Организация автоматизированного рабочего места 3D-аниматора (стр. 6 из 8)
Рисунок 27 - Процесс автоматизации движений
Тем не менее, сделать качественную анимацию – чудовищно кропотливый процесс, требующий учитывать огромное количество факторов влияния отдельных элементов друг на друга. Как уже сказано в статье про риггинг, при анимации антропо- или зооморфных персонажей следует иметь в виду анатомические особенности их прообразов в реальном мире и соответствующую взаимосвязь элементов.
2.10 Частицы в 3D-графике: Particle Systems
Системы частиц (Рисунок 28) - ещё один инструмент, который облегчает 3D-художникам жизнь (и сильно осложняет её компьютерам).
Рисунок 28 - Системы частиц
В качестве примера можно привести старые компьютерные игры, относящиеся к ранней эпохе 3D: если кто помнит, факельный огонь в Quake и HexenII (обе игры построены на одном и том же движке) был реализован в качестве вращающихся светящихся многогранников, по форме «напоминающих» пламя. Сейчас, конечно, так никто не делает; для решения задач такого рода применяются частицы (particles).
Пламя в Quake (точнее, мод DarkPlaces): слева - в виде многогранников, справа - в виде частиц. ParticleSystem– это технология массовой визуализации подобных объектов, в массе своей формирующих более крупномасштабные тела, не имеющие чётких геометрических границ (облака, дым/пар, взрывы, снег, дождь, огонь) и/или сыпучие тела (песок, зерно, пыль, волосы, трава).
То есть всего того, что визуализировать «стандартными методами» – через моделлинг – слишком сложно и просто нерационально: моделировать каждую травинку или каждый волос – лишняя трата времени и сил.
Математически каждая частица представляет собой материальную точку с назначенными атрибутами, как то: скорость, цвет, ориентация в пространстве, угловая скорость, и т. п. В ходе работы программы, моделирующей частицы, каждая частица изменяет своё состояние по определённому, общему для всех частиц системы, закону (физическому).
Например, частица может подвергаться воздействию гравитации, менять размер, цвет, скорость (в том числе под внешним воздействием) и так далее; после проведения всех расчётов, частица визуализируется. Частица может быть визуализирована точкой, треугольником, спрайтом, или даже полноценной трехмерной моделью.
В целом, системы частиц - это достаточно экономный в плане трудозатрат способ реалистичной визуализации физических явлений. При этом единого стандарта реализации системы частиц в мире на данный момент не существует, и едва ли стоит ожидать её скорого появления, учитывая, что на рынке присутствует немало конкурирующих коммерческих пакетов для работы с частицами, и к тому же многие студии, занимающиеся компьютерной анимацией и спецэффектами для кино, пишут ещё и свои собственные решения. Например, на последнем CGEvent представители студии A-VFX, рассказывая о мультфильме «Маша и Медведь», неоднократно подчёркивали наличие у них собственной технологии визуализации волос, с помощью которой в мультфильме были выполнены не только сами волосы/мех, но и трава и пр.
3. Понятие трехмерной графики и программы 3D-моделирования
3.1 Понятие трехмерной графики
Для создания трехмерной графики используются специальные программы, которые называются редакторы трехмерной графики, или 3D-редакторы. Результатом работы в любом редакторе трехмерной графики, является анимационный ролик или статическое изображение, просчитанное программой. Чтобы получить изображение трехмерного объекта, необходимо создать в программе его объемную модель.
Для отображения трехмерной модели используются четырех окнах проекций (Рисунок 29). Во многих редакторах трехмерной графики, что дает наиболее полное представление о геометрии объекта. На чертеже объект представлен сверху, сбоку и слева. Однако в отличие от чертежа на бумаге, вид объекта в каждом окне проекций можно изменять и наблюдать: как выглядит объект снизу, справа и т. д. Кроме этого, можно вращать все виртуальное пространство в окнах проекций вместе с созданными в нем объектами. Работа c 3Dанимацией напоминает компьютерную игру, в которой пользователь передвигается между трехмерными объектами, изменяет их форму, поворачивает, приближает и т. д.
