Дизайн помещений и интерьеров в 3ds Max 2009

• Грани и блики ( facets + highlights) – объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней с добавлением бликов.

• Сглаживание и блики(smooth + highlights) – объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями и добавлением бликов.

• Контуры граней(edged faces) – демонстрация каркаса объекта одновременно с его тонированной оболочкой.

Говоря об отображении объектов в программах трехмерного моделирования, нельзя не упомянуть о нормалях. Нормалью называется воображаемый отрезок, направленный из центра грани объекта перпендикулярно к ее поверхности. Если нормаль направлена в сторону наблюдателя, грань считается видимой. И наоборот, если нормаль направлена в сторону, противоположную взгляду, грань будет не видна. Соответственно, для изменения видимости грани достаточно поменять направление ее нормали.

Аксонометрия и перспектива

Еще с уроков черчения многие помнят рисование ваз и розеток в трех проекциях и аксонометрии. В качестве проекций обычно фигурировали: вид спереди, вид сверху и вид слева или справа. В редакторах компьютерной графики используется аналогичное представление объектов. Правда, чаще всего аксонометрия здесь заменяется видом перспективы. Аксонометрией называется отображение объемных объектов в пространстве, при котором в сцене отсутствуют перспективные искажения. Если предположить, что точка наблюдения находится так далеко от предмета, что все лучи зрения можно считать параллельными, параллельные линии будут выглядеть таковыми и на рисунке (рис. 1.7, а). Перспектива, в свою очередь, отображает объемные объекты с учетом расстояния от точки наблюдения, увеличивая передний и уменьшая задний план, так как взгляд наблюдателя в действительности направлен из одной точки (рис. 1.7, б), у созерцаемого объекта параллельными в таком случае будут только фронтальные прямые. Если при аксонометрическом отображении трехмерный объект проецируется на ортогональную плоскость, то при перспективном – проецирование происходит на конвергентную плоскость.

Рис. 1.7. Изображение объектов: а – в аксонометрии; б – в перспективе

Например, удаленные фигуры в перспективе кажутся меньше, чем расположенные близко к наблюдателю. Если смотреть таким способом на цилиндрический объект, его верхняя плоскость будет иметь эллиптическую форму, в то время как верхняя плоскость куба в перспективе будет выглядеть трапециевидной, а ее прямые углы будут казаться поднимающимися, если они находятся ниже уровня взгляда. В противном случае углы будут казаться опускающимися (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Объекты в перспективной проекции

Виды моделирования

Создание трехмерного проекта, как правило, начинается с идеи, эскизных набросков будущих сцен. Данная стадия проекта является одной из важнейших, так как вырабатывается общая концепция всего проекта. Определяются предполагаемая форма объектов, составляющих наполнение сцены, их текстуры, цветовая гамма и освещение будущей сцены. Все это в дальнейшем поможет существенно ускорить реализацию трехмерного проекта.

Любая сцена в виртуальном пространстве начинается с моделирования объектов. Этот процесс подразделяется на несколько категорий. Начнем с полигонального моделирования. Трехмерная модель создается из сетки полигонов, которую можно затем подвергать редактированию, меняя размер и форму структурных единиц. Если говорить простым языком, из обыкновенного куба с нужным количеством сегментов путем разбиения и наращивания полигонов можно получить качественную трехмерную модель (рис. 1.9). Одна из разновидностей полигонального моделирования – низкополигональное – используется в 3D-играх и для визуализации в реальном времени. В этом случае очень важны производительность процессора и видеокарты, так как при непрерывном отображении меняющейся трехмерной среды не обойтись без сложных расчетов. Кроме того, требуется место в памяти видеоподсистемы компьютера для хранения текстур. Поэтому желательно обходиться как можно меньшим количеством полигонов и жертвовать детализацией, экономя ресурсы вычислительной системы.

Рис. 1.9. Объект создан путем полигонального моделирования

Следующая разновидность – создание моделей на основе параметрических примитивов. Обычно в программах для трехмерного моделирования имеется набор простых объектов, таких как сфера, куб, цилиндр и т. п. Примитивы могут иметь и более сложную форму, например срезанный куб, узел, октаэдр и т. п. Это так называемые улучшенные примитивы (extendedprimitives) (рис. 1.10). Форму этих объектов можно отредактировать, к примеру, с помощью модификаторов.

