3D графіку й анимация

3D графіка й багато анімація з прикладу прикладного пакета 3D Studio MAX2 (використання можливостей даного програмного продукту процесі).

Основы 3D графіки і анімації.

В час CGI-образы (від слів Computer Graphics Imagery — зображення створене за комп’ютером) оточують нас повсюдно: по телебаченню, у кіно і навіть у шпальтах часописів. Комп’ютерна графіка перетворилася з вузькоспеціальної області інтересів ученых-компьюторщиков до справи, якому прагнути присвятити себе силу-силенну людей. Серед програмних комплексів тривимірної графіки, виділені на роботи з комп’ютерах типу PC, лідируючу позицію займає 3D Studio MAX2.

Общее уявлення про 3D.

В назві аналізованої області - «тривимірна графіка» — закладено вказівку те що, що в нас поводитися з трьома просторовими вимірами: шириною, висотою і глибиною. Якщо навколо: усе, що нас оточує, має трьома вимірами — стіл, стілець, житлові будинки, промислові корпуси та навіть тіла людей. Проте термін «тривимірна графіка» усе є спотворенням істини. Насправді тривимірна комп’ютерна графіка має справу лише з двовимірними проекціями об'єктів уявного тривимірного світу.

Чтобы проілюструвати сказане, можна оператора з відеокамерою, з допомогою якій він знімає об'єкти, які працюють у кімнаті. Коли під час зйомок він переміщається кімнатою, то об'єктив потрапляють різні тривимірні об'єкти, але за відтворенні знятої відеозапису на екрані свого телевізора буде видно лише плоскі двомірні зображення, які становлять зафіксовані образи знятих кілька хвилин тому тривимірних об'єктів. Сцена на екрані видається цілком реально наявністю джерел кольору, природною малюнку на всі об'єкти і тіней, які надають зображенню глибину й які його візуально правдоподібними, хоча й залишається лише двовимірним чином.

В комп’ютерної графіці об'єкти існують у пам’яті комп’ютера. Вони мають фізичної форми — це більш як сукупність математичних рівнянь і рух електронів в мікросхемах. Оскільки об'єкти, про яких мова, що неспроможні існувати поза комп’ютера, єдиний засіб побачити їх є додавання нових математичних рівнянь, що описують джерела світла, і знімальні камери. Програмний комплекс 3D Studio MAX2 дозволяє виконувати всі перелічені вище операції.

Использование програми, як і 3D Studio MAX2, багато в чому подібно зі зйомкою з допомогою відеокамери кімнати, повної сконструйованих об'єктів. Програмний комплекс 3D Studio MAX2 дозволяє змоделювати кімнату й її вміст з допомогою різноманітних базових об'єктів, як-от куби, сфери, циліндри і конуси, ні з використанням інструментів, необхідні реалізації різноманітних методів створення складніших об'єктів.

После того як моделі на всі об'єкти вже створені і належним чином розміщені у складі сцени, можна вибрати з бібліотеки будь-які готові матеріали, такі як пластик, дерево, камінь, і т.д. і застосувати ці матеріали до об'єктів сцени. Можна створити, й власні матеріали, користуючись засобами редактора матеріалів (Material Editor) 3D Studio MAX2, з допомогою яких можна управляти кольором, глянцевитостью, прозорістю і навіть застосовувати сканированные фотографії чи намальовані зображення, щоб поверхню об'єкта була така, як це було задумано.

Применив до об'єктів матеріали, необхідно створити уявлювані знімальні камери, через об'єктиви яких спостерігатися віртуальний тривимірний світ, і здійснюватися зйомка які переповнюють його об'єктів. за рахунок настройки параметрів віртуальних камер можна було одержати широкоугольную панораму сцени чи укрупнити план зйомки, щоб зосередити свою увагу окремих дрібних деталях. Пакет 3D Studio MAX2 підтримує моделі камер з набором параметрів властивих справжнім фоточи видеокамерам, з допомогою яких можна спостерігати сцену у тому вигляді, який потрібно за задумом сценарію.

