Изучение 3D моделирования в AUTODESK 3DS MAX 2008 на факультативах в школе

Еще один используемый в трехмерной графике способ моделирования - работа с редактируемыми поверхностями. Программа 3ds Max 2008 позволяет работать со следующими типами редактируемых поверхностей:

* Editable Mesh (Редактируемая поверхность);

* Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность);

* Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность);

* NURBS Surface (NURBS-поверхность).

Практически любой объект 3ds Max 2008 можно преобразовать в один из этих типов поверхностей. Для этого правой кнопкой мыши вызовите контекстное меню, щелкните на пункте Convert To (Преобразовать) и в появившемся подменю выберите один из типов [7,48].

Все эти методы построения поверхностей схожи между собой, различаются они настройками моделирования на уровне подобъектов. Переключаясь в различные режимы редактирования подобъектов, можно перемещать, масштабировать, удалять, объединять подобъекты.

В объектах типа Editable Mesh (Редактируемая поверхность) модель состоит из треугольных граней. Для работы с Editable Mesh (Редактируемая поверхность) можно использовать режимы редактирования Vertex (Вершина), Edge (Ребро), Face (Грань), Polygon (Полигон) и Element (Элемент).

В объектах типа Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) модель состоит из многоугольников. Для работы с такими объектами можно использовать режимы редактирования Vertex (Вершина), Edge (Ребро), Border (Граница), Polygon (Полигон) и Element (Элемент).

В объектах типа Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность) модель состоит из лоскутов треугольной или четырехугольной формы, которые создаются сплайнами Безье. Особенность этого типа редактируемой поверхности - гибкость управления формой создаваемого объекта. Для работы с Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность) можно использовать режимы редактирования Vertex (Вершина), Edge (Ребро), Patch (Патч), Element (Элемент) и Handle (Вектор).

NURBS Surface (NURBS-поверхность) - это поверхность, построенная на NURBS-кривых. Этот метод создания поверхностей основан на неоднородных рациональных В-сплайнах (Non Uniform Rational B-Splines). Чаще всего данный способ используется для моделирования органических объектов, анимации лица персонажей. Этот метод является самым сложным в освоении, но вместе с тем самым гибким.

Объект Editable Mesh (Редактируемая сетка) предназначен для создания основных форм трехмерных моделей. Он не является параметрическим объектом, то есть у него нет параметров, как, например, у примитивов. Практически любой трехмерный объект можно преобразовать в редактируемую сетку (поверхность). После преобразования его можно использовать для полигонального моделирования.

Настройки режимов редактирования объединены в четыре основных свитка - Selection (Выделение), Soft Selection (Плавное выделение), Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик) и Surface Properties (Свойства поверхности). Эти свитки одинаковы для всех режимов, однако инструменты в них могут отличаться в зависимости от выбранного типа подобъектов.

Свиток Selection (Выделение) содержит настройки выделения подобъектов. С помощью этого свитка можно быстро переключаться между режимами редактирования подобъектов.

При установке флажка Ignore Backfacing (Игнорировать невидимые участки) производится выделение только тех областей объектов, которые обращены к зрителю.

Редактируя поверхность, часто бывает удобно скрыть те или иные элементы оболочки. Поскольку стандартная команда Hide Selection (Скрыть выделение) в данном случае не позволяет этого сделать, эту операцию можно выполнить, используя кнопку Hide (Скрыть). Для отображения всех скрытых объектов сцены необходимо нажать кнопку Unhide All (Отобразить все).