Рис. 1.10. Примеры улучшенных примитивов

Моделирование может осуществляться также на основе сплайнов. Сплайнами (splines) называются кривые линии, определяемые на плоскости и в пространстве контрольными точками. Пример объекта, основой которого являются сплайны, показан на рис. 1.11. Здесь был создан сплайновый каркас, который затем с применением специального модификатора покрывался поверхностью. Кроме того, с помощью сплайнов можно задать форму-основу для создания трехмерных объектов путем выдавливания этой формы по сложной траектории c возможностью последующей деформации. Данная техника называется лофтингом (lofting).

Рис. 1.11. Объект, построенный на основе сплайнов

Следует также упомянуть о таком методе, как NURBS-моделирование (NURBS – Non-Uniform Rational B-Splines – неоднородные рациональные сплайны Безье). NURBS-поверхности также, по сути, сформированы на основе сплайнов, но они дают дополнительные возможности, о которых будет рассказано позже. Это один из самых сложных и в то же время мощных видов моделирования. Он применяется в основном для создания сглаженных поверхностей корпусов автомобилей, самолетов и т. п. Примеры объектов, в основу которых легли NURBS-поверхности, показаны на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Основой скатерти и штор послужили NURBS-поверхности

И наконец, моделирование на основе кусков ( patch modelling) является еще одним распространенным способом создания объектов. Последние в этом случае формируются из кусков поверхностей, представляющих собой фрагменты обычной сетки, заключенные в составленную из сплайнов Безье треугольную или четырехугольную рамку. Построение модели осуществляется путем манипуляции вершинами, расположенными по углам куска, и исходящими из этих вершин касательными векторами. Можно сшивать куски между собой и отделять вершины и элементы (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Создание объекта путем сшивки кусков

Преобразование объектов с помощью логических операций также относится к определенному виду моделирования. Логические операции предназначены для сложения, вычитания, пересечения и объединения объектов, в результате чего получаются новые модели из нескольких заготовок (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Результат булевого вычитания двух примитивов

Для моделирования различных природных явлений (огонь, дождь, снег), сложных поверхностей и динамических объектов (текучие поверхности, взаимодействия твердых тел), как правило, используются системы частиц и динамические симуляции (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Для реализации данного эффекта использовались инструменты из набора Space Warps (Объемные деформации) и системы Particle Flow (Поток частиц)

Цветовые схемы и форматы выходных файлов

Конечно, для профессиональной работы с трехмерной графикой и декорирования помещений одного знания соответствующего программного обеспечения недостаточно. Нужно хорошо разбираться в различных цветовых схемах и знать принципы композиции. За рубежом предпочитают брать на работу в студии 3D-анимации художников, а не пользователей графических редакторов. Считается, что проще научить художника работать с программой, чем человека, в совершенстве знающего компьютер, заставить понять принципы изобразительного искусства. Поэтому стоит остановиться на некоторых моментах подробнее.

Для начала необходимо понять, чем отличаются изображения на мониторе компьютера и на бумаге и почему иной раз возникают трудности с правильным отображением цветов после распечатки. При воспроизведении цветов на экране компьютера или телевизора используется аддитивная цветовая модель. Она оперирует тремя основными цветами (RGB, от англ. red, green, blue — красный, зеленый, синий), при сложении которых получаются новые цвета и оттенки. Результатом смешивания основных компонентов в равных долях является белый цвет. Данная схема была получена на основе спектрального анализа света. Черный цвет в этой модели образуется при отсутствии света или полном его поглощении.

При печати иллюстраций в полиграфии и изобразительном искусстве применяется субтрактивная цветовая модель. Она описывает синтез печатных красок. Основными цветами в данной схеме являются голубой, пурпурный, желтый и черный. Цвета же, полученные в результате их смешивания, называют дополнительными. Например, смешивание желтого и голубого цветов в данной цветовой модели дает зеленый, а смешивание красного и желтого – оранжевый цвет. Каждый цвет, полученный из двух основных, является производной от их яркости и насыщенности. В реальной жизни данную модель можно представить следующим образом: если осветить какой-либо предмет, часть спектра белого света будет поглощена. Длина, а значит, и цвет отраженной волны зависят от того, в какой части спектра произошло поглощение. Таким образом, цвет образуется вычитанием из белого света определенных участков спектра.

