Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области

«Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Тема Технология текстурирования 3D-моделей в интерактивных системах на примере симулятора пожарной ситуации в университете МУПОЧ «Дубна

ФИО студента Гусев Антон Дмитриевич

Группа 4011 Направление «Информатика и вычислительная техника»

Выпускающая кафедра системного анализа и управления

Руководитель работы ст. пр. Ершов Е.А.

Рецензент ст. пр. Мороз В.В.

Заведующий кафедрой проф. Черемисина Е.Н./

г. Дубна



Исходные данные к работе

3D-модель университета, вспомогательная литература, 3D-модели объектов

Результаты работы:

Содержание пояснительной записки (перечень рассматриваемых вопросов)

Обзор различных методов текстурирования, развертка 3D-моделей, обзор инструментов для создания качественных материалов; фотосъемка, обработка и наложение текстур



Аннотация

Целью данной работы является текстурирование 3D-объектов для симулятора пожарной ситуации в МУПОЧ «Дубна».

Для достижения результата был проведен анализ популярных программных продуктов для текстурирования 3D-объектов и выбраны наиболее удобные в работе. Была проведена фотосъемка главного корпуса. Были текстурированны помещения и коридоры главного корпуса и 3D-модели объектов, расположенные в нем. Текстуры и материалы для поверхностей помещений были созданы в программе PixPlant, для моделей - в Autodesk 3ds MAX и Adobe Photoshop.



Abstract

The purpose of this project is texturing of 3D-objects for the simulator of fire situation in IUFNSM "Dubna".

For achievement of result was analysis of popular program products for texturing of 3D-objects and choosed the most convenient to use. Was carried out photographing the main building. Were textured rooms and the corridors of the main building and the 3D-models of objects placed in it. Patterns and materials for the surfaces of rooms have been created in PixPlant, models - in Autodesk 3ds MAX and Adobe Photoshop.



Введение

В последние 15-20 лет в процесс обучения внедряется все больше методов обучения с использованием информационных технологий.

В частности, наиболее перспективными представляются мультимедийные технологии, т. е. технологии, предоставляющие пользователю возможность отображения на экране монитора фото и видео наряду с текстовой и звуковой информацией, обеспечивая ведение интерактивного диалога пользователя с системой. Это электронные учебники и энциклопедии, мультимедийные курсы лекций, среды поддержки образовательного процесса, образовательные интернет-порталы, системы дистанционного обучения, среды обучающего моделирования и системы контроля знаний и др.

В некоторых учебных курсах часть информации целесообразно представлять с использованием трехмерной (далее сокращенно 3D) графики. Говоря о 3D-графике, имеется в виду графика, воссоздаваемая на экране монитора без применения специального оборудования (стереоочков, голографических экранов и т.п.).

Современные средства автоматизированного проектирования 3D-изображений позволяют создавать фотореалистичные движущиеся объекты со звуковым сопровождением. 3D-технологии используют также для создания интерактивных виртуальных моделей, а также лабораторных работ.

Добиться фотореализма при создании 3D-моделей помогают текстуры и материалы, сделанные с помощью фотографий реальных объектов.

В данной работе проведен обзор технологий текстурирования 3D-моделей в интерактивных системах. На основе выбранных технологий созданы текстуры и материалы для приложения «Симулятор пожарной ситуации в университете».



Постановка задачи

Цель

· создание текстур и материалов для 3D-моделей объектов университета;

· создание текстур и материалов для поверхностей различных помещений университета.

Исходные данные

· 3D-модель университета;

· 3D-модели объектов;

· Вспомогательная литература по необходимому программному обеспечению (ПО).

Априорные модельные представления

Текстурированные объекты и помещения, которые:

· внешне будут похожи на свои реальные аналоги;

· будут различаться по качеству исполнения в зависимости от использованного метода текстурирования и использованного при этом ПО.

Результат

Текстурированные 3D-модели объектов и помещения университета.

Критерии оценки результата

· визуальное соответствие готовых 3D-моделей реальным объектам;

· положительная оценка качества созданных текстур и материалов экспертом.



Теоретическая часть

Текстуры и материалы

Текстура - растровое изображение, накладываемое на поверхность полигональной модели, для придания ей цвета, окраски или иллюзии рельефа. Приблизительно использование текстур можно легко представить как рисунок на поверхности скульптурного изображения. Использование текстур позволяет воспроизвести малые объекты поверхности, создание которых полигонами оказалось бы чрезмерно ресурсоёмким. Например, шрамы на коже, складки на одежде, мелкие камни и прочие предметы на поверхности стен и почвы.

