 |
Математические основы 3D графики Вектора
|
|
|
|
История трехмерной графики.
Этапы создания трехмерного проекта.
3. Математические основы 3D графики.
Элементы интерфейса..
Главное меню.
Панели инструментов.
Командная панель.
Настройка программы.
Параметрические объекты.
Редактируемые объекты.
Составные объекты.
Объекты форм.
Полигональные объекты.
Источники света и камеры.
Интерактивный способ создания объектов сцены.
Создания объектов сцены при помощи ввода значений параметров.
Создание составных объектов методом лофтинга.
Создание составных объектов булевой операций.
Модификатор Lathe (Вращение вокруг оси).
Модификатор Extrude (Выдавливание).
Модификатор Bend (Изгиб).
Модификатор Twist (Скручивание).
Модификатор Edit Mesh (Редактирование поверхности).
Модификатор Noise (Шум).
Редактор материалов.
Диалоговое окно выбора материалов и карт.
Навигация по материалам и картам.
Тонирования оболочек объектов.
Создание сложных материалов.
Понятие о текстурных картах.
Проекционные координаты.
Двумерные карты текстур.
Трехмерные карты текстур.
Составные карты текстур.
Основы освещения в трехмерной графике.
Луч лазера.
Объемный свет.
Анимация с использованием ключевых кадров.
Использование контроллеров и выражений.
Анимация частиц.
Инструменты визуализации.
Параметры визуализации.
Виртуальный буфер кадров.
Использование модуля RAM Player (RAM-проигрыватель).
45. Окружение и атмосферные эффекты.
|
|
|
История трехмерной графики
Несмотря на то, что трехмерная компьютерная графика появилась сравнительно недавно, попытки воссоздать на фотографиях, картинах и кинопленке трехмерный мир предпринимались достаточно давно, задолго до появления компьютеров. Человеческое зрение устроено таким образом, что человек видит два независимых изображения, которые позволяют воспринимать мир в трех измерениях. Именно благодаря этому мы можем видеть объемные предметы и определять, насколько они смещены в пространстве относительно друг друга и насколько удалены от нас. Когда-то для имитации трехмерных изображений использовался стереоскопом. Оно имело прорези для глаз, через которые зритель рассматривал две картинки, помещенные рядом. Эти изображения были получены одновременно, но точки их съемки немного различались. В результате, когда человек через стереоскоп смотрел на одну картинку одним глазом, а на другую - вторым, ему казалось, что он видит трехмерное изображение.
В начале ХХ века появились первые стереоскопические фотоаппараты, имели два объектива, расположенных на расстоянии 65 мм друг от друга. Давали возможность без проблем получать стереоизображения. Примерно в то же время была запатентована технология, позволяющая использовать стереоскоп для показа трехмерных фильмов. Вместо статических изображений применялись две кинопленки, изображения были получены в результате одновременной съемки одних и тех же объектов с разных точек. В начале 1950 годов в Америке были очень популярны фильмы, для просмотра которых использовались поляризованные стереоочки с синими и красными стеклами. Два изображения проецировались на экран через ортогональный поляризационный фильтр, накладываясь друг на друга зритель, надевший очки с такими же фильтрами, видел каждым глазом только тот спектр, который проходил через соответствующий фильтр. Таким образом достигался эффект стереоскопии.
|
|
|
При возникновении компьютеров появилась возможность создания настоящих трехмерных эффектов. Первооткрывателем в этой области был один из самых известных людей в мировом кинематографе - Джордж Лукас. Его фильмы "Звездные войны" прославились невиданными спецэффектами. В 1975 году Лукас основал собственную компанию ILM, которая занималась разработкой спецэффектов. В 1985 году в фильме "Молодой Шерлок Холмс появился первый персонаж, созданный при помощи компьютера.
Студия Pixar в 1986 году создала графический компьютер Pixar Image Computer, который мог выводить на экран изображение с разрешением 1280 x 1024 пикселов в цвете и 2048 x 2048 пикселов в черно-белом режиме. Позже разработала средство для визуализации компьютерной анимации RenderMan, которое до сих пор самое лучшее. В 1995 году был представлен первый полнометражный компьютерный мультфильм "История игрушек". В 2001 году "Корпорация монстров", в котором впервые герои с реалистичной шерстью, "Шреке" - огромные леса с детальной прорисовкой деревьев и листьев на них.
Сегодня созданием полнометражных анимационных фильмов занимаются не только студии Pixar и DreamWorks, но и многие другие известные компании, в том числе Warner Bros. и Sony. Компьютерная графика нашла применение и во многих других сферах, которые далеки от кинематографа. Например, с ее помощью моделируются фотореалистичные здания и интерьеры, которые в реальности не существуют. Она также помогает медикам исследовать организм человекаи т.д. Широко используется в сфере развлечений, с ее помощью выполняются все современные компьютерные игры. Благодаря тому, что за последние двадцать лет было изобретено множество технологий, упрощающих работу с компьютерной графикой, и тому, что мощности компьютеров за это время возросли во много раз, создание фильмов и спецэффектов больше не является уделом только профессионалов.
Этапы создания трехмерного проекта
Для создания компьютерной графики используются специальные программы, которые называются 3D-редакторами. Они предоставляют в распоряжение пользователя трехмерное пространство, в котором можно создавать, перемещать и вращать 3D-объекты. Кроме того, в современных 3D-редакторах имеются специальные инструменты, которые заставляют объекты самостоятельно двигаться, то есть создают на их основе анимацию. Программа 3ds Max - это одно из самых популярных в мире приложений для разработки трехмерной графики, при помощи которого созданы многие известные фильмы, игры и рекламные ролики. Трехмерная графика - это что-то среднее между компьютерной игрой и съемкой настоящего фильма. Процесс создания трехмерного проекта, как и реального фильма, делится на несколько обязательных и последовательных этапов. Они одинаковы, независимо от того, в каком 3D-редакторе выполняется проект и какой это проект. Трехмерный проект часто называют сценой. В своей работе 3D-художники делают декорации для своей виртуальной съемочной площадки, создают актеров - трехмерных персонажей, заставляют их двигаться и разговаривать, устанавливают освещение и выбирают точку съемки. Приходится "накладывать грим" на актеров, а, кроме того, раскрашивать все предметы виртуального мира, делая их похожими на настоящие.
|
|
|
Моделирование
В трехмерном пространстве 3ds Max не существует никаких предметов. Виртуальный мир наполняется разными объектами, которые создает пользователь в 3D-редакторе. Это относится к трехмерным персонажам, зданиям, горам, лесам и любым другим вещам виртуального мира. Процесс создания трехмерных объектов называется моделированием, а сами объекты - моделями. В отличие от рисованного изображения, трехмерную модель можно вращать и перемещать в трех измерениях, глядя на нее со всех сторон. В зависимости от того, какой именно объект нужно создать, на его моделирование может уйти от нескольких секунд до нескольких месяцев.
Анимация
В отличие от моделирования, анимация не является обязательным этапом создания трехмерных проектов. Например, если дизайнер работает над проектом интерьера квартиры, ему не нужно заставлять объекты двигаться, поскольку для такого проекта важно показать внешний вид и размещение предметов в помещении. Если же создается рекламный ролик или какой-нибудь эффект наподобие взрыва, то без анимации не обойтись. Анимация подразумевает изменение положения объектов, которые присутствуют в трехмерном пространстве, во времени. В процессе создания анимации 3D-художнику необходимо
|
|
|
разместить уже созданные им объекты в каждом кадре.
Съемка
Конечный продукт трехмерной анимации, является видео, которое может "сниматься" с разных точек. Например, карточный домик можно показать издалека, чтобы он был виден целиком, а можно приблизить, чтобы в кадр попала только его часть. Выбор точки съемки в трехмерной анимации не менее важен, чем в настоящем кино или на телевидении. Для съемки анимации, созданной в 3D-редакторе, применяются виртуальные камеры. Как и реальные, виртуальные камеры можно перемещать, а также переключаться между ними в процессе анимации. Например, первые 50 кадров анимации можно наблюдать через первую камеру, а затем переключаться на вид из второй. Виртуальные камеры обладают теми же свойствами, что и настоящие: они могут фиксировать картинку под разным углом зрения, имитировать эффект глубины резкости и т.д. 3D-художник, работающий над анимационным проектом, должен уметь правильно подобрать расположение камер, чтобы точка съемки была наиболее удачной, а также продумать, как камеры будут перемещаться в процессе анимации.
Освещение
Виртуальное пространство, в котором работают 3D-художники, в отличие от реального мира, не имеет источников освещения. Чтобы увидеть, что происходит в виртуальном мире, его нужно осветить. Для
имитации освещения в трехмерной графике используются специальные объекты, которые так и называются - источники света. Чтобы освещение 3D-объектов было похоже на настоящее, приходится учитывать множество факторов: где расположен источник света, с какой силой он светит, от каких предметов отражается и т. д.
Текстурирование
Объекты, созданные в трехмерном пространстве, на этапе моделирования отличаются друг от друга только формой. Чтобы 3D-модель напоминала реальный предмет, недостаточно точно повторить его форму, нужно еще и раскрасить ее соответствующим образом. Процесс раскраски трехмерных объектов называется текстурированием. Это слово происходит от термина "текстура", которым обозначается рисунок, накладываемый на 3D-модель. В общем смысле слово "текстура" имеет несколько другое значение и обозначает особенности строения твердого вещества, обусловленные характером расположения его составных частей. В трехмерной графике текстурой может служить как фотография реального объекта, наложенная на 3D-модель, так и двумерный рисунок, созданный в программе типа Adobe Photoshop.
|
|
|
Визуализация
Последовательность выполнения предыдущих этапов создания трехмерного проекта может быть различной. Однако визуализация всегда является последним этапом работы над проектом. Можно сказать, что без визуализации работа в 3D-редакторе не имеет никакого смысла, поскольку без нее нельзя получить конечный результат. Этап визуализации тесно связан с этапом съемки. Как только вы расставили камеры и подобрали их параметры, вы можете начать снимать виртуальный фильм, то есть визуализировать его. Визуализацию трехмерного проекта можно сравнить со съемкой видеокамерой, однако готовое видео или статическое изображение в этом случае записывается не на кассету, а в файл. Визуализацию также называют рендерингом, или просчетом.
Математические основы 3D графики Вектора
Вектор - линия с постоянным направлением и длиной, которую можно перемещать в координатной системе.
Векторное уравнение
Пусть имеется точка A с координатами (Ax,Ay,Az), и точка B с координатами (Bx,By,Bz),тогда вектор с началом в точке A и концом в точке B есть AB = (Bx-Ax,By-Ay,Bz-Az)= (X,Y,Z). Нужно встать в точку A и протопать в направлении X расстояние, равное (Bx-Ax), после чего проделать еще 2 прогулки в направлении Y и Z.
Длина вектора
Расстояние от начала координат до вершины. Вычисление длины вектора необходимо, например, для phong shading и vertex normal calculation.
Сложение векторов
Результат - вектор: a + b = (Ax+Bx,Ay+By,Az+Bz).
|
|
|