Свиток Soft Selection (Плавное выделение) позволяет использовать функцию плавного выделения. Эта возможность часто применяется в процессе моделирования трехмерных объектов. Суть этого метода состоит в том, чтобы при перемещении одного типа подобъектов на выделенные элементы объекта оказывалось воздействие с силой, зависящей от расстояния, на котором эти элементы находятся от центра выделения. Для включения этого режима нужно установить флажок Use Soft Selection (Использовать плавное выделение). Расстояние, на которое распространяется воздействие в режиме Soft Selection (Плавное выделение), устанавливается параметром Falloff (Спад). Характер распространения воздействия на прилегающие подобъекты определяется параметрами Pinch (Сужение) и Bubble (Выпуклость). В этом же свитке отображается кривая воздействия на выделенную область. При изменении значений параметров этого свитка кривая изменяет свою форму, что позволяет визуально определить характер выделения. Функция плавного выделения доступна во всех режимах редактирования подобъектов.

В свитке Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик) расположены основные инструменты для работы с редактируемыми поверхностями. С помощью инструментов этого свитка вы можете создавать подобъекты (Create (Создать)), удалять их (Delete (Удалить)), присоединять к оболочке (Attach (Присоединить)) или, наоборот, отсоединять их (Detach (Отделить)), создавая отдельные объекты.

Один из инструментов, который часто используется при редактировании поверхностей, - Extrude (Выдавливание). С помощью этой операции можно произвести перемещение выделенных подобъектов на определенную длину. Другой инструмент - Bevel (Выдавливание со скосом) - по своему действию напоминает Extrude (Выдавливание), однако, в отличие от последнего, позволяет производить выдавливание выделенного подобъекта под определенным углом, что позволяет управлять его площадью. Инструмент Bevel (Выдавливание со скосом) используется только в режимах редактирования Polygon (Полигон) и Face (Грань). Инструмент Chamfer (Фаска) используется для создания фаски на месте ребра или вершины.

При использовании инструментов Extrude (Выдавливание) и Bevel (Выдавливание со скосом) результат их воздействия зависит от положения переключателя Normal (Нормаль): Group (Общие) или Local (Выборочные). В первом случае используется усредненная нормаль по всем выделенным подобъектам, а во втором выдавливание происходит в направлении нормалей каждого выделенного подобъекта.

Некоторые инструменты редактируемых поверхностей по своему действию напоминают модификаторы 3ds Max. Кроме рассмотренных выше инструментов Extrude (Выдавливание) и Bevel (Выдавливание со скосом), напоминающих одноименные модификаторы, в свитке Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик) содержится аналог модификатора Slice (Срез). Этот инструмент называется Slice Plane (Плоскость среза). После нажатия кнопки с таким названием в середине объекта появится схематически обозначенная плоскость. С помощью этой плоскости можно разрезать подобъекты, изменяя таким образом топологию редактируемой поверхности.

Плоскость можно перемещать вдоль осей, вращать и масштабировать. После подбора требуемого положения плоскости среза необходимо нажать кнопку Slice (Срез), после чего будет произведена операция разрезания. Если нужно разделить полученные части, проследите, чтобы перед использованием этого инструмента был установлен флажок Split (Разделить).

Если необходимо разрезать оболочку объекта вручную, используется инструмент Cut (Разрез).

В процессе редактирования оболочки Editable Mesh (Редактируемая поверхность) может возникнуть необходимость увеличить плотность полигональной структуры. Это может понадобиться, например, в тех случаях, когда необходимо увеличить разрешение оболочки модели в месте сгиба (представьте локтевой сустав персонажа или лицевой мускул). Для этих целей служит операция Tessellate (Разбиение граней). Топология сетчатой поверхности, образованной в результате использования инструмента разбиения подобъектов, зависит от того, в каком положении находится переключатель by (Разбить по). Если выбран режим уплотнения полигональной структуры Edge (По ребру), то на месте разбиваемой грани образуются четыре новые грани, если же используется режим Face-Center (По центру грани), то на месте разбиваемой грани образуются три новые. Операция Tessellate (Разбиение граней) работает в режимах редактирования подобъектов Face (Грань), Polygon (Полигон) и Element (Элемент).

