Трехмерная графика

    

Рис. 1.16. Положения осей глобальной системы координат виртуального трехмерного мира определяют понятия "сверху", "спереди", "слева" и т. п. (а); в локальной системе  координат понятие "верх" не зависит  от ориентации объекта (б)

ЗАМЕЧАНИЕ

 

Всего в 3ds max 5 используется восемь различных  систем координат, с которыми вы будете знакомиться по мере необходимости.

 

Варианты раскраски  объектов трехмерного мира 
Для определения яркости и цвета каждой точки поверхностей объектов в трехмерной графике используются различные алгоритмы тонированной раскраски (shading) сетчатых оболочек. Программа 3D Studio MAX версии 2.5 поддерживала четыре типа раскраски: постоянная (constant), по Фонгу (Phong), по Блинну (Blinn) и металлическая (metal ). В 3ds max 5 вариантов раскраски стало гораздо больше, но подробнее об этом вы узнаете из главы 12. 
При постоянной раскраске каждая грань оболочки объекта изображается как плоская площадка, яркость которой зависит от ориентации нормали грани по отношению к направлению лучей падающего света и направлению взгляда наблюдателя (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Так выглядят трехмерные объекты  при использовании алгоритма  постоянной раскраски

ЗАМЕЧАНИЕ

 

В 3ds max 5 вместо алгоритма постоянной раскраски применяется режим Faceted (Огранка), который можно включать при использовании любого из имеющихся  алгоритмов раскраски.

 

Поскольку, как указывалось ранее, оболочки трехмерных объектов разбиты на треугольные грани искусственно, необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие сглаживание ребер между гранями, принадлежащими к одной и той же группе сглаживания. В различных алгоритмах раскраски сглаживание ребер при выключенном режиме Faceted (Огранка) реализуется по-разному. Например, при раскраске по Фонгу сглаживание достигается за счет того, что ориентация нормали в каждой точке плоской грани считается переменной и рассчитывается как промежуточная между исходными ориентациями нормали данной грани и трех соседних. Такой подход обеспечивает достаточно высокое качество сглаживания ребер, как показано на рис. 1.18. Различия во внешнем виде объектов, связанные с выбором того или иного алгоритма тонированной раскраски, мы рассмотрим в главе 12, когда будем осваивать настройку материалов объектов.

Рис. 1.18. При использовании раскраски  по Фонгу происходит сглаживание  ребер между гранями сетчатой оболочки

Над чем мы будем работать дальше 
Для того чтобы дальнейшее обучение было более предметным, нацелим его на создание трехмерной сцены, объединяющей в своем составе объекты различной природы и формы. Это позволит на практических примерах научиться использовать различные инструменты 3ds max 5. 
Мы уже говорили о том, что 3ds max 5 позволяет создать целый воображаемый трехмерный мир. На мир мы не замахиваемся, но попробуем создать маленький мирок. Представьте себе такую картину: промозглый осенний вечер, багровый закат солнца, на улице холодно и туманно, но ярко светятся окна, гостеприимно распахнуты двери и сияет неоновая вывеска кафе "MAX", как показано на рис. 1.19 (загляните также в папку Images\Glava_01 компакт-диска, чтобы увидеть цветные варианты этого и других приведенных ниже изображений).

Рис. 1.19. Внешний вид сцены под  названием "MAX-кафе"

Впрочем, эта книга по 3ds max 5 писалась зимой, когда за окнами трещал мороз и лежал снег, так что, пожалуй, стоит переменить обстановку. Нет проблем, все в нашей власти! Пусть будет так: на улице легкий морозец, падает снег, но все так же ярко горит окно, сияет вывеска и распахнута дверь кафе "MAX" (рис. 1.20). А что там, справа за дверью? Заглянем? Пожалуй, да! 
Что ж, внутри не так уж и плохо: мягкие кресла, столы из полированного дерева сервированы и ждут гостей, мягко светятся лампы, сияют столовые приборы, сверкает стекло бокалов, пространство помещения увеличивается за счет висящего на стене зеркала (рис. 1.21). На столы и стены падают причудливые блики света - отчего бы это? И что это неясно виднеется в зеркале, там, в дальнем правом углу зала? Секунду терпения - сейчас все поймете!

Рис. 1.20. Миг, и осень вокруг кафе "MAX" сменилась зимой

Рис. 1.21. Использование съемочных  камер позволяет заглянуть в гостеприимно распахнутую дверь

Понимаю ваше нетерпение! Самому интересно, что же такое в правой части  зала? Но все по порядку, а пока присядем к столу. В ожидании своего заказа полюбуйтесь игрой света на стенках  бокалов, причудливым переплетением теней на чистых салфетках, бликами на боках тарелок, металлическим блеском вилок и ложек (рис. 1.22).