Качество поверхности текстуры определяется текселями - количеством пикселей на минимальную единицу текстуры. Так как сама по себе текстура является изображением, разрешение текстуры и её формат играют большую роль, которая впоследствии сказывается на общем впечатлении от качества графики в 3D-приложении.

Tекстура является компонентом материала и применяется к объекту только через материал. В 3ds MAX нет такого слова как текстура (texture), вместо него используется слово Map - карта.[1]

Карты - они как и материалы, их можно выбрать при помощи специального навигатора.

Слово "текстура" употребляется чаще применительно к графической картинке, которая была нарисована или получена каким-либо другим способом (отсканирована, отрендерена, сфотографирована цифровым фотоаппаратом, найдена готовой). Иногда под текстурой будем понимают нечто, приготовленное из карт.

Итак, текстура - это свойство материала.

У материалов для разных их свойств (прозрачность, цвет и др.) существуют специальные слоты, в которые можно применять карту. Одна и та же карта может быть применена в разные слоты, при том сразу в несколько слотов. То есть, одна и та же карта (текстура) может определять разные свойства материала или даже сразу несколько свойств.[1]

Материалы бывают разные - основные и материалы-композиторы. Composite - означает составной. То есть, материал-композитор это такой материал, который позволяет создать композицию из нескольких других материалов, то есть он компонует их. У материалов-композиторов карты и текстуры могут использоваться для того, чтобы определить, как будут смешиваться материалы. Как правило, в ход идут текстуры, имеющие светлые и тёмные участки. На тёмных участках размешается один материал, на светлых - другой. На градациях серого - материалы плавно смешиваются между собой.

Точно так же существуют основные карты и карты-композиторы. Но тут чёткую грань провести трудно, потому что во многих основных процедурных картах имеются слоты для под-карт. То есть, если карта сама собой подразумевает наличие участков двух типов, то для каждого участка можно выбрать либо цвет, либо карту, которая будет заполнять участок.[1]

Наложение текстур в 3ds MAX

Autodesk 3ds MAX (ранее 3D Studio MAX) - полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, доразработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32_битных, так и в 64_битных).

В 3ds MAX много всяких опций и методов по наложению текстур, но найти нормальные уроки по текстурированию вообще очень трудно. Даже в файлах справки некоторых подключаемых модулей, которые так или иначе работают с текстурами, можно найти какие-то не вполне грамотные советы.

Другой аспект - сами подключаемые модули (плагины). Есть среди них полезные, например The Essential Textures - которые просто поставляют дополнительные процедурные текстуры в вашу коллекцию. Но очень многие текстурные плагины создаются для того, чтобы каким-нибудь изощрённым способом применить к объекту текстуру. На самом деле, если разобраться с тем, какие же инструменты текстурирования есть в 3ds MAX, то можно обойтись и без всех этих излишеств, а то и даже получить более хорошие результаты. Как правило, текстурные плагины рассчитаны каждый на свой отдельный случай жизни. То есть, например, текстура для применения её к снежным горам или эрозийным ландшафтам. Больше не для чего она не подходит. Полученные таким образом горы и ландшафты часто выглядят чересчур искусственно, да и времени потратить придется на самом деле не меньше, чем при использовании стандартных средств.[2]

Стандартные средства как правило дают более гибкий и чёткий контроль за тем, что мы делаем, мы фактически рисуем всё в ручную, в то время как большинство плагинов делает всё за нас.

Следует различать наложение текстур и рисование текстур. Это не одно и то же. Рисовать текстуры можно при помощи любого графического редактора, такого как Photoshop, а вот накладывать надо - при помощи инструментов 3ds MAX.

Так же в 3ds MAX имеются уже готовые текстуры - процедурные. Это такие текстуры, которые не нарисованы заранее в картинке, а формируются по определённым математическим законам. Такие текстуры, как правило, имеют численные параметры, которые можно менять. Эти текстуры, поскольку они генерируются математически, как правило, довольно примитивны. Это могут быть кирпичи или кафельная плитка, волны, бугорки, пупырышки. Но не такие сложные текстуры, как логотипы, надписи, и окраска шкур животных.[2]

Для того, чтобы применить на объект какой-нибудь сложный рисунок (произвольный, любой), используются текстуры bitmap. В таких текстурах используется какая-либо растровая картинка. 3ds MAX работает с большим количеством форматов: BMP, JPG, GIF, PNG, TGA, TIFF и даже файлы Adobe Photoshop PSD.