Инструмент Explode (Взрыв) воздействуя на выделенные подобъекты, преобразовывает их в самостоятельные объекты или элементы редактируемой оболочки.

Инструмент Collapse (Удаление) удаляет выделенный подобъект, стягивая на его место прилегающие подобъекты.

Свиток Surface Properties (Свойства поверхности) используется для определения участков сглаживающих групп.

Группой сглаживания называется совокупность граней, к которым применено автоматическое сглаживание. Примыкающие друг к другу группы сглаживания образуют острые ребра. Чтобы назначить выбранным подобъектам определенную группу сглаживания, необходимо выделить требуемые подобъекты, после чего ввести нужный номер сглаживающей группы и нажать Enter.

Полигональными являются объекты, основанные на сетке полигонов, из которых состоит поверхность этих объектов. Они похожи на объекты Editable Mesh (Редактируемая поверхность), но обладают уникальными возможностями. Эти объекты доступны только как Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность). В них могут быть преобразованы любые геометрические объекты сцены путем конвертации в Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность), а также после применения модификатора Edit Poly (Редактирование полигонов) или Poly Select (Выделение полигонов) [17, 47].

Инструментарий редактируемой поверхности Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) напоминает средства редактирования поверхности Editable Mesh (Редактируемая поверхность), однако он имеет дополнительные возможности.

Настройки режимов редактирования объединены в шесть свитков - Selection (Выделение), Soft Selection (Плавное выделение), Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик), Subdivision Surface (Поверхность разбиения), Subdivision Displacement (Смещение разбиения) и Paint Deformation (Деформация кистью). Эти свитки одинаковы для всех режимов, однако инструменты в них могут различаться в зависимости от выбранного типа подобъектов. Кроме этого, имеются дополнительные свитки, которые изменяются в зависимости от режима [5, 154].

Свиток Selection (Выделение) содержит настройки для выделения подобъектов и параметр Ignore Backfacing (Игнорировать невидимые участки).

В отличие от Editable Mesh (Редактируемая поверхность), здесь также есть инструмент Grow (Выращивать). Его очень удобно использовать, когда необходимо увеличить радиус выделения. При каждом последующем нажатии кнопки Grow (Выращивать) к выделенной области добавляются примыкающие подобъекты. Действие Shrink (Сокращать) является обратным операции Grow (Выращивать). Так, если использовать эту функцию для группы выделенных подобъектов, то при каждом последующем нажатии кнопки Shrink (Сокращать) будет убираться выделение крайних подобъектов.

Инструменты Ring (По кругу) и Loop (Кольцо) используются только в режимах редактирования подобъектов Edge (Ребро) и Border (Граница). Первый инструмент позволяет выделить подобъекты по периметру модели, а второй - те, которые расположены на одной линии с выделенными. Удобные инструменты прокрутки, расположенные рядом с кнопками, позволяют перенести выделение на прилегающие области. Каждый щелчок на инструменте прокрутки смещает выделение на одно ребро или на одну границу.

Инструменты свитка Soft Selection (Плавное выделение) повторяют те, которые доступны при редактировании поверхности типа Editable Mesh (Редактируемая поверхность). Однако они дополнены областью Paint Soft Selection (Плавное выделение кистью). С помощью находящихся там инструментов можно вручную определять характер мягкого выделения, используя виртуальную кисть. Чтобы наблюдать выделение с помощью инструмента Paint Soft Selection (Плавное выделение кистью), необходимо до начала его использования, нажав кнопку Shaded Face Toggle (Переключение в режим затененных поверхностей), включить режим, при котором подобъекты будут по-разному окрашиваться в зависимости от степени влияния на них выделения.

Для более точной настройки параметров кисти можно использовать окно Painter Options (Настройки рисования), которое вызывается кнопкой Brush Options (Настройки кисти). Используя кривую деформации в данном окне, вы можете точно описать профиль выдавливаемой поверхности.