Рис. 1.22. На этом снимке в полной мере проявляются возможности 3ds max 5 по имитации света и материалов

Ну, а теперь повернем голову и взглянем направо. Так и есть, новогодние ожидания нас не обманули! Елка, украшенная сверкающими  игрушками и гирляндой разноцветных лампочек, как живая стоит в  углу, почти доставая верхушкой до потолка. 
Фигурка Деда Мороза с мешком, полным подарков, и волшебным посохом должна принести счастье и удачу всем посетителям нашего кафе. В камине горит огонь, потрескивают поленья (рис. 1.23). Теперь ясно, почему в нашем кафе так тепло и уютно, несмотря на мороз и снег, и откуда взялись эти красноватые блики на стенах, потолке и предметах обстановки. 
Но не забывайте, однако, что мир 3ds max 5 полностью в вашей власти! Вы в этом мире - маг и волшебник: достаточно вам пожелать - и все оживает. Бокалы, тарелки, вилки и ложки взлетают в воздух и начинают причудливым хороводом кружиться по комнате… (рис. 1.24). Обратите внимание на игру бликов и теней и подумайте о том, легко ли было бы воспроизвести подобную картину средствами обычной двумерной графики. 
Если не возражаете, то на протяжении последующих глав мы шаг за шагом попробуем воссоздать представленную сцену. Возможно, что кто-то из вас собирается использовать 3ds max 5 для синтеза изображений совсем другого типа. Может быть, это будут автомобили, космические корабли, вымершие доисторические животные или монстры. Надеюсь, вы не будете разочарованы: приемы, которые мы будем рассматривать на протяжении последующих глав, пригодятся, над какой бы сценой вы ни работали.

Рис. 1.23. 3ds max 5 позволяет смоделировать  и елку, и ее украшения, и фигуру сказочного персонажа, и огонь в  камине

Рис. 1.24. Виртуальный мир целиком  в вашей власти: миг - и все предметы закружились в воздухе

Попробуйте заглянуть на web-узлы с адресами http://www.render.ru, http://www. 3dcafe.com или http://www.raph.com, и вы найдете там галереи с множеством удивительных, вызывающих истинное восхищение изображений, созданных как профессионалами, так и талантливыми любителями трехмерной графики. Возможно, эти образцы художественного творчества вдохновят вас на создание собственных произведений с использованием того инструментария, который предстоит освоить в процессе изучения книги.

ЗАМЕЧАНИЕ

 

Целый ряд  ссылок на web-узлы, посвященные 3ds max и  содержащие примеры синтезированных  с помощью этой программы изображений, вы найдете в папке Resources прилагающегося к книге компакт-диска.

 

Подведем некоторые  итоги 
Подошла к концу первая глава, заставившая вас освежить в памяти некоторые сведения из порядком надоевшего в свое время школьного курса черчения. Из этой главы вы узнали о том, что: 
*    создание изображений средствами трехмерной графики напоминает скорее фотографирование или видеосъемку макетов сцен, чем их рисование; 
*    работа по созданию изображения трехмерной сцены распадается на ряд этапов, из которых наиболее трудоемкими являются построение геометрической модели, настройка материалов и освещения, а программа 3ds max 5 именно для того и существует, чтобы максимально облегчить вам жизнь при решении этих трудоемких задач; 
*    имеется целый ряд областей, таких как, скажем, проектирование интерьеров или архитектурных сооружений, комбинированная съемка или создание рекламных видеороликов, в которых использование 3D-графики оправдывает затраты на создание модели трехмерной сцены; 
*    анимация, или оживление, трехмерной сцены состоит в синтезе достаточно большого числа изображений (кадров), на которых запечатлены последовательные стадии движений или иных изменений объектов этой сцены. Программа 3ds max 5 умеет автоматически строить все промежуточные кадры по заданным ключевым кадрам, в которых ей указаны положения "оживляемого" объекта; 
*    нет достоинств без недостатков, и принципиальные недостатки 3D-графики состоят в повышенной требовательности к компьютеру, в меньшей художественной свободе изображения, а также в необходимости специально "портить" картинку в целях придания ей большего правдоподобия и следить за тем, чтобы "бестелесные" объекты вели себя должным образом при столкновениях; 
*    все трехмерные объекты состоят из оболочек, разбиваемых на треугольные грани для удобства построения алгоритмов визуализации, и заключаются в габаритные контейнеры; 
*    отображение трехмерного мира на экране дисплея происходит с использованием параллельных или центральных проекций; 
*    тонированная раскраска - это способ нанесения теней и бликов на оболочку объектов. Изменяя ориентацию нормали в отдельных точках граней, программа 3ds max 5 добивается сглаживания ребер между гранями оболочек; 
*    вам предлагается в процессе освоения книги вдохнуть жизнь в небольшой уголок виртуального трехмерного мира под названием "MAX-кафе", хотя, возможно, это несколько не согласуется с вашими планами сразу начать с создания монстров для игры Doom.

Не  так уж и плохо для начала! Думаю, теперь вы знаете все или почти  все, что необходимо для непосредственного  знакомства с 3ds max 5, которое ожидает вас в следующей главе.