Следует иметь в виду, что все эти графические форматы отличаются друг от друга, а именно имеют какие-либо преимущества и недостатки.

К примеру, BMP - самый примитивный формат, в котором поточечно записаны три значения цвета R - красный, G - зелёный и B - синий. JPG - фактически то же самое, только определённым образом закомпрессированное, при том малый объём файла достигается за счёт потери качества. GIF - поддерживает прозрачность, но его недостатком является то, что в нём не может быть больше 256 цветов. А прозрачность очень примитивная - пиксель либо полностью прозрачен, либо полностью непрозрачен.

PNG - пожалуй, очень интересный формат.

Во-первых, компрессия осуществляется без потери качества. Это не позволяет получать файлы очень малого объёма, но в трёхмерной графике это и не надо.

Во-вторых, в этом формате поддерживается полупрозрачность. Помимо стандартных данных о цвете пикселя (R, G, B) есть ещё четвёртый канал - так называемый Альфа-канал (Alpha), в котором хранится информация о прозрачности. Если альфа-канал показывают пользователю, его как правило изображают в чёрно-белом виде. Чёрные пиксели - самые прозрачные, белые - самые непрозрачные, серые - полупрозрачные, в зависимости от яркости.

В-третьих, у PNG может быть больше глубина цвета. То есть, если в BMP и JPG под каждый канал отводится 8 бит (и, соответственно, 256 градаций), то у PNG можно выбрать опцию, чтобы под каждый канал отводилось по 16 бит. Это даёт существенно большее число градаций и бывает полезно в трёхмерной графике, поскольку при этом объект лучше отображается при разном освещении и при постобработке. Правда, обычно этого бывает не надо.

Но основное достоинство формата PNG - именно полупрозрачность. Она позволяет накладывать полупрозрачные текстуры одну поверх другой, или на голый материал.[2]

Для наложения текстур существует очень много разных возможностей, о которых просто необходимо знать для того, чтобы создать качественную модель и добиться желаемого эффекта.

Материалы и карты

У каждого материала есть много свойств. Если посмотреть в редактор материалов в 3ds MAX, то можно увидеть следующее:

1) Напротив некоторых свойств, например, Diffuse, есть маленькие пустые квадраты. Если нажать на такой квадрат, то для него можно будет выбрать карту, и в квадрате появится большая буква "М". Эта буква означает, что для материала выбрана карта, а то, что буква большая, означает, что карта активна. Ведь её можно и выключить, тогда буква станет маленькой. Квадрат - это как бы вход в слот для карты.

2) Так же снизу, под основными свойствами материала есть разворачивающиеся группы меню. Одна из них - Maps - карты. Здесь перечислены все слоты, в которые могут быть применены карты. И их намного больше, чем свойств материала.[3]



Рис. 1. Редактор материалов

Такие свойства есть только у основных материалов. И это именно физические свойства.

· Ambient - цвет в тени

· Diffuse - цвет рассеивания на освещённых участках

· Specular - цвет блика

· Self-Illumination - самосветимость

· Opacity - заполнение, непрозрачность

· Specular Level - уровень блика, яркость блика

· Glossiness - глянцевость

· Soften - мягкость

Вот пример некоторых из свойств, для материала "Стандартный". В группе меню Maps слотов ещё больше, в том числе продублированы и те, которые доступны из группы основных свойств в виде квадратов. Просто некоторые свойства, например отражение (Reflection) можно смоделировать только при помощи карты, но никак не при помощи одного сплошного цвета.

Итак, говоря о группе меню Maps: здесь не только доступно большее количество свойств, но и так же можно включать и выключать слоты при помощи флагов. Если слот выключен, то карта не активна. Когда для свойства имеется цвет или численный параметр, то именно он и будет использован.

Здесь же можно задавать "количество применения" карты. Для большинства карт оно даётся в процентах. По умолчанию для всех (кроме Bump) стоит значение, равное 100. Это значит, что карта, находящаяся в слоте применена на все 100% и полностью игнорируется цвет или численный параметр для соответствующего свойства.

Правда, это не так в случае, когда применяются карты, имеющие прозрачные и полупрозрачные участки. В этом случае через участки, имеющие хоть какую-то прозрачность будет просвечивать установленное нами значение соответствующего свойства.