Рисунок 29 - Четырех окнах проекций
Виртуальное пространство, в котором работает пользователь, называется трехмерной сценой. То, что вы видите в окнах проекций – это отображение рабочей сцены. Работа с трехмерной графикой очень похожа на съемку фильма, при этом разработчик выступает в роли режиссера. Ему приходится расставлять декорации сцены (то есть создавать трехмерные модели и выбирать положение для них), устанавливать освещение, управлять движением трехмерных тел, выбирать точку, с которой будет производиться съемка фильма.
Любые трехмерные объекты в программе создаются на основе имеющихся простейших примитивов – куба, сферы, тора и др. Создание трехмерных объектов называется моделированием. Для отображения простых и сложных объектов используют так называемую полигональную сетку, которая состоит из мельчайших элементов – полигонов. Чем сложнее геометрическая форма объекта, тем больше в нем полигонов и тем больше времени требуется компьютеру для просчета изображения. Если присмотреться к полигональной сетке, то в местах соприкосновения полигонов можно заметить острые ребра. Поэтому чем больше полигонов содержится в оболочке объекта, тем более сглаженной выглядит геометрия тела. Сетку любого объекта можно редактировать, перемещая, удаляя и добавляя ее грани, ребра и вершины. Такой способ создания трехмерных объектов называется моделированием на уровне подобъектов.
В реальной жизни все предметы, окружающие нас, имеют характерный рисунок поверхности и фактуру – шершавость, прозрачность, зеркальность и др. В окнах проекций видны лишь оболочки объектов без учета всех этих свойств. Поэтому изображение в окне проекции далеко от реалистичного. Для каждого объекта в программе можно создать свой материал – набор параметров, которые характеризуют некоторые физические свойства объекта.
Чтобы получить просчитанное изображение, трехмерную сцену необходимо визуализировать. При этом будут учтены освещенность и физические свойства объектов.
Созданная в окне проекции трехмерная сцена визуализируется либо непосредственно из окна проекции, либо через объектив виртуальной камеры. Виртуальная камера представляет собой вспомогательный объект, обозначающий в сцене точку, из которой можно произвести визуализацию проекта. Визуализируя изображение через объектив виртуальной камеры, можно изменять положение точки съемки. Подобного эффекта невозможно добиться, визуализируя сцену из окна проекции. Кроме этого, виртуальная камера позволяет использовать в сценах специфические эффекты, похожие на те, которые можно получить с помощью настоящей камеры (например, эффект глубины резкости).
Качество полученного в результате визуализации изображения во многом зависит от освещения сцены. Когда происходят съемки настоящего фильма, стараются подобрать наиболее удачное положение осветительных приборов таким образом, чтобы главный объект был равномерно освещен со всех сторон, и при этом освещение съемочной площадки выглядело естественно.
Программы 3D-анимации позволяют устанавливать освещение трехмерной сцены, используя виртуальные источники света – направленные и всенаправленные. Источники света являются такими же вспомогательными объектами, как виртуальные камеры.
Работать с источниками света бывает порой очень сложно, поскольку не всегда удается правильно осветить трехмерную сцену. Например, слишком яркие источники света создают сильные и неправдоподобные блики на трехмерных объектах, а большое количество теней, направленных в разные стороны, выглядят неестественно.
Использование трехмерной графики
Область применения трехмерной графики невероятно широка, она простирается от промышленной индустрии до сферы образования. Как правило, для создания мультимедийных проектов, фильмов, широковещательных передач и игровых приложений требуется гораздо больше аниматоров и разработчиков трехмерных моделей, чем в каких-либо исследовательских лабораториях. Приятно осознавать, что возможности данной отрасли настолько многогранны и различны.
3.2 Обзор существующих программ 3D-моделирования
Рассмотрим некоторые из программ 3D-моделирования. Программа 3D Studio Max предназначена для работы с объемной графикой (Рисунок 30). Наверное самый известный и популярный из всех 3D-редакторов. Позволяет делать как статичные сцены так и трехмерную анимацию.
Программа крайне многогранна – соответственно, и область ее применения очень широка: от моделирования простых интерьеров и промышленных изделий до визуализации сложнейших анимированных сцен, от создания фотореалистичных ландшафтов до создания рекламного или обучающего ролика. Кроме собственных средств моделирования, 3DS Max имеет интерфейс для подключения plugin модулей от сторонних фирм. И эти модули постоянно появляются на рынке. Так что возможности базовой версии 3DS Max легко расширяются.