Человек, занимающийся компьютерной графикой, должен учитывать различные цветовые модели при создании сцен и при выводе изображений. Впрочем, на сегодняшний день многие графические редакторы позволяют использовать в работе обе цветовые модели и без особых трудностей конвертируют изображения, созданные с помощью одной цветовой модели, в другую.

После визуализации трехмерной сцены получившиеся двумерное изображение или анимационную последовательность нужно сохранить в одном из графических форматов. Многие трехмерные редакторы позволяют сохранять изображения в наиболее распространенных графических форматах. На свойствах некоторых из них остановимся подробнее:

• BMP (BitMap) – дословно переводится как «битовая карта». Является стандартным форматом растровых файлов. Был разработан компанией Microsoft и используется в среде Windows. Данный формат использует 8-разрядную глубину на каждый цветовой канал RGB.

• TIFF (Tag Image File Format) – применяется с 8– и 16-битным разрешением на каждый канал. Позволяет наиболее качественно воспроизвести цветовые полутона и детально отобразить оттенки серой шкалы. Из-за этого данный формат широко используется в полиграфии. Графические файлы в этом формате имеют довольно большой размер, который, впрочем, при архивировании сжимается в несколько раз.

• JPEG (Joint Photographic Expert Group) – разработан Объединенной группой экспертов по обработке фотографических изображений. Является одним из самых популярных форматов графических файлов с глубиной цвета 8 бит на канал. Использует очень эффективную систему сжатия изображений, которая позволяет получить растровый файл небольшого размера, правда, с некоторой потерей качества.

• TGA (TARGA) – как и вышеперечисленные форматы, использует глубину 8 бит на каждый цветовой канал. Считается удобным форматом для переноса цифровых данных графических файлов в видеосистему.

• GIF (Graphic Interchange Format) – формат графического обмена, применяется в основном в сети Интернет. Использует технологию сжатия без потерь, а также позволяет создавать небольшие анимированные файлы невысокого разрешения.

• QuickTime – применяется для создания анимационных последовательностей, состоящих как из графических, так и звуковых данных. Является межплатформенным форматом. Использует несколько видов сжатия с разным качеством и скоростью компрессии. Поддерживает потоковое видео и совместим со звуковым цифровым интерфейсом музыкальных инструментов MIDI.

• AVI (Audio Video Interleaved) – как и BMP, был внедрен компанией Microsoft в качестве формата воспроизведения видеофайлов. При сохранении файлов в этом формате необходимо выбрать тип компрессии данных в зависимости от вида дальнейшего использования анимационного файла.

Каждый из вышеописанных форматов был разработан для определенных задач и является наиболее приемлемым для своей цели. Кроме того, существует возможность при помощи растрового графического редактора преобразовать графические файлы из одного формата в другой.

Принципы композиции

Нелишним будет напомнить, что любой, кто хочет заниматься 3D-дизайном, равно как и другими видами компьютерной графики, должен иметь понятие об основах композиционного построения (кстати, у многих, кто занимался фотографией, обычно есть соответствующие практические навыки и опыт). Композицию можно определить как взаимосвязь художественных впечатлений, предопределяемых сочетанием элементов сцены, где все элементы находятся во взаимном и гармоническом единстве. Важнейшими средствами композиции являются объемно-пространственная структура, симметрия и асимметрия, контраст, ритм.

Объемно-пространственная структура характеризуется внутренним строением предмета и его связью с внешней средой. Ритм обусловлен строением формы, являющимся следствием чередования элементов или равномерного движения.

Существуют правила и принципы компоновки элементов сцены. Начинать следует с поиска нужного фона. Фон должен подчеркивать выразительность предметов. В расположении и окраске объектов следует избегать пестроты, если она не оправдана художественным замыслом. Загромождать сцену лишними предметами также не стоит. В сцене имеет смысл использовать не более четырех основных цветов.

Перечислим принципы композиции.

1. Важно выбрать композиционный центр сцены и правильно акцентировать внимание зрителя на ее основных элементах.

2. Объединяйте характерные элементы по однородным признакам – форме, цвету, текстуре; включайте предметы, создающие в сцене контрасты, например керамику и хрусталь.

3. Используйте ограничения по материалу, цвету, форме.

4. Основа динамической композиции – неравносторонний треугольник, а статичной – симметрия.

5. Группируйте элементы по два-три предмета (например, диван и два кресла).

6. Достаточное количество свободного пространства в сцене позволяет облегчить композицию.