Чтобы зробити сцену ще більше реалістичною, можна додати до її складу джерела світла. MAX дозволяє включати у сцену джерела світла різних типів, і навіть налаштовувати параметри самих джерел.

Реализация геометричних принципів в 3D Studio MAX2.

Трехмерное простір

Работая з 3D Studio MAX2 користувач оперує уявлюваним тривимірним простором. Тривимірний простір — це куб в кібернетичному просторі, який утворюється пам’яті комп’ютера. Кібернетичне простір відрізняється від реальної фізичного світу тим, що складається і є лише у пам’яті комп’ютера завдяки дії спеціального програмного забезпечення.

Однако подібно реальному простору, тривимірне простір також необмежено велике. Завдання пошуку об'єктів і орієнтації легко вирішується завдяки використанню координат.

Наименьшей областю простору, яка то, можливо зайнята якимось об'єктом, є точка (point). Становище кожної точки визначається трійкою чисел, званих координатами (coordinates). Прикладом координат може бути трійка (0;0;0), визначальна центральну точку тривимірного простору, звану також початком координат (origin point). Іншими прикладами координат можуть бути трійки (200;674;96) чи (23;67;12).

Каждая точка тривимірного простору має три координати, у тому числі одна визначає висоту, інша — ширину, третя — глибину становища точки. Отже, через кожну точку можна навести три координатних осі кіберпростору.

Координатная вісь (axis) — це уявна лінія кіберпростору, визначальна напрям зміни координати. У MAX є три стандартні осі, звані осями X, Y і Z. Можна умовно вважати, що вісь X представляє координату ширини, вісь Y — висоти, а вісь Z — глибини.

3D об'єкти.

Если з'єднати дві точки в кіберпросторі, він створена лінія (line). Наприклад, поєднуючи точки (0;0;0) і (5;5;0) виходить лінія. Якщо продовжити цю лінію, з'єднавши її кінець до точки (9;3;0) то вийти полилиния (poliline), тобто лінія, що складається з кількох сегментів. (У 3D Studio MAX2 терміни лінія і полилиния взаємозамінні.) Якщо з'єднати останню крапку з першого, то вийти замкнута форма (closed shape), тобто форма, що має внутрішня і зовнішня області. Намальована форма є простий тристоронній багатокутник (polygon), званий також межею (face), і як основу об'єктів, створюваних в віртуальному тривимірному просторі. У багатогранника є такі базові елементи: вершина, ребро, грань.

Вершина (vertex) — це точка у якій з'єднується скільки завгодно ліній. Межа (face) — це фрагмент простору, обмежений ребрами багатокутника. Ребро (edge) — це лінія, що формує кордон межі.

В 3D Studio MAX2 об'єкти складаються з многоугольников, шматків Безьє чи поверхні типу NURBS, причому найчастіше використовують багатокутники, розташовані в такий спосіб, щоб утворити оболонку потрібної форми. Нерідко на формування об'єкта потрібно кілька многоугольников. Однак у вона найчастіше формування об'єктів потребує сотень і тисяч многоугольников, їхнім виокремленням величезний масив даних. Приміром, своєю практикою з кубом комп’ютер повинен відстежувати становище восьми вершин, шести граней і дванадцяти видимих ребер. Для складних об'єктів число елементів які з многоугольников може становити десятків і сотень тисяч.

Проекции 3D об'єктів.

Точка спостереження (viewpoint) — це позиція в тривимірному просторі, визначальна становище спостерігача. Крапки спостереження є основою формування в MAX вікон проекцій (viewports), кожна з яких демонструє результат проекції об'єктів тривимірної сцени на площину, перпендикулярну напрямку спостереження із певної точки.

Воображаемая площину, через точку спостереження перпендикулярно лінії погляду, називається площиною відображення, що визначає кордону області видимої спостерігачеві. Площину відображення іноді називають площиною відсічення.

Чтобы побачити об'єкти, розташовані позаду площині відображення, потрібно змінювати становища точки спостереження. Або «відсувати» площину відсічення, поки цікаві для нас об'єкти не виявляться попереду площині.

