Программы создания и редактирования трехмерных графических объектов

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Термин компьютерная графика включает в себя почти все, что не является текстом или звуком. Сегодня почти каждый компьютер может создавать графику, и люди знают, что могут управлять своим компьютером с помощью значков и картинок, а не просто печатать.

В сфере программ компьютерной графики, люди думают о компьютерной графике как о рисовании картинок на компьютерах. Эти изображения могут быть фотографиями, рисунками, видеообъектами - изображениями вещей, которые еще не существуют и, возможно, никогда не смогут существовать. Или это могут быть изображения из мест, которые мы не можем видеть непосредственно, например, медицинские изображения изнутри вашего тела.

Мы проводим большую часть нашего времени, улучшая способ, которым компьютерные картинки могут имитировать сцены реального мира. Мы хотим, чтобы изображения на компьютерах не только выглядели более реалистичными, но и были более реалистичными в своих цветах, способах освещения объектов и помещений и способе отображения различных материалов. Эта работа называется «синтез реалистичных изображений», и это и есть причина, по которой возникла 3D графика (рис. 1). Как она создается и какие программы для этого используется, будет рассмотрено в данной работе.

Рис. 1. Пример 3D графики

Глава 1. 3D ГРАФИКА И СОФТ ДЛЯ ЕЕ СОЗДАНИЯ

Глава 1.1. Определение 3D графики

3D компьютерная графика — это изображение, которое использует компьютерное программное обеспечение для создания объектов в виртуальном трехмерном (3D) пространстве. Двумерные (2D) изображения могут существовать только как плоские изображения (рис. 2), пределом которых является использование визуальных приемов, таких как перспектива, для создания иллюзии трехмерности. Трехмерная компьютерная графика обычно создается художниками путем создания трехмерной модели, состоящей из каркаса и многоугольников, которые затем обычно текстурируются и подсвечиваются перед визуализацией.

Рис. 2. Разница между 2D и 3D графикой

Часто называемая просто компьютерной графикой (CG) или компьютерными изображениями (CGI), трехмерная компьютерная графика создается с использованием компьютерного программного обеспечения, разработанного специально для создания 3D-графики. Этот тип изображений был первоначально создан исключительно с помощью математических алгоритмов и уравнений. Современные трехмерные изображения, тем не менее, создаются с использованием программного обеспечения, которое представляет графический интерфейс пользователя (GUI) для художника, что позволяет создавать трехмерную компьютерную графику без прямого взаимодействия между художником и математическими свойствами изображения.

Создание компьютерной 3D-графики обычно начинается с моделирования объекта, который появится на конечном изображении. Например, куб можно создать довольно просто. Он, как и все трехмерные изображения, состоит из каркаса и многоугольников. Каркас — это базовая форма объекта, состоящая из различных точек и линий, соединяющих эти точки. Это можно легко представить как объект, если бы он был сделан из проволочной сетки.

Полигоны — это фигуры, также называемые гранями, которые заполняют каркас, создавая трехмерную компьютерную графику. Используя пример куба, углы будут состоять из точек и линий каркаса, тогда как фактические стороны куба будут полигонами или гранями. Затем эта форма текстурируется, что означает, что изображения применяются к многоугольникам, чтобы придать ему натуральный вид. Такие текстуры могут включать в себя: простую графику, например иллюстрацию деревянного зерна; рельефное картирование, которое дало бы ощущение глубины складкам в зерне; и карты отражений, которые придают блеск текстурам, таким как стекло и металл.

После того, как объект смоделирован и текстурирован, можно добавить освещение, чтобы дать объекту тени и блики. Затем эта сцена визуализируется для создания трехмерной компьютерной графики.  

Глава 1.2. Программное обеспечение

Программное обеспечение для трехмерной графики — это тип программного обеспечения для компьютерной графики, которое позволяет проектировать, разрабатывать и производить трехмерную графику и анимацию. Трехмерное программное обеспечение позволяет пользователям визуализировать, проектировать и управлять объектом, средой или любым графическим элементом в трехмерной области. Трехмерное программное обеспечение включает программы автоматизированного проектирования и пакеты анимации.

Трехмерное программное обеспечение в основном работает над математической концепцией геометрии, где каждый разработанный элемент проецируется на три разные оси: X для ширины, Y для длины и Z для глубины. 3-D программное обеспечение работает, предоставляя пользователям другой набор функций для проектирования и разработки 3-D изображения или анимации. К ним относятся моделирование изображения или объекта, макет, анимация и рендеринг (процесс получения изображения по модели в ходе отрисовки в программе). Разработанный элемент можно просмотреть или выполнить на большинстве современных компьютеров, мобильных устройств и операционных систем; однако для некоторых из них может потребоваться специальное программное обеспечение.