Если же для какого-нибудь слота задать значение Amount между 0 и 100, то карта смешается с основным свойством в соответствующих пропорциях. Указывается величина для карты, остальные проценты переходят значению свойства.[3]

Свойства материалов могут быть цветными, например Diffuse, Ambient, Specular и нецветными Opacity, Specular Level, Glossiness, Soften. Их легко отличить друг от друга. Напротив названия цветного свойства всегда есть прямоугольник, где можно выбрать цвет, а напротив не цветного свойства - численный параметр. Численный параметр определяет интенсивность свойства, обычно в процентах. Например, Opacity - непрозрачность, определяется процентами. Если мы поставим не 100, а 50, то получим полупрозрачный материал, сквозь который будет просвечивать то, что находится сзади. Если мы поставим 0 - то объекта, к которому будет применён материал, будет не видно вообще, но блик Specular, если для Specular Level стоит значение больше нуля, останется.

Карта для не цветных свойств определяет участки, на которых свойство будет более выражено или менее выражено, и значение в процентах для каждого участка пересчитывается на основе яркости текстуры карты. Для таких свойств можно взять и цветную текстуру, тогда она перед применением сама преобразуется в чёрно-белую.

Особо следует сказать о свойстве Self-Illumination. Можно видеть, что для него есть флажок Color. Если флажок выключен, то Self-Illumination ведёт себя как не цветное параметрическое свойство, и объект светится тем цветом, который применён в слот Diffuse с указанной яркостью. Если же включить Color, то объект будет светиться тем цветом, который мы ему укажем. И если применить цветную карту - он будет светиться этой картой. А если отключить флаг, то применённая карта будет указывать, какие участки станут светиться ярче, а какие - тускнее.

Примечание: Self-Illumination - это такое свечение, при котором объект будет ярким не зависимо от того, находится ли он в тени или на свету, но сам объект другие предметы в сцене не освещает. То есть, источником света он не является. Если требуется, чтобы он что-то освещал, нужно поместить внутрь него лампочку (Omni) и настроить нужным образом её яркость и цвет.[3]

У основных материалов некоторые параметры совпадают, например, у всех есть Diffuse. Другое интересное свойство Bump. Для стандартного материала его можно найти в группе меню Maps. Bump - такой параметр, который может быть задан только в виде карты, но никак не при помощи цвета или величины, потому что это карта рельефа на поверхности. При том не реального рельефа, а иллюзии рельефа. Геометрия объекта при этом не меняется, но при рендеринге кажется, что поверхность рельефная (рис. 2).

a) b) c)

Рис. 2. Пример влияния свойства Bump (процедурная карта Celluar)

a) - Bump-карта не применена

b) - Применена карта Bump со значением Amount = 30

c) - Применена карта Bump со значением Amount = 999

Более светлые участки текстуры соответствуют более высоким частям рельефа, а более тёмные - более низким. Но если применить карту монотонно-белого цвета, объект не станет толще. Такой рельеф - лишь иллюзия, созданная за счёт теней, которые рисуются на гранях только в момент рендеринга. Расположение теней зависит от угла, под которым падает свет на объект и от угла зрения.[3]

Создание развертки для текстурирования

Развёртка поверхности - фигура, получающаяся в плоскости при таком совмещении точек данной поверхности с этой плоскостью, при котором длины линий остаются неизменными.[4]

Правильно сопоставить точки объекта точкам текстурных карт помогает модификатор UVW Map. Он помогает избежать текстурных растяжений и правильно наложить карты на объект.

Модификатор UVW Map сделан так, чтобы можно было наглядно и удобно осуществить наложение карты. На самом же деле, наложение текстуры хранится именно в виде координат наложения, размещённых в канале карты.[5]

Координаты наложения - это координаты неких вершин, на которые натянуты грани объекта. При том, это совсем не те вершины, на которые натянуты грани объекта в пространстве XYZ. Одна и та же грань (для простоты будем рассматривать грань-треугольник) может быть натянута сразу на несколько троек вершин. Первая тройка вершин лежит в пространстве XYZ, а все остальные - в каналах карты. Сколько каналов карт есть у объекта, столько дополнительных наборов вершин будет у этого объекта.

Пространство UVW, оно же канал карты - это параллельное пространство. В нём не существует вершин из пространства XYZ, не существует и вершин из других каналов карт, только вершины из данного канала. А грани - они и в пространстве XYZ и в пространстве UVW все одни и те же, просто в зависимости от координат вершин будут иметь разную форму.

Для попадания в пространство UVW существует модификатор Unwrap UVW (развернуть в UVW-пространстве). Как и модификатор UVW Map он имеет такой параметр как Map Channel, в котором надо указать, в какой канал карты нужно попасть. Этот модификатор за один раз может обрабатывать только один канал карты. Если в течении работы с модификатором канал карты изменится на другой, то потеряются все наработки, сделанные в течении работы с предыдущем каналом. При каждой попытке изменить Map Channel будет выдаваться предупреждение об этом.

