Ds Max 2009. Данный пакет программ предоставляет широкий спектр возможностей работы, связанной с созданием трехмерных моделей, с использованием различных компонентов, необходимых для работы с полигонами, текстурами, общими формами примитивов, материалами и др.

ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ

Модель разрабатывается на основе учебного плана кафедры «Информационных и полиграфических систем и технологий».

НАЗНАЧЕНИЕ

Основное назначение модели – использование для создания фотореалистичных изображений. Также созданная модель, после небольших доработок, может использоваться для проектирования детской площадки в реальной жизни.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АУДИТОРИИ

Целевая аудитория: разработчики и дизайнеры, знакомые с программным пакетом 3Ds Max.

2.2. Сравнение 3D Max и Sweet Home3D.Преимущества 3D Max.

Autodesk 3ds Max (3D Studio MAX) – полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системахMicrosoft Windows и Windows NT (как в 32‑битных, так и в 64‑битных). Весной 2011 годавыпущена четырнадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2012».

Моделирование

3ds Max располагает обширными средствами по созданию разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей реальных или фантастических объектов окружающего мира с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие: полигональное моделирование в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) – это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр.Как правило моделирование сложных объектов с последующим конвертированием в Editable poly начиналось с построения параметрического объекта «Box» и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling»; моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS);моделирование на основе порций поверхностей Безье (Editable patch) – подходит для моделирования тел вращения;моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.Методы моделирования могут сочетаться друг с другом.

Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов.

Стандартный объект «Чайник» входит в этот набор в силу исторических причин: он используется для тестов материалов и освещения в сцене, и, кроме того, давно стал своеобразным символом трёхмерной графики.

3ds Max обладает довольно обширной базой стандартных средств, облегчающих моделирование всевозможных спецэффектов. Но помимо стандартной базы существует масса дополнительных средств (плагинов) позволяющих создавать значительно более реалистичные эффекты огня, воды, дыма и т. д. Плагины являются внешними встраиваемыми модулями, которые продаются отдельно от пакета 3ds Max или же распространяются бесплатно через Интернет. Данные программы создаются как крупными компаниями, специализирующимися по разработке программного обеспечения, так и простыми разработчиками-энтузиастами. Дополнительных модулей для 3ds Max настолько много, что количество инструментов предлагаемых ими во много раз превосходит комплект стандартных средств 3ds Max. Плагины упрощают выполнение многих задач – например, позволяют расходовать меньше времени на просчёт визуализации (за счёт более усовершенствованных подключаемых визуализаторов) или ускоряют моделирование объектов, благодаря разнообразным модификаторам и дополнительным функциональным возможностям.

Sweet Home 3D — компьютерная программа для моделирования интерьера, архитектурной визуализации жилых пространств и плана дома.

Возможности :двумерные и трёхмерные планы. Импорт трёхмерных моделей в форматах: OBJ (Wavefront), DAE (COLLADA), 3DS (3D Studio MAX) и LWS (LightWave Scene). Импорт фоновых изображений в форматах: BMP, GIF, JPEG, PNG. Экспорт плана в форматах SVG и PDF, экспорт трёхмерного вида в формате OBJ. Создание демонстрационных графических и видео файлов проекта интерьера.

Программа Sweet Home 3D кроссплатформенна и может работать на операционных системах Windows, Mac OS X 10.4 to 10.8, Linux и Solaris, и переведена на 23 языка.

Визуализация в 3D Studio Max может быть очень реалистичной. Ее качество зависит от уровня профессионализма того человека, который ее делает. Так можно получить визуализацию неотличимую от фотографии. Правда, это очень сложно и трудоемко и требует больших ресурсов компьютера.

2.3. Разработка проекта.

Проект был создан с использованием объектов:

Line – Создание линий и кривых по заданным точкам;

Box – Создание прямоугольного параллелепипеда по заданным параметрам;

Cylinder – Создание цилиндра по заданным параметрам;

Circle – Создание круга по заданным параметрам;

Plane – Плоскость с заданными параметрами;

Ngon – Многоугольник с заданными параметрами.

Также были использованы разные функции и модификаторы основные из которых:

Extrude - С помощью него вы можете удлинить или же углубить выделенный полигон. Сделать это вы можете вручную нажав на саму надпись или же с помощью точной настройки нажав на окошко расположенное рядом с надписью. В меню настройки под надписью Extrusion Type вы можете настроить критерии использования данного инструмента. Extrusion Type используются для настройки удлинения или углубления одновременно нескольких полигонов. Group для перемещения полигонов в одну сторону. Local Normal для пропорционального перемещения внутрь или наружу. By Polygon для отдельного друг от друга перемещения полигонов в одну сторону. Extrusion Height для изменения длины углубления или удлинения.

Loft - это поверхность, образованная в результате натягивания оболочки на систему сечений. То есть рисуем сечения и лофтом задаем параметры оболочки.

MeshSmooth - Сглаживает сетку с добавлением новых полигонов. Проще говоря сглаживает концы фигур, скругляет углы.

Детская площадка смоделирована в основном из Box, Cylinder и Line.

Крыши смоделированы с помощью Line (линия), с применением модификатора Extrude. Окна это бокс с удаленными полигонами. Чтобы сделать линию скругленной, надо применить к ней инструмент Fillet.

В результате выполнения курсовой работы поставленная цель была выполнена. Мы изучили теоретическую составляющую трехмерного моделирования и создали собственную 3d модель детской площадки.

Все поставленные задачи были успешно выполнены.

6. Самоучитель 3ds Max Design 2009. – 233с.

7. А. С. Стиренко - 3ds Max 2009. 3ds Max Design 2009. – 310с.

8. Б.Ю.Кулагин - 3ds max 7.5. Актуальное моделирование, визуализация и анимация. – 125с.

9. Марк Джамбруно - Трехмерная (3D) графика и анимация. – 311с.

10. Иванов В. П., Батраков А. С. - Трехмерная компьютерная графика. – 212с.

11. Петров М., Молочков В. - Компьютерная графика. – 428с.

12. Джим Блинн - Секреты программирования трехмерной графики для Windows. – 133с.

13. Стэн Трухильо - Программирование графики с использованием Direct3D. – 200с.

14. Климачева Т. Н. - трехмерная компьютерная графика и автоматизация проектирования на VBA в AutoCAD. – 350с.

15. А. Орлов - Проектирование, дизайн, строительство. – 330с.

16. М. Маров - Энциклопедия 3ds Max 2008. – 611с.