Глава 1.3. Виды программ

3d Max (рис. 3)  — это компьютерная графическая программа для создания 3D-моделей, анимации и цифровых изображений. Это одна из самых популярных программ в индустрии компьютерной графики, и она хорошо известна благодаря наличию надежного набора инструментов для 3D-художников.

3d Max, любимый разработчиками игр, телевизионными коммерческими студиями и архитекторами, принадлежит Autodesk, той же компании, которая отвечает за такие программы, как Maya и AutoCAD.

3d Max часто используется для моделирования персонажей и анимации, а также для рендеринга фотореалистичных изображений зданий и других объектов. Что касается моделирования, 3d Max не имеет себе равных по скорости и простоте.

Программное обеспечение может обрабатывать несколько этапов конвейера анимации, включая предварительную визуализацию, компоновку, камеры, моделирование, текстурирование, такелаж, анимацию, VFX , освещение и рендеринг.

Являясь одним из наиболее широко используемых 3D-пакетов в мире, 3d Max является неотъемлемой частью многих профессиональных студий и составляет значительную часть производственного конвейера для игр и фильмов. 3d Max используется в индустрии видеоигр для создания 3D-моделей персонажей, игровых ресурсов и анимации. Благодаря эффективному рабочему процессу и мощным инструментам моделирования 3d Max может сэкономить художникам игры значительное количество времени.

Также популярный для рекламы на телевидении и спецэффектов к фильмам, 3d Max часто используется для создания графики для использования в прямом эфире.

Таким образом, фильмы 2012, в том числе и «Аватар», использовали 3d Max.

Рис. 3. 3D MAX

Electric Image Animation System (рис. 4) (EIAS) - известная компания по 3D-анимации, которая предлагает быстрые и простые решения для анимации. Ее услуги позволяют пользователям быстро рендерить 3D-сцены без ущерба для качества. Electric Image Animation System имеет возможность бесплатного рендеринга нескольких компьютеров на разных платформах. Профессиональные студии по всему миру используют EIAS для создания высококачественной анимации. Он способен на все виды анимации, от архитектурных пролетов до сложных кадров VFX (визуальные эффекты). EIAS популярен среди множества различных 3D-аниматоров, включая архитекторов, которые хотят иметь возможность обрабатывать очень большие числа полигонов. Система для анимации изображения также известна своей чрезвычайно разумной ценой. 

Рис. 4. Electric Image Animation System

Autodesk Softimage, или просто Softimage (рис. 5) является прекращенной к выпуску программой для создания 3D компьютерной графики , 3D моделирования и компьютерной анимации. В настоящее время это программное обеспечение принадлежит Autodesk и ранее называлось Softimage XSI. В основном оно использовалось в кино, видеоиграх и рекламе для создания компьютерных персонажей, объектов и сред.

Бесплатная версия программного обеспечения, называемая Softimage Mod Tool была разработана для игрового моддинга, для создания игр с использованием Microsoft XNA набора инструментов для ПК и Xbox 360. 

4 марта 2014 года было объявлено о прекращении использования Autodesk Softimage после выпуска версии 2015 года, что обеспечит поддержку продукта до 30 апреля 2016 года. 

Рис. 5. Autodesk Softimage

Infini-D (рис. 6)  была компьютерной программой для 3D-графики, разработанной Specular International. Infini-D представлял собой разнообразный пакет, полезный для создания печатных изображений, а также веб- и видеоматериалов (даже порождая базовую 3D-программу Adobe Dimensions, предназначенную для пользователей печати и мультимедиа под названием LogoMotion). Он отличался простым интерфейсом и возможностью ставить в очередь и распределять задания рендеринга, освобождая компьютер художника для других задач. Распределенный рендеринг первоначально обрабатывается с помощью отдельной программы, но она была включена в Infini-D с выходом версии 4. Infini-D был особенно популярен на рынке Macintosh. 

Рис. 6. Infini-D

NewTek LightWave 3D (рис. 7) позволяет любому стать 3D-художником и аниматором. Программное обеспечение является доступным, полным, простым в освоении и использовании и зарекомендовавшим себя как одна из ведущих 3D-систем на рынке для создания красивых фотореалистичных рендеров, а также невероятного аниме. Это законченное готовое решение для 3D-анимации теперь предлагает интерактивную 3D-интерактивность в реальном времени. Оно использовалось в фильмах, телевидении, анимационной графике , цифровой матовой живописи , визуальных эффектах , разработке видеоигр , дизайне продуктов , архитектурной визуализации , виртуальном производстве , музыкальных видео , предварительных визуализациях и рекламе . Он включает в себя быстрый механизм рендеринга, который поддерживает такие расширенные функции, как реалистичное отражение, радиация, каустика и 999 узлов рендеринга. Компонент трехмерного моделирования поддерживает как моделирование полигонов, так и поверхности подразделов. Компонент анимации имеет такие функции, как обратная и прямая кинематика для анимации персонажей, системы частиц и динамика. Программисты могут расширить возможности LightWave, используя прилагаемый SDK, который предлагает Python, LScript (собственный язык сценариев) и интерфейсы языка C.