Этот модификатор так же можно схлопывать, и тогда сохранятся все сделанные изменения на базовом уровне объекта.[5]

Создание бесшовных текстур в Photoshop и PixPlant

Бесшовная текстура («тайловая», от англ. Tile - плитка) - повторяющаяся, образующая сплошное покрытие текстура.

Photoshop

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 и Windows. Ранние версии редактора были портированы под SGI IRIX, но официальная поддержка была прекращена, начиная с третьей версии продукта.

Для версий 8.0 и CS6 возможен запуск под Linux с помощью альтернативы Windows API - Wine.[6]

Особенности:

Несмотря на то, что изначально программа была разработана как редактор изображений для полиграфии, в данное время она широко используется и в веб-дизайне. В более ранней версии была включена специальная программа для этих целей - Adobe ImageReady, которая была исключена из версии CS3 за счёт интеграции её функций в сам Photoshop, а также включения в линейку программных продуктов Adobe Fireworks, перешедшего в собственность Adobe после приобретения компании Macromedia.

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.

Из-за высокой популярности Photoshop поддержка специфического для неё формата PSD была реализована во многих графических программах, таких как Macromedia Fireworks, Corel PHOTO-PAINT, WinImages, GIMP, Corel Paint Shop Pro и других.

Photoshop поддерживает следующие цветовые модели или способы описания цветов изображения (в нотации самой программы - режим изображения): RGB, LAB, CMYK, Grayscale, Bitmap,Duotone, Indexed, Multichannel

Поддерживается обработка изображений, как с традиционной глубиной цвета 8 бит (256 градаций на один канал), так и с повышенной 16 и 32 бит (65'536 и 4'294'967'296 градаций на канал соответственно). Возможно сохранение в файле дополнительных элементов, как то: направляющих (Guide), каналов (например, канала прозрачности - Alpha channel), путей обтравки (Clipping path), слоёв, содержащих векторные и текстовые объекты. Файл может включать цветовые профили (ICC), функции преобразования цвета (transfer functions), пропорции пиксела (Pixel Aspect Ratio).[6]

Pixplant

Pixplant - инструмент для создания высококачественных бесшовных текстур из фотографий. При создании текстуры можно указывать, должна ли она быть бесшовной по горизонтали и/или по вертикали, исключать из процесса генерации некоторые части исходного изображения, задавать повторяемость и прочее. Можно сохранить множество времени благодаря использованию технологии применяемой в программе, которая за четыре клика создаст бесшовную текстуру. Утилита реализована в виде отдельной программы и в виде плагина для Adobe Photoshop.[7]

Особенности:

Исходя из реальных фотографий, программа создает реалистичные текстуры без каких-либо искажений

Создание текстур в высоком разрешении и качестве из исходного изображения

Быстрое создание уникальных бесшовных текстур

Позволяет генерировать неповторяющиеся текстуры



Практическая часть

В начале работы над проектом мною была проведена фотосъемка первого корпуса университета, в которую входило создание фотографий поверхностей (пол, стены, потолок) помещений, коридоров, объектов (таких как столы, стулья, мониторы, системные блоки и т. д.).

Наложение текстур на объект с помощью Material Editor в 3ds MAX

Данный метод будет рассмотрен на примере модели стола

Рис. 3. Исходная модель

Открываем Material Editor, напротив Diffuse нажимаем на квадрат

Рис. 4. Material Editor

В окне Material/Map Browser раскрываем выпадающий список Maps и выбираем Bitmap

Рис. 5. Material/Map Browser

Выбираем на локальном диске нужное изображение и нажимаем ОК.

Далее применяем материал к выбранным поверхностям объекта

Рис. 6. Выбор и применение



Повторяем это действие для всех поверхностей

Рис. 7. Применение

Вот так в результате выглядит готовый стол

Рис. 8. Готовый стол

Решение выбрать данный метод текстурирования для большинства моделей обусловлено относительной простотой реализации и небольшими затратами времени на создание одного объекта.

Создание развертки 3D-объекта в 3ds MAX

Для некоторых объектов был использован метод текстурирования моделей с помощью развертки, он будет рассмотрен на примере модели системного блока компьютера.