Инструменты, которые в Editable Mesh (Редактируемая поверхность) вынесены в свиток Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик), в Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) разбиты на два свитка. Это объясняется тем, что инструментов редактирования Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) значительно больше. Первый свиток носит переменное название - Edit Vertices (Редактирование вершин), Edit Polygons (Редактирование полигонов), Edit Edges (Редактирование ребер), Edit Borders (Редактирование границ) и Edit Elements (Редактирование элементов), а второй - постоянное, Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик).

В свитке Edit Geometry (Редактирование геометрических характеристик) присутствуют инструменты создания (Create (Создание)), присоединения к оболочке (Attach (Присоединить)) и отсоединения от нее (Detach (Отделить)), два инструмента разрезания - Slice Plane (Плоскость среза) и Cut (Разрез), а также инструменты разбиения Tessellate (Разбиение граней) и удаления Collapse (Удаление). Сюда еще вынесены инструменты для скрытия (Hide Selected (Скрыть выделенное)) и отображения (Unhide All (Показать все)) выделенных подобъектов.

Некоторые инструменты Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) содержат небольшой значок Settings (Настройки), расположенный справа от кнопки с названием инструмента. С ее помощью осуществляется доступ к настройкам инструмента. Эта кнопка заменяет поле ввода числовых значений, которое присутствует в инструментах Editable Mesh (Редактируемая поверхность).

Инструмент MSmooth (Сглаживание) является аналогом модификатора MeshSmooth (Сглаживание), однако, в отличие от последнего, работает с выделенными подобъектами. Инструмент Relax (Ослабление) также повторяет действие одноименного модификатора.

Кнопка Repeat Last (Повторить последнее действие) позволяет повторить действие последнего инструмента, использовавшегося при редактировании Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность).

В свитке, название которого, напомним, изменяется в зависимости от того, какой режим редактирования подобъектов выбран, вы увидите уже привычные инструменты Extrude (Выдавливание), Bevel (Выдавливание со скосом), Chamfer (Фаска). По сравнению с подобным инструментом Editable Mesh (Редактируемая поверхность), возможности инструмента Chamfer (Фаска) шире. Например, когда вы используете Chamfer (Фаска) для Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность), поверхности, образованные в результате применения инструмента, можно удалить.

Инструмент Outline (Контур), присутствующий только в режиме редактирования Polygon (Полигон), позволяет управлять площадью выделенного полигона. При помощи Bridge (Мост) можно управлять формой трехмерной оболочки, выстраивая полигоны между двумя и более выделенными элементами сетки модели. Этот инструмент доступен в режимах Polygon (Полигон), Edge (Ребро) и Border (Граница).

Инструмент Hinge From Edge (Поворот вокруг ребра) позволяет повернуть полигон вокруг выделенного ребра. Инструмент Extrude Along Spline (Выдавить по сплайну) позволяет производить операцию выдавливания, используя заданную форму сплайна. Эти инструменты доступны только в режиме редактирования Polygon (Полигон).

Инструмент Flip (Обратить) позволяет обратить нормали выделенного участка. Он доступен в режимах Polygon (Полигон) и Element (Элемент). Инструмент Connect (Соединить) соединяет центры выделенных ребер, а Сар (Замкнуть), присутствующий только в режиме редактирования Border (Граница), замыкает образованные пустоты внутри замкнутых границ полигоном.

Полигональное моделирование - один из самых распространенных способов создания моделей в трехмерной графике. Несмотря на то, что в 3ds Max реализовано достаточно большое количество средств для создания объектов на основе Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность), эти инструменты не всегда удобны. Например, иногда желательно, чтобы объект был словно пластилиновый, и с трехмерной моделью можно было работать так, как скульптор работает с глиной [3, 45].

