Сучасні пакети прикладної графіки

Для розробки сцени, в якій єдиним персонажем є об’ємний текст, навіть початківцю може знадобиться менше години. Створення трохи складнішої моделі типу простої сцени із будинком може зайняти від пари днів до декількох тижднів. Побудова продвинутої моделі — спортивного автомобіля або ландшафта із науково-фантастичного фільму — відбере значно більше часу. Створення органічних моделей, таких, як рослини, тварини або люди, — із підвищеними вимогами до реалістичності — найбільш складна робота, яка незалежно від програми, яку ви використовувєте або навиків користувача може зйняти декілька тижнів напруженої праці.

Сцена оживає на наступному етапі — при завданні атрибутів поверхні або «відображенні». Наприклад, можна преобразувати просту поверхню у кам’яний мур з єгипетськими ієрогліфами на ній, задавши для неї потрібне растрове зображення, — цей процес називається «накладення текстури» (texture mapping). Схожий процес, «накладення рельєфу» (bamp mapping), дозволяє витягати або гравірувати поверхню, перетворюючи її у пересечену місцевість із кучугурами і ярами. У подальшому сцену можна покращити, додавши джерела освітлення, задавши розташування камери або оживити тіло зображення растровим зображенням або текстурою. Хоча цей процес досить простий, нинішній митець може годинами возитися із картинкою, доводячи її до досконілості або до абсурду.

Після того, як спрага творчості буде задовільнена, можна приступати до рендерингу сцени. Рендеринг — це процес, у результаті якого ваші креслення у трьохвимірному світі, перетворюються у дуже гарне двовимірне зображення обо ролик, який насправді виглядає як тривимірний. Існує два основних засоби рендерингу зображень: засіб сканування рядків (scan-line) і засіб трасирування променів (ray tracing). Найбільш розповсюджений засіб, це засіб сканування рядків; з його допомогою зображення обробляється значно швидше, але результати одержуються менш реалістичними. Трасирування променів дає більш фотореалістичні зображення, оскільки дозволяє імітувати взаємні відображенна від об’єктів, наприклад відображення скла у склі. Крім того, цей засіб працює повільніше, трасирування променів має ще один недолік: вона не спроможна відтворити «м’які» тіні. Це обмеження можна подолати за допомогою «затінення по Фонгу» (або «рендерінгу по Фонгу»), яке створює затінену поверхню, вираховуючи правильний колір і освітлення для кожного пікселю. Для дизайнерів мережі Web важлива підтримка VRML 2.0 і анімованих файлів GIF. Видавцям цифрових фільмів не обійтися без форматів AVI, PIC або QuickTime, а також таких можливостей вищого класу, як «інверсна кінематика», яка пов’язує компоненти таким чином, щоб вони могли рухатися узгодженно, і «ротоскопінг» (roto-scoping) фільмів (пофарбування, малювання або накладення зображень на анімаційні кадри). Вибір програми тривимірного моделювання, яка задовольняє всім вимогам користувача, — часто досить тяжка задача. Перерахування можливостей типового тривимірного пакету старшого класу схоже на читання підручника по вищій математиці. Тому необхідно орієнтуватися на тих програмах, можливості яких вам дійсно необхідні, а рішення приймати, враховуючи свої фінансові можливісті і тимчасові затрати на освоєння пакету.

Один з найвідоміших пакетів ЗD-анімації та моделювання — це 3D Studio фірми Kinetix. Програма працює у DOS, забезпечує весь процес створення тривимірного фільму: моделювання об’єктів і формування фільму: моделювання об’єктів і формування сцени, анімацію і рендеринг, роботу з відео. Крім того, існує широкий спектр прикладних програм (IPAS-процесів), написаних спеціально для 3D Studio.