Создание развертки - это по сути назначение текстурных координат вершинам. И прежде чем задавать какие-то координаты, очень не плохо иметь уже готовые, пускай и автоматически сгенерированные, координаты. Поэтому для начала наложим на объект модификатор UVW Map. У объекта не должно быть выделено никаких подобъектов (вершин, ребер, полигонов), иначе модификатор применится именно к этим элементам. Далее надо сгенерировать подходящие координаты, выбрав наиболее близко описывающий объект форму гизмо, в данном случае это коробка:

Рис. 9. Выбор формы

После этого гизмо (оранжевые линии вокруг объекта) не охватывают весь размер объекта, необходимо промасштабировать его, перейдя на вкладку Gizmo

или нажать кнопу Fit

Рис. 10. Масштабирование

Теперь у нас есть назначенные текстурные координаты, только их нужно немного изменить до нужного нам состояния. Поэтому назначаем объекту модификатор Unwrap UVW. Если нажать кнопку Open UV Editor:

Рис. 11. Открытие UV Editor

То откроется окно, где можно редактировать текстурные координаты. Благодаря первому шагу и использованию модификатора UVW Map, там уже что-то есть. А именно тут есть зеленые линии, которые символизируют полигоны. Нажимаем кнопку Filter Selected Faces, чтобы не выделенные полигоны не мешали работать

Рис. 12. Окно редактирования

Теперь перейдем в режим редактирования полигонов модификатора Unwrap UVW

Рис. 13. Выбор режима редактирования

Выделим полигоны передней панели, это можно сделать быстрее, выключив опцию Ignore Backfacing (при выделении будут выделяться все полигоны, попавшие в рамку, в том числе и те, которые развернуты в обратную сторону от камеры)

развертка autodesk adobe photoshop

Рис. 14. Выделение полигонов

Переходим в окно редактирования текстурных координат (кнопкой Edit)

Рис. 15. Окно редактирования

После, используя масштабирование и перемещение, приводим эти полигоны к вот такому виду

Рис. 16. Масштабирование

Далее выделим левую сторону системного блока

Рис. 17. Выделение стороны

В окне редактирования это будет выглядеть так

Рис. 18. Окно редактирования

Если нажать кнопку Quick Planar Map

Рис. 19. Quick Planar Map

то текстурные координаты выделенных полигонов будут изменены таким образом, что как будто они спроецированы на плоскость оранжевого гизмо (которое всегда появляется вокруг выделенных полигонов).

Рис. 20. Окно редактирования

Приводим левую сторону к вот такому состоянию

Рис. 21. Размещение левой стороны



Аналогичные действия произведем с правой стороной

Рис. 22. Размещение правой стороны

Таким же образом делаем верхнюю, нижнюю и заднюю строну системного блока



Рис. 23. Размещение всех сторон

Создание развертки закончено. Теперь необходимо получить ее графическое изображение, для дальнейшей обработки. Для этого заходим в окно редактирования текстурных координат Tools->Render UVW Template. Откроется такое окно

Рис. 24. Render UVW Template

Настройки ширины (width) и высоты (height) лучше делать одинаковыми, чтобы получалась квадратная текстура, причем не просто одинаковыми, а равными степени двойки (256, 512, 1024, 2048 и т.д.), так можно добиться более быстрой обработки текстуры видеокартой. Но при этом следует учесть, чем больше текстура, тем больше памяти необходимо для ее загрузки (и качество при этом тоже выше). Параметр Mode ставим Solid и убираем галку рядом с Show Overlap, жмем кнопку Render UV.[8]

Далее, используя кнопку Save Image, сохраняем картинку на локальный диск. Потом открываем ее в Photoshop и “раскрашиваем” полученную развертку.

Рис. 25. Раскрашенная развертка

Создание текстуры закончено, далее нужно наложить ее на объект.

Открываем редактор материалов (кнопка М), щелкаем по квадрату рядом с Diffuse

Рис. 26. Редактор материалов

В появившемся окне в выпадающем списке Maps выбираем Bimap, после этого 3ds MAX предложит выбрать файл текстуры, открываем созданный файл. Далее нажимаем кнопку Assign Material to Selection и применяем созданный материал к объекту

Рис. 27. Готовый системный блок

Создание текстур в Photoshop

Для создания бесшовных текстур поверхностей помещений университета, а именно текстур с узором или ярко выделяющимся рисунком, я воспользовался программой Adobe Photoshop.

Создание такой текстуры покажу на примере фотографии линолеума, подходящего для большинства кабинетов первого корпуса. Я создал из нее квадратную текстуру в разрешении 1024 x 1024.