В 3ds Max 2008 в настройках Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность) находится свиток Paint Deformation (Деформация кистью), который позволяет деформировать объект именно таким образом. Он предоставляет в распоряжение разработчика трехмерной графики набор кистей, при помощи которых можно вдавливать и смещать положение вершин сетки объекта. Свиток Paint Deformation (Деформация кистью) очень удобно использовать при работе с оболочками, содержащими большое количество полигонов.

Характером деформации, производимой кистью, можно управлять с помощью параметров Push/Pul Value (Сила вдавливания/вытягивания), Brush Size (Размер кисти) и Brush Strength (Сила воздействия кисти). Если требуется сгладить слишком выступающие части модели, используйте кнопку Relax (Ослабление). Кнопка Revert (Возврат) служит для отмены созданной деформации. Производя движения кистью в режиме Revert (Возврат), вы можете отменить действие Paint Deformation (Деформация кистью) на отдельных участках.

Для более точной настройки параметров кисти можно использовать окно Painter Options (Настройки рисования), которое вызывается кнопкой Brush Options (Настройки кисти).

В объектах типа Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность) модель состоит из лоскутов треугольной или четырехугольной формы, которые создаются сплайнами Безье.

Patch Grids (Сетки патчей) - это поверхности Безье, состоящие из четырехугольных (реже треугольных) фрагментов (лоскутов), основанных на сплайнах, которые управляются при помощи манипуляторов Безье.

Меню Create (Создание) содержит два параметрических объекта фрагментов Безье, но большинство объектов создается путем преобразования в Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность).

Моделирование при помощи фрагментов Безье имеет следующие преимущества перед другими способами создания объектов:

* автоматическое сглаживание стыков между фрагментами, при котором получается плавный переход от одного фрагмента к другому;

* управление фрагментами при помощи манипуляторов Безье;

* возможность управления топологией (плотностью) фрагментов Безье,

что позволяет при незначительных затратах получить сглаженную модель;

* окончательная модель представляет собой полностью бесшовный каркас, который легко поддается анимированию.

Однако такое моделирование обладает и определенными недостатками:

* автоматическое сглаживание стыков из преимущества превращается в

недостаток, когда необходимо выполнить моделирование излома поверхности (например, ногтя);

* фрагменты Безье слишком велики, поэтому работать с маленькими элементами или деталями объекта неудобно.

NURBS - это поверхности или кривые, форма которых описывается неоднородными рациональными В-сплайнами.

Такие поверхности хорошо подходят для создания органических поверхностей, дают возможность неплохого интерактивного контроля над объектом, хотя и не так просты в использовании. Применение NURBS-поверхностей позволяет достичь лучших результатов при моделировании объектов со сглаженными формами, нежели приемы полигонального моделирования. [20,113].

NURBS-объекты представлены двумя видами поверхностей и кривых:

* CV-кривые (кривые с контрольными вершинами) - содержат управляющую решетку с вершинами, с помощью которых можно изменять форму отдельной кривой или всей поверхности.

* Точечные кривые - подобно обычным кривым, строятся по контрольным точкам, которые позволяют более тонко, чем в случае с обычными сплайнами, управлять формой кривой или поверхности.

Точно так же поверхности NURBS подразделяются на точечные и CV (с контрольными вершинами), сохраняя свои свойства аналогично кривым. Они состоят из набора NURBS-кривых, связанных между собой. В NURBS-объекты можно преобразовывать сплайны и стандартные примитивы 3ds Max.

NURBS-поверхности предпочтительнее полигональных при моделировании плавных поверхностей объектов, таких, как растения, животные, цветы и т.д.

Рассмотрев литературу по созданию моделей при помощи редактируемых поверхностей можно сказать:

Выделяют такие типы редактируемых поверхностей:

* Editable Mesh (Редактируемая поверхность);

* Editable Poly (Редактируемая полигональная поверхность);

* Editable Patch (Редактируемая патч-поверхность);

* NURBS Surface (NURBS-поверхность).

Эти модели применяются для создания органических моделей, архитектурных сооружений, анимации персонажей.

Заключение