В MAX вікнах, які дозволяють зазирнути в віртуальний тривимірний світ, називаються вікнами проекцій (viewports). Екран монітора сам собі є площиною відображення, оскільки користувач може бачити тільки те, що міститься у кіберпросторі «за площиною» екрана монітора. Бічні кордону ділянки отображающегося з вікна проекції, визначаються межами вікна. Три з чотирьох що демонструються за умовчанням вікон проекцій в 3D Studio MAX2 є вікнами ортографических проекцій. При побудові зображень у тих вікнах вважається, що вищу точку спостереження віддалений від сцени на нескінченне відстань, проте промені, що йдуть від точки спостереження до об'єктів, рівнобіжні відповідної осі координат. Четверте вікно проекції MAX у складі прийнятих за умовчанням, Perspective (Перспектива), є вікном не ортографической, а центральної проекції і демонструє більш реалістичне на цей вид зображення тривимірної сцени, при побудові якого промені вважаються що виходять розбіжним пучком з точки спостереження, як у житті.

Примитивы.

Трехмерные примітиви становлять основу багатьох програмних пакетів комп’ютерної графіки і забезпечують можливість створення різноманітних об'єктів простий форми. В багатьох випадках на формування потрібної моделі тривимірні примітиви доводиться об'єднувати чи модифікувати. МАХ 2.0 надає вам два набору примітивів: стандартні (Standard Primitives) і поліпшені (Extended Primitives). До стандартних примітивів ставляться паралелепіпед, сфера, геосфера, конус, циліндр, труба, кільце, піраміда, чайник, призма. Поліпшеними називаються примітиви багатогранник, тороидальный вузол, паралелепіпед з фаской, цистерна, капсула, веретено, тіло L-экструзии, узагальнений багатокутник. Працюючи з примитивами майже завжди необхідно вдаватися до перетворенню чи модифікації до створення потрібних об'єктів. Наприклад, можна змоделювати стіни будинку набором довгих і високих паралелепіпедів малої товщини. Створюючи додаткові прямокутні блоки меншого розміру й віднімаючи їх із блоків стін, можна створити отвори для вікон та дверей. Самі собою примітиви використовуються нечасто.

Составные об'єкти — це тіла, що складаються з двох чи більше простих об'єктів (зазвичай об'єктів примітивів). Створення складових об'єктів є продуктивний метод моделювання багатьох реальних об'єктів, як-от морська міна, стіни з прорізами для дверей і вікон, і навіть фантастичних тіл, перетікають із однієї форми до іншої як рідина. 3D Studio MAX2 дає можливість використовувати шість типів складових об'єктів.

Морфинговые. Об'єкти такого типу дозволяють виконувати анімацію плавного перетворення одного тіла до іншого.

Булевские. Об'єкти цього дозволяють об'єднувати чи кілька тривимірних тіл щоб одержати одного нового. Застосовуються до створення отворів чи отворів в об'ємних тілах або заради сполуки кількох об'єктів до одного. Цей тип є ідеальним для архітектурного моделювання чи будь-яких інші завдання, у яких необхідно відняти (виключити) обсяг, яку він обіймав одним тілом, з іншого.

Распределенные. Об'єкти цього є результат розподілу дублікатів одного тривимірного тіла поверхнею іншого. Можуть використовуватися для імітації стебел трави, ямочок лежить на поверхні м’яча для гольфу чи дерев на моделі ландшафту.

Соответствующие. Цей тип об'єктів дозволяє змусити одне тривимірне тіло прийняти форму іншого. Це чудово адресований створення таких ефектів, як плавлення, танення чи розтікання.

Соединяющиеся. Цей тип об'єктів дозволяє з'єднати між собою отвори у двох вихідних тілах своєрідним тунелем.

Слитые з формою. Об'єкти цього дозволяють з'єднувати сплайновую форму з поверхнею тривимірного тіла. Фактично, це дозволяє малювати на поверхнях тривимірних тіл.