Лабораторная работа №2

Тема: Основные понятия трехмерной графики

1. Основные понятия.

2. Практическое задание.

Для выполнения практического задания, необходимо применение таких модификаторов, как выдавливание(extrude), скос(bevel) и срез(slice). Далее приводится основное описание вышеуказанных инструментов.

Примитивы - базовые объекты, представляющие собой геометрические тела. Этот вид состоит из двух основных наборов - стандартного и дополнительного. Основная особенность этого типа объектов - минимальный набор параметров, позволяющий «на лету» менять структуру и степень деталировки объекта. Бокс(коробка) – прямоугольный параллелепипед, позволяет создать объекты прямоугольной формы и кубы. Цилиндр – позволяет создать объекты цилиндрической формы (этот инструмент я использовал при создании держателей для стекла).

Сплайны - базовые двумерные формы, являющиеся вспомогательными объектами Мах. Они применяются как основа трехмерных тел вращения, выдавливания и тел, создаваемых процедурой лофтинга. Дополнительно формам может быть задана толщина, в этом случае возможно их использование как самостоятельных, визуализируемых объектов сцены. Любая кривая представляет собой набор вершин соединенных сегментами - прямо- и криволинейными отрезками. Совокупность сегментов составляет сплайн, которые в свою очередь и образуют Форму. Понятия вершина, сегмент и сплайн составляют уровень подобъекта кривых типа сплайн и позволяют редактировать их.

Вершина - узловые точки сплайна, определяющие изменения его кривизны и степень деталировки. В зависимости от типа вершины различают:

1. Сглаженная - вершина, плавно соединяющая два смежных сегмента, имеющих равную степень кривизны.

2. Угловая - вершина, соединяющая два смежных сегмента и образующая прямолинейный излом кривизны.

3. Безье - сглаженная вершина, дающая возможность менять кривизну входящих сегментов. При выборе такой вершины возникает инструмент для ее настройки - маркерная касательная линия. Она состоит из двух отрезков, оканчивающихся узлами-маркерами, угол между которыми всегда составляет 180°. Перемещая один из узлов, можно изменять степень кривизны и ориентацию сегментов кривой, в то время как второй узел отображает те же действия центрально симметрично.

4. Угловая Безье - вершина, аналогичная предыдущей, но не имеющая фиксации угла в 180° между отрезками касательной. Перемещение узлов-маркеров происходит независимо, позволяя создавать криволинейные изломы кривизны.

Сегмент - прямолинейные или криволинейные участки сплайна, соединяющие его смежные вершины. В зависимости от типа сегмента различают:

1. Линейный - сегмент отРисуноковывается как кратчайшее расстояние между двумя вершинами, то есть по прямой.

2. Кривая - сегмент отРисуноковывается как кривая, в зависимости от типов соединяемых вершин и значений кривизны их касательных.

Сплайн - набор смежных сегментов, образующих непрерывную линию. Сплайны бывают Разомкнутые и Замкнутые. В замкнутом сплайне первая и последняя вершина совпадают. В зависимости от типа сплайна различают:

1. Линейный - все сегменты сплайна представляют собой одноименный тип при полном отсутствии кривизны.

2. Кривая - все сегменты сплайна имеют некоторую кривизну.

3. Совмещенный, при котором сплайн содержит как первые, так вторые сегменты.

Линия - основной примитив, позволяющий создать кривую любой нерегулярной формы.

Модификаторы позволяют изменять 3 D объекты, а также создавать 3 D объекты из сплайнов. Все модификаторы можно условно разделить на инструменты создания и инструменты редактирования объектов. Первый тип включает в себя такие средства как «Выдавить», «Скос», «Тело Вращения» и требует наличия предварительно созданной формы. После завершения формирования объекта исходные формы могут изменяться и дополняться, вызывая соответствующие изменения в итоговой геометрии. Другой, более обширный вид модификаторов работает с уже сформированными трехмерными объектами, позволяя изменять их геометрию. Эта группа включает в себя инструменты различных деформаций, алгоритмов искажения поверхности, изменений вида составляющих элементов и т.п.

Extrude - данный модификатор преобразует 2 D форму в 3 D объект путем «выдавливания» формы на определенную высоту.

Slice - создает плоскость сечения с помощью которой можно отсечь часть объекта.

Bevel – имеет функции, схожие с Extrude, но имеет несколько дополнительных возможностей, таких как трехуровневая модификация, с возможностью скоса любого из уровней.

Редактор материалов(Material Editor). Одними из самых важных аспектов «натуральности» финального вида моделируемой сцены являются правильно подобранные и отлаженные материалы. Для использования материалов в 3 D Мах существует «Редактор материалов», в котором можно создать материал и применить его к объекту. В основном применяются три базовые материала Мах (из десяти). Это Standard (Обычный), Multi/Sub-Object (Составной) и Raytraced (Трассируемый), причём материал Standard достаточен для подавляющего большинства случаев реалистичной визуализации. Однако - любой действительно реалистичный материал можно создать лишь при использовании текстурных карт.

Рендеринг используется для визуализации сцены, просмотра результатов моделирования, отладке материалов, обсчете анимационных последовательностей.

Практическое задание

На Рисунок.1 показан общий вид объекта для практической части, который состоит из основания, установленного на четыре ножки, двух стеклянных полочек с держателями, а также зеркала.

Рисунок. 1. Готовый объект

При моделировании данного использовались следующие инструменты: стандартный примитив бокс, дополнительный примитив призма, сплайн линия; модификаторы: выдавливание сплайна, срез, применение материи к объекту. Для начала наРисунокуем основание. Для этого воспользуемся инструментом сплайн «линия». Перейдите на вкладку Create->Shapes и кликните на объект Line. Для придания основанию округлых форм выберите начальный тип линии «Smooth». Можно Рисуноковать линию произвольно, а потом редактировать ее, но лучше сразу Рисуноковать вершины линии по числовым значениям. Следует вводить в поля координаты точки и нажать кнопку «Add point». При правильном подборе координат мы получим симметричное основание. Чтобы получить замкнутый сплайн кликните по кнопке «Close». Мы получили только двумерную форму, для образования из нее трехмерного объекта воспользуемся модификатором «Extrude».

Выберите созданную линию, перейдите на вкладку «Изменить» и в списке модификаторов выберите «Extrude» (Рисунок2). Этот модификатор используется для создания нижней части основания, которое непосредственно опирается на ножки. А для верхней – модификатор Bevel (скос). При использовании выдавливания, форма станет закрашенной, но не объемной. Для придания объема в параметр «количество» впишите нужную вам высоту. Теперь поставим наше основание на ножки.

Рисунок.2. «Выдавливание»

Ножки сделаем из стандартного примитива «Цилиндр». Перейдите на вкладку «Создать» - «Геометрия», в выпадающем списке выберите «стандартные примитивы», кликните на кнопке «цилиндр» и наРисунокуйте произвольный цилиндр (Рисунок 3).

Перейдите на вкладку «Изменить». Здесь вы можете задать его параметры (радиус и высота). С помощью кнопки «переместить» , находящейся на панели, поместим цилиндр в нужное место вручную или задав координаты явно. Теперь размножим ножки, поскольку нам их надо четыре.

Рисунок. 3. «Цилиндр»

Рисунок.4. Создание массива

Для создания двумерного массива в параметре «Измерение массива» следует переключить флажок на 2 D. В параметре «Счет» следует указать количество элементов в каждом направлении (в нашем случае массив 2х2). В параметре «отступы» указываются расстояния между элементами массива по координатным осям.

Далее Рисунокуем спинку. Поскольку основание не прямоугольное использовать обычный бокс не получится. Для создания спинки воспользуемся сплайном «линия», который затем тоже выдавим и обрежем. Чтобы спинка повторяла очертания основания будем Рисуноковать линию с помощью привязки. Для этого на панели сл дует нажать на кнопку привязки .

Рисунок.5. Редактирование сплайна

Нажатие правой кнопкой вызывает окно настройки привязки, в котором оставьте только привязку к вершине. С помощью привязки наРисунокуем линию которая идет по заднему краю основания, но не следует заканчивать ее. Надо продолжить линию в обратном направлении, Рисунокуя новые вершины с отклонением по оси Y на нужную толщину. Чтобы сплайн получился идеальным следует вершины выстроить по координатам (Рисунок.5). Выберите линию, перейдите на вкладку «Изменить», возле надписи «линия» есть плюс, который следует раскрыть. В появившихся подобъектах следует выбрать «вершина». Теперь можно редактировать вершины сплайна. Верхние вершины следует