Задание предквалификационной практики.
Основная задача предквалификационной практики, так же параллельно являющейся и практической частью моей дипломной работы на тему: «Создание трехмерных моделей на примере социально значимых объектов поселка Карманово в 3D max», была поставлена руководителем практики от предприятия.
Неравнодушный к судьбе прибрежной зоны Кармановского водохранилища, а также к находящейся непосредственно в аварийном состоянии горнолыжной базе отдыха «Лукоморье», Ришатом Даутовичем было принято решение по благоустройству этих двух участков. В мою задачу входило создание трехмерной модели и создание платформы для дальнейшего проектирования различных объектов и мер по благоустройству данных участков, включающие в себя летний и зимний варианты. Данный трехмерный проект предназначен для наглядного представления сложившейся ситуации и запущенности данной территории, для демонстрации предлагаемых улучшений и модернизации объекта, а так же для привлечения вышестоящих учреждений, инвесторов и предпринимателей.
Описание теоретических основ выполняемой работы
В ходе реализации поставленной задачи в основном использовалась полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации Autodesk 3ds Max, ранее называвшаяся 3D Studio MAX. Данный комплекс сдержит самые современные средства для специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT, так же требует высокой технической оснащенности компьютера.
3ds Max располагает обширными средствами для создания 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 преобразованием в Editable poly начинается с построения параметрического объекта «Box», и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling»;
моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS) (следует отметить, что NURBS-моделирование в 3ds Max-е настолько примитивное что никто этим методом практически не пользуется);
моделирование на основе т. н. «сеток кусков» или 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.
3ds Max включает механизм расчёта физики Reactor, разработанный компанией Havok. Reactor способен проводить расчёты на обнаружение столкновений и моделирование физического поведения для следующих классов тел: абсолютно твёрдое тело, деформируемое тело, ткань и верёвка, а также для тел, являющихся составными из данных четырёх. Кроме этого, «Reactor» способен моделировать взаимодействие данных четырёх классов тел с объёмами жидкости и настраивать некоторые параметры жидкости, такие как вязкость. Reactor включает большое количество сил, которые могут воздействовать на физические объекты: гравитацию, ветер и механические воздействия.
Визуализация является заключительным этапом работы над моделируемой сценой. Только после визуализации становятся видны все свойства материалов объектов и проявляются эффекты внешней среды, применённые в составе сцены. Для вывода конечного изображения на экран выбирают необходимый модуль визуализации (МВ). Большинство МВ являются отдельными программами, встраиваемыми как дополнение в 3ds Max.
Так как в моей работе демонстрация играет второстепенную роль, я делал упор больше на реализацию ландшафта и составных объектов рельефа местности, чем на настройки визуализации. Но для сравнения начальной и усовершенствованной версий модели, нужно было сделать несколько кадров сцены, и учитывая техническую оснащенность предоставленного мне компьютера, я использовал визуализатор «Mental Ray».
Mental Ray является пригодной для производственного применения высококачественной системой визуализации, разработанной компанией Mental Images. Mental Ray встроен в последниe версии 3DS Max, это мощный инструмент визуализации, поддерживающий сегментную визуализацию (подобно механизму сопровождающей визуализации, реализованному в Maya), а также технологию распределённой визуализации, позволяющую рационально разделять вычислительную нагрузку между несколькими компьютерами. Включаемая в 3ds Max версия mental ray поставляется с набором инструментария, позволяющим относительно просто создавать множество различных эффектов.
Программа 3ds max содержит отдельный модуль для работы с материалами и текстурами, который называется Material Editor. С его помощью можно управлять такими свойствами объектов, как цвет, фактура, яркость, прозрачность. Программа 3ds max содержит несколько типов материала, каждый из которых включает в себя специфические настройки. Назначаемые объектам материалы могут характеризоваться различными параметрами: Specular Level (Уровень блеска), Glossiness (Глянец), Self-Illumination (Самоосвещение), Opacity (Непрозрачность), Diffuse Color (Цвет диффузионного рассеивания), Ambient (Цвет подсветки). Для описания свойств материала используются процедурные карты, которые представляют собой двухмерный рисунок, сгенерированный 3ds max. Этот рисунок может определять характер влияния параметра материала в какой-нибудь области поверхности трехмерного объекта. Каждая процедурная карта имеет свои настройки. Процедурные карты могут иметь различные назначения и использоваться только в сочетании с определенными параметрами, характеризующими материал. Перечислим те карты, которые применяются чаще всего. В своей работе я использовал карту Bitmap (Растровое изображение), которая позволяет использовать для описания характеристик материала любое графическое изображение в формате, поддерживаемом 3ds max.