Рис. 7. NewTek LightWave 3D

PowerAnimator и Animator (рис. 8), также называемые просто «Alias», предшественник того, что сейчас называется Maya и StudioTools, представляли собой высокоинтегрированный набор для промышленного 3D-моделирования, анимации и визуальных эффектов. Она использовалась, начиная с «Технологической угрозы» в 1988 году и заканчивая в Pokémon: The Movie 2000. PowerAnimator был использован для создания водного существа в фильме 1989 года «Бездна», а также персонажа T-1000 в «Терминаторе 2: Судный день» , стоимостью 460 000 долларов в минуту. Он также широко использовался для многих визуальных эффектов фильма «День независимости» 1996 года. PowerAnimator также служил решением, используемым для производства эпизодов в Южном парке в цифровом виде до того, как производство было перенесено в Maya. Последовательность заголовков Disney, One Saturday Morning была создана с использованием Alias ​​Wavefront Power Animator.

PowerAnimator также использовался при разработке игр, в частности, как часть набора разработчиков для Nintendo 64, основанного на SGI. Он также нашел применение для моделирования, текстурирования, анимации и эффектов в реальном времени для других игр и платформ.

Рис. 8. PowerAnimator

Sketchup (рис. 9) (ранее Google Sketchup) — это программа для 3D-моделирования, которая проста в использовании и имеет обширную базу данных созданных пользователями моделей, доступных для скачивания. Вы можете использовать ее для создания эскизов (или импорта) моделей, чтобы облегчить задачу во всех видах проектов - создании мебели, создании видеоигр, 3D-печати, дизайне интерьера и обо всем, что вы только можете придумать.

SketchUp — это интуитивно понятное приложение для 3D-моделирования, которое позволяет создавать и редактировать 2D и 3D-модели с помощью запатентованного метода «Push and Pull». Инструмент Push and Pull позволяет дизайнерам выдавливать любую плоскую поверхность в трехмерные фигуры. Все, что вам нужно сделать, это нажать на объект, а затем начать тянуть его, пока вам не понравится то, что вы видите.

SketchUp — это программа, используемая для широкого спектра проектов 3D-моделирования, таких как архитектурное проектирование, дизайн интерьера, ландшафтная архитектура и дизайн видеоигр.

Программа включает в себя функциональность макета чертежа, рендеринг поверхности и поддерживает сторонние плагины из хранилища расширений. Sketchup был создан в 1999 году Last Software. В 2006 году Google приобрела SketchUp после того, как Last Software создала плагин для Google Earth, который привлек внимание технологического гиганта. В 2012 году Trimble Navigation (теперь Trimble Inc.) приобрел Sketchup у Google и расширил приложение, запустив новый веб-сайт, на котором размещены плагины и расширения.

Рис. 9. Sketchup

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Любое изображение на мониторе становится плоским. Трёхмерная графика существует лишь в нашем воображении, так как то, что мы видим на мониторе — это проекция трёхмерной фигуры, а уже создаём пространство мы сами.

Трехмерная графика — это целая наука, область, в которой можно совершенствовать свои знания и умения на протяжении всей жизни. Тем не менее для каждого программного обеспечения характерен свой специфический набор средств, определяющий область, в которой 3D-редактор удобно применять. Невозможно сказать, какой софт лучше или удобнее, каждый дизайнер выбирает программу для себя сам, но, основываясь на проанализированной информации, можно сделать вывод, что негласными лидерами на рынке стали программы Scetchup и 3d Max. Это обусловлено широким спектром предлагаемых функций и инструментов для работы с 3d графикой.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Студми. Учебные материалы для студентов, 2013//URL: https://studme.org/220847/sotsiologiya/teksta_gipertekstovoy_informatsii
2. Реферат на тему «Программирование, компьютеры и кибернетика» https://knowledge.allbest.ru/programming/2c0a65635a3ac69b5c43a88521206c37_0.html
3. Субботин М.М. Новая информационная технология: создание и обработка 3D графики.
4. Кречман Д., Пушков А. Мультимедиа своими руками.
5. «Программы создания и редактирования трехмерных графических объектов» // URL: https://studbooks.net/2264604/informatika/programmy_sozdaniya_i_redaktirovaniya_trehmernyh_graficheskih_obektov