Рис. 28. Фотография линолеума

Открываем снимок в Photoshop. И инструментом Crop (Обрезка {C}) вырезаем нужный участок. При вырезании нужно зажать Shift что бы область была квадратной. Перед отсечением можно повернуть рамку, добиться того, что бы ряд многоугольников был параллелен одной из сторон рамки (для поворота перемещаем курсор за ее границы, он изменится на двойную изогнутую стрелку, теперь можно вращать).

Так как я делаю текстуру с регулярным узором, мне нужно выправить перспективные искажения, иначе текстура не сойдется (с текстурой штукатурки, создание которой будет рассмотрено в следующем разделе, все проще).

Для этого, нужно дважды щелкнуть по слою Background и в появившемся окне нажать ОК (разблокируется слой). Затем, с помощью свободной трансформации {Ctrl+T} выровнять ряды многоугольников.

При использовании свободной трансформации можно нажать Ctrl - так будет двигаться каждый узел независимо. Если отпустить Ctrl - будет перемещаться вся сторона.

Вот что у меня получилось

Рис. 29. Измененная фотография

После того, как картинка была выровнена, нужно вновь обрезать ее что бы удалить пиксели зашедшие за края. Иначе, при следующем шаге рискуем получить странный результат (при трансформации пиксели могут попасть за границы документа).

Воспользуемся фильтром Offset.

Filter - Other - Offset (Фильтр - Другие - Смещение)

Этот фильтр сдвигает изображение по горизонтали и вертикали. Сначала, сдвигаем текстуру по вертикали на половину

Рис. 30. Фильтр Offset

(Т.к. текстура 1024, смещаем на +512) После применения фильтра сразу видно как стыкуются ряды фигур.

После того как с вертикальной сходимостью закончено, сдвигаем текстуру влево (фильтром Offset). Здесь требуется поработать штампом (инструмент Clone Stamp {S}).

Штамп копирует участки изображения с одного места на другое. Что бы указать редактору откуда брать фрагмент нажмием Alt и кликаем мышкой. Затем рисуем штампом там, где хотим убрать шов.

После того как швы убраны, можно исправить остальные дефекты изображения - черные точки. Теперь осталось только подогнать текстуру под нужный размер. Применяем команду Image - Image Size и вим нужное значение высоты и ширины в пикселях (в моем случае это 1024 х 1024)

Рис. 31. Отредактированная текстура

Но зачастую, после наложения такой текстуры заметно, что она повторяется. Небольшие перепады яркости, какие-то пятна и т.д.

Можно проверить, как повторяется текстура, не выходя из редактора. В меню Edit, выбираем Define Pattern. Появится окно для добавления текстуры в коллекцию пресетов. Нажмаем ОК. Затем создаем новый документ в несколько раз больший чем текстура, например в 5 раз. И нажимаем Shist+F5, что равносильно команде заливка (Edit - Fill).

Рис. 32. Меню заливки

Выбираем тип заливки - текстура (паттерн). Выбираем наш паттерн, он последний. Нажимаем ОК, и видим как наша текстура повторяясь заполнила изображение

Рис. 33. Применение заливки

Повторения слишком заметны, текстуру нужно доработать. Убрать неоднородные детали и перепады по яркости. Перепад по яркости можно выровнять автоматически.

Рядом с фильтром Offset, в Photoshop, есть фильтр High Pass (высокий проход).

High Pass это фильтр низкой частоты. Он сглаживает большие по площади колебания яркости, оставляя не тронутыми колебания которые имеют мелкую фактуру.

Из-за того, что High Pass действует сразу во всех каналах, цвета искажаются. Но это не страшно. Этим фильтром очень удобно выравнивать яркостную составляющую текстуры, и в большинстве случаев это работает, делая повторения текстуры не такими заметным.[9]

Далее выполняем последовательность действий:

1. Скопируем слой с текстурой {Ctrl+J}

2. Обесцветим его {Ctrl+Shift+U}

3. Меняем режим смешивания этого слоя на Luminosity (Яркость)

4. Применяем фильтр Hight Pass с подходящим радиусом.

Для данной текстуры подойдет радиус в пределах 20-35 пкс.

Готовая текстура

Рис. 34. Готовая текстура

Создание текстур в PixPlant

Для создания бесшовных текстур, на которых нет сложных узоров и других явно выделяющихся рисунков, я воспользовался программой PixPlant. Данная программа ускоряет процесс и позволяет сэкономить достаточно много времени благодаря использованию применяемых в программе технологий.

Я использовал вариант утилиты, реализованной в виде отдельной программы (также существует вариант с плагином для Photoshop).

Создание монотонной (с однообразным, повторяющимся узором) текстуры на примере фотографии штукатурки стен 2го этажа первого корпуса университета.