В качестве редактора для графических изображений я использовал программы Adobe Photoshop и Picasa.
Adobe Photoshop - многофункциональный графический редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Systems. В основном работает с растровыми изображениями, однако имеет некоторые векторные инструменты. Продукт является лидером рынка в области коммерческих средств редактирования растровых изображений, и наиболее известным продуктом фирмы Adobe. Часто эту программу называют просто Photoshop. В настоящее время Photoshop доступен на платформах Mac OS X/Mac OS и Microsoft Windows. Photoshop тесно связан с другими программами для обработки медиафайлов, анимации и другого творчества. Совместно с такими программами, как Adobe ImageReady (программа упразднена в версии CS3), Adobe Illustrator, Adobe Premiere, Adobe After Effects и Adobe Encore DVD, он может использоваться для создания профессиональных DVD, обеспечивает средства нелинейного монтажа и создания таких спецэффектов, как фоны, текстуры и т. д. для телевидения, кинематографа и всемирной паутины. Photoshop также прижился в кругах разработчиков компьютерных игр. Основной формат Photoshop, PSD, может быть экспортирован и импортирован всеми программными продуктами, перечисленными выше. Photoshop CS поддерживает создание меню для DVD. Совместно с Adobe Encore DVD, Photoshop позволяет создавать меню или кнопки DVD. Photoshop CS3 в версии Extended поддерживает также работу с трёхмерными слоями. Расширенная версия программы Adobe Photoshop Extended предназначена для более профессионального использования, а именно — при создании фильмов, видео, мультимедийных проектов, трехмерного графического дизайна и веб-дизайна, для работы в областях производства, медицины, архитектуры, при проведении научных исследований. В программе Adobe Photoshop Extended современных версий (CS4, CS5) можно открывать и работать с 3D-файлами, создаваемыми такими программами, как Adobe Acrobat 3D, 3ds Max, Maya и Google Earth. Photoshop поддерживает следующие форматы файлов 3D: U3D, 3DS, OBJ, KMZ и DAE. Возможно использовать трехмерные файлы для внедрения в двумерное фото. Доступны некоторые операции для обработки 3D-модели как работа с каркасами, выбор материалов из текстурных карт, настройка света. Также можно создавать надписи на 3D-объекте, вращать модели, изменять их размер и положение в пространстве. Программа включает в себя также команды по преобразованию плоских фотографий в трехмерные объекты определенной формы, такие как, например, банка, пирамида, цилиндр, сфера, конус и др.
В связи с тем, что некоторые текстуры пришлось вырезать с цифровых фотографий, я использовал бесплатную программу для работы с цифровыми фотографиями Picasa, в которой некоторые операции выполняются значительно проще чем в Adobe Photoshop.
С целью добиться максимальной реалистичности расположения объектов и рельефа, я использовал набор приложений, построенных на основе бесплатного картографического сервиса и технологии Google Maps. Сервис представляет собой карту и спутниковые снимки планеты Земля (а также Луны и Марса). С сервисом интегрирован бизнес-справочник и карта автомобильных дорог. С сервисом также связано приложение Google Планета Земля — отдельная программа для Microsoft Windows, а также GNU/Linux, Mac OS. Как и Карты Google, программа Google Планета Земля позволяет просматривать снимки земной поверхности, увеличивать и уменьшать масштаб и строить маршруты передвижения. Её достоинством является трёхмерное отображение земной поверхности (с учётом рельефа), возможность наблюдения под произвольным углом (а не только отвесно сверху), постепенное уточнение изображения по мере загрузки более детальных фотоснимков.