Пакет 3D Studio Max — це 32-розрядний, багатопоточний пакет, орієнтований на ринок інструментів старшого класу, де дуже важлива точність. Функція Track View управляє анімаційними ефектами аж до інтервалу у чверть мілісекунди. Вбудований метроном дозволяє синхронізувати анімацію зі звуковим супроводом у стереорежимі. Пакет 3D Studio Max володіє унікальною можливістю під назвою «історія даних»; ця функція дозволяє розглядати будь-який етап роботи незалежно від того, як давно цей етап був виконаний: хвилину або місяці назад. У програмі реалізовані також об’ємне освітлення, генератор частинок і аніміровані функції деформації. Для рендеринга застосовується 64-розрядний механізм сканування рядків з повним гама-аудитом до 10000 рядків. Підтримуються також механізми рендеринга третіх фірм. Пакет 3D Studio Max, розроблений для створення професійного відео, включає у себе засоби інверсної кінематики, ротоскопіювання і кольорокорекції відео.

Пакет TrueSpace 7 компанії Caligari є сумісним з VRML 2.0 і містить вбудований броузер VRML, а також анімацію, інверсну кінематику і функцію відображення колізій (коли два перетинаючихся під час руху об’єкти реалістично взаємодіють між собою). У програмі реалізоване затінення Фонга і використовується засіб рендеринга із трасировкою променей. Програма дозволяє маніпулювати об’єктами у повністю тривимірній перспективі. Пластичні поверхні об’єктів (plastiform surface) і меташари реального часу (real-time meta-balls) — сфери, які ведуть себе подібно рідині з високим коефіцієнтом натягу поверхні, — дозволяють створювати пластичні об’єкти, такі, як опукла мускулатура. Більш того, подібні складні для розробки об’єкти можна спостерігати прямо у процесі їхньої побудови. Пакет TrueSpace7 дозволяє малювати безпосередно на тривимірних об’єктах, а також підтримує 32-розрядні додаткові модулі до пакету Adobe Photoshop.

Simply 3D компанії Micrografx — одна з найпростіших програм (і найдешевша). Вона володіє масою можливостей, яких звичайно не очікують від продукту із такою ціною. Програма підтримує VRML 2.0, а також формати GIF, AVI і PIC для мережі Web й мультімедійних програм. Сумісність із технологією «drag-and-drop» OLE 2.0 полегшує її взаємодію з іншими програмами. Вибіркова трасировка променей дозволяє імітувати прозорість і відображення. Довідкова система програми у стилі «питання-відповідь» супроводжує користувача на всіх стадіях створення сцени. Візуальні приклади можливих ефектів, таких, як «скошування» і освітлення, дозволяють вирішити, які з них вибрати. Тим, кому не потрібні дуже складні ефекти, пакет Simply 3D запропонує швидку, високоякісну і, недорогу графіку.

Пакет Extreme 3D компанії Macromedia можна купити як окремий пакет або у складі одного з наборів програм FreeHand Graphics Studio 7 або Director 6. Його перевагами є інтеграція з іншими продуктами компанії Macromedia й можливість виконувати рендеринг забражень у змішаних багатоплатформених мережах. Він дозволяє пареміщувати двовимірні профілі в Extreme 3D з пакету FreeHand і застосовувати до них тривимірні ефекти. У пакеті Extreme 3D реалізован швидкий високоякісний рендеринг Фонга, а також рендеринг у режимі реального часу. Зараз програма підтримує формати VRML 2.0, progressive JPEG, PNG і 3DMF компанії Apple. Новий інструмент генерації часток дозволяє створювати ефекти полум’я і розкаленої поверхні. Великий набір можливостей і функцій — безспірна перевага пакету Extreme 3D при реалізації більшості проектів.

Пакет Sculpt 3D популярний серед виробників цифрових ілюстрацій, які розробляють складні скульптурні об’єкти й виконують рендеринг результатів з високими дозволом для виводу на друк. Програма надає більш 1,5 кубічних метрів робочого простору із точністю у межах 0.01 мм. Для полегшення попереднього перегляду в усіх вимірах функція Quick Spin відображає модель зі всіх сторін. Митці-ілюстратори повинні оцінити потужні інструменти Sculpt 3D, за допомогою яких завдається освітлення і калібруются поверхні; їм сподобаються і можливості управління кривою, які визначають прозорість і відображення. Результати можна обробити п’ятьма засобами, включаючи повну трасировку променей, використовуючи для цього 64-разрядный механізм, який виконує рендеринг з дозволом 4096х32768. По заяві компанії Byte by Byte, пакет Sculpt 3D володіє самою швидкою анімацією з трасировкою променей серед всіх додатків на платформі Macintosh. Анімацию можна виводити у форматі QuickTime.

У пакет Ray Dream Studio компанії Fractal Design входять программи Ray Dream Designer 6 і Ray Dream Animator (які не продаються окремо). Подібно програмі Simply 3D, у додатку Designer для полегшення процесу створення тривимірної композиції використовується розвинена довідкова система. Механізм рендеринга з трасировкою променей дозволяє управляти такими характеристиками, як відображення, прозорості і переломлення. За допомогою функції 3D Paint можна відображати зображення на поверхні моделей. Серед можливостей додатку Animator — инверсна кінематика, «ротоскопинг» фільмів і анімірування деформації, які дозволяють згинати, стискати і скручувати моделі у часі. Тимчасова шкала програми дозволяє інтегрувати анімаційні ролики і музичний супровід.

Пакет Infini-D 7.5 компанії Specular International володіє такими можливостями, притаманними додаткам вищого класу, як регульоване освітлення, відкриття колізій і системи генерації часток з рендерингом у режимі реального часу. Регульовані ефекти грунтуються на алгоритмах, а не на файлах зображень і вимагають менше пам’яті, тому їх рендеринг виконується швидше. Програма дозволяє виконувати як рендеринг зі скануванням рядків, так і фотореалістичну трасировку променей, а також затінення Фонга для створення реалістичних відображень. Архітектура з можливістю використання додаткових модулей пакету Infini-D дозволяє застосовувати анімовані фільтри для пакетів Photoshop і Adobe After Effects. Завдяки аудиту кольорів і кольорокорекції для ефірного мовлення відеосигнала, цей продукт особливо підходить для розробки відеороликів. Крім Того, Infini-D може виконувати рендеринг по полям, ця техніка використовується також для зглаження швидкого руху об’єктів. А анімовані деформації дозволяють морфірувати і скручувати об’єкти. Можливість «попереднього перегляду поверх відео» показує, наскільки анімація вписується у фоновий відеофрагмент. Секвенсор аудіодоріжки дозволяє синхронізувати анімовані події зі звуковим супроводом.

LightWave 3D 8.0 — це одна з небагатьох дійсно незалежних від платформи програм. Вона працює на комп’ютерах PC, Macintosh і Amiga, робочих станціях Sun і Silicon Graphics, а також на Digital Equipment Alpha і MIPS. Пакет підтримує трасировку променей, тому дає можливість управляти переломленням світла і глибиною поля. Версія для Macintosh підтримує технологію QuickDraw 3D, яка дозволяє реалізувати рух графіки з тінями у режимі реального часу. Але головна гідність цієї програми — функція MetaNURBS, суміш багатокутників і сплайнів, які дозволяють створювати складні об’єкти. У числі інших можливостей LightWave — вбудовані ефекти лінз, раскаленої поверхні і генерації часток.

Пакет Strata StudioPro — це професійний повнофункціональний інструмент, який володіє широким набором можливостей з моделюваня, рендерингу і анімації тривимірних композицій в інтерактивному режимі. Ця програма, існуюча тільки у версії для Macintosh, дозволяє виводити файли VRML і подключати URL або адреса AppleScript до моделей VRML. Можливості, які настроюють генерацію частинок, включають у себе імітацію вогню, диму і волосся, а ефект тіні дозволяє створювати реалістичні ефекти освітлення і затінення. У програмі використовується швидкий засіб рендерингу сканурованням рядків. За допомогою рендеринга полів можна створювати придатні для передачі в ефір відеоролики. Strata Vision 3D — ще один пакет компанії Strata, призначений для тривимірного моделювання, рендеринга і анімації — розроблявся для менш досвідчених дизайнерів об’ємних ілюстрацій. Він дозволяє створювати тривимірні моделі і застосовувати до них фотореалістичні текстури, а також ефекти освітлення; для рендерингу використовується засіб трасировки променей. Крім того, програма пропонує засоби створення анімації з можливістю обробки подій.

2.6. Пакети інженерного моделювання і проектування

Програми двовимірного і тривимірного моделювання застосовуються для  дизайнерських і інженерних розробок. Крім того, вони можуть доповнити програми тривимірної анімаціі, поліграфічні і презентаційні пакети.

Серед програм моделювання працюющих на платформі РС легко виявити лідера — потужну систему машинного проектування AutoCAD фірми Autodesk. AutoCAD часто розглядають як графічне ядро систем автоматизованого проектування (САПР): він реалізує основні операції по створенню і редагуванню ліній, дуг і тексту, створює 2D – і 3D-моделі; автоматизує рішення багатьох задач, які виникають у процесі проектування; дозволяє адаптувати і настроювати систему на конкретні додатки, створюючи власні сценарії і макрокоманди. Пакет містить вбудована мова програмування AutoLISP, яка дозволяє користувачам формувати нові команди і навіть використовувати мови програмування високого рівня. Назва системи утворюється скороченням від "Automated Computer Aided Design", що означає при перекладі з англійської мови "Автоматизоване комп'ютерне проектування". Графічна система AutoCAD практично не має ніяких обмежень. За її допомогою можливо створювати текстову документацію, машинобудівні креслення, графічну документацію для випуску радіоелектронної апаратури, архітектурно-будівельні креслення, креслення для суднобудівної та авіаційної промисловості, картографічну документацію, технічні та художні ілюстрації (в тому числі і кольорові).

Для тривимірного моделювання на РС часто використовують програму сплайнового моделювання Sketch Фірми Alias/Wavefront, яка забезпечує високу якість рендерингу при високому дозволі; програму Ray Dream Designer, яка володіє спеціальним набором засобів моделювання і дає фотореалістичну якість зображення; пакети MacroModel фірми Macromedia і Form Z фірми Autodesk, включаючі засоби моделювання і деформації тривимірних об’єктів. На IBM-сумісних комп’ютерах користуються також і програмою Crystal 3D Designer фірми Crystal Graphics, яка має гарні засоби накладення матеріалів на поверхні, створення тіньових ефектів і візуалізації.

2.7. Інші програми для роботи з графікою

2.7.1. Спеціальні 3D-додатки

Окрім додатків, призначених для  виконання основних операцій моделювання і рендеринга, існують також спеціалізовані програми, які підвищюють вашу продуктивність при рішенні специфічних тривимірних задач. Наприклад, є декілька програм, які дозволяють розмальовувати поверхні об’єктів, створених пакетами тривимірного моделювання. До них відносяться пакети Detailer компанії Fractal Design, MeshPaint 3D (додаток 14) компанії Positron, Media Paint компанії Strata і 4D Paint компанії 4DVision. Всі ці програми можуть відкривати файли популярного формату DXF, у який роблять вивід більшість тривимірних пакетів.

Пакет 3D Dizzy компанії Vertigo володіє новими незвичайними можливостями. Ця програма дозволяє імпортувати модель, яка генерувалася будь-яким пакетом тривимірного моделювання, у популярні продукти компанії Adobe, такі, як Photoshop, Premiere, After Effects або PhotoDeluxe. Dizzy дозволяє змінювати освітлення, масштаб, колір або текстуру моделі за допомогою будь-якого з наведених «плоских» модулів.

Пакет Poser 2 компанії Fractal Design містить бібліотеку об’ємних людських фігур у різноманітних позах і одязі, дозволяючи переміщувати їх у певну позицію, орієнтувати камеру, міняти освітлення і виконувати рендеринг результатів. Час рендеринга зображення у програмі вимірюється хвилинами.

Пакет КРТ Вrусе 2 компанії MetaTools — це програма, яка спеціалізується на створенні тривимірних ландшафтів. За її допомогою можна одержувати природні і навіть сверхприродні композиції, використовуючи можливості по опису неба, освітлення, поверхонь каміння, рік, плато, засніжених верхівок і води з відображеннями. Ця програма володіє дивним користувачевим інтерфейсом, але здатна «видати» дуже дивні результати.

Пакети Photosynthesis 2.0 компанії SilverCreek Software і Adobe Dimensions 8.0 — це програми для тих користувачів, яким потрібно створювати звичайні моделі (а не цілі композиції) і в яких немає часу або необхідності освоювати складні тривимірні додатки. Photosynthesis включає звичайні тривимірні примітиви, такі, як сфери, конуси і куби, а також параболоїди, диски, кільця і об’єкти у формі пісочних годинників.