Рис. 35. Фотография штукатурки

Указываем размер будущей текстуры через команду File - New Texture:

Рис. 36. Создание новой текстуры

Откроется новое диалоговое окно в котором собственно и задается размер изображения в пикселях:

Рис. 37. Указывание размера

По умолчанию размер будет равен 1024+1024 пикселей.

Добавляем изображения из которого будем создаваться бесшовная текстура. Для этого в правом верхнем углу программы нажимаем кнопку Add и во всплывающем меню выбираем строчку Add Seed from File

Рис. 38. Добавление изображения

Выбираем нужное изображение на локальном диске, жмем OK. Изображение появится в правом углу

Рис. 39. Главное окно

Чтобы сгенерировать бесшовную текстуру нужно нажать кнопку Generate, которая расположена внизу. После этого текстура будет создана. Что бы ее сохранить нужно нажать File - Save Texture. Можно выбрать в каком формате сохранить, дать название, далее нажать OK.

Рис. 40. Готовая текстура

Теперь кратко расскажу о дополнительных полезных инструментах утилиты.

Справа находится меню Seed Scale, в котором расположены два ползунка Width и Height

Рис. 41. Seed Scale

Благодаря этим ползункам можно настроить «детализацию» текстуры.

Допустим нужно увеличить количество кирпичей. В Photoshop на это пришлось бы потратить довольно много времени. Здесь все делается несколько проще - при движении ползунков в левую сторону увеличивается детализация, при движении вправо соответственно уменьшается.

Рис. 42. Изменение детализации

Главное не забывать после изменения ползунков нажимать кнопку Generate.

Нажав по кнопке можно попасть в полноэкранный режим, в котором можно прокручивать изображение и тем самым указывать, какие детали будут в зоне видимости, а какие будут скрыты.[10]

Добавление карт нормалей и бликов в программе PixPlant для создания материалов

Для большинства созданных текстур были добавлены карты нормалей и бликов (только для некоторых объектов) с помощью программы PixPlant. Примеры материалов для рассмотренных в предыдущих разделах объектов показаны ниже.

Рис. 43. Стол

Рис. 44. Системный блок

Рис. 45. Линолеум

Рис. 46. Штукатурка



Заключение

Целью дипломного проекта являлось создание текстур и материалов для объектов и поверхностей помещений первого корпуса университета «Дубна».

В ходе проделанной работы были сделаны фотографии помещений и различных предметов, расположенных в них.

Были рассмотрены различные методы создания и наложения текстур (сделанных на основе полученных фотографий) в программах Autodesk 3ds MAX и Adobe Photoshop. Материалы с использованием карт нормалей и бликов были созданы в программе PixPlant.

Данные материалы в дальнейшем будут использованы для создания 3D-симулятора пожарной ситуации в университете МУПОЧ «Дубна» с целью повышения визуального соответствия 3D-моделей реальным объектам, что также являлось одним из критериев выполнения работы.



Список литературы

1. 3ds MAX для начинающих. Глава 21: Введение в мир текстур. [Электронный ресурс]. - 2006.

URL: http://teapot3d.narod.ru/Articles/3dsmaxbasechar/c21.htm

2. 3ds MAX для начинающих. Часть 3: Текстурирование. [Электронный ресурс]. - 2006.

URL: http://teapot3d.narod.ru/Articles/3dsmaxbasechar/p03.htm

3. 3ds MAX для начинающих. Глава 21: Введение в мир текстур. Материалы и карты. [Электронный ресурс]. - 2006.

URL: http://teapot3d.narod.ru/Articles/3dsmaxbasechar/c21.htm

4. Константинов В. Создание развертки. [Электронный ресурс]. - 2006.

URL: http://www.avalon.ru/OpenLessons/3dsMax/Lessons/Unwrap-UVW

5. 3ds MAX для начинающих. Глава 23: Редактор развертки. [Электронный ресурс]. - 2006.

URL: http://teapot3d.narod.ru/Articles/3dsmaxbasechar/c23.htm

6. Adobe Photoshop // Википедия : свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. - 2013.

URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Adobe_Photoshop

7. PixPlant - Great 3D Textures Quickly. About PixPlant. [Электронный ресурс]. - 2013. URL: http://www.pixplant.com/about.php

8. Уроки 3ds MAX для начинающих. Урок №15. [Электронный ресурс]. - 2012.

URL: http://3d-box.ru/urok_15_znakomstvo_s_sozdaniem_razvertki_dlya_teksturirovaniya_obektov.htm

Размещено на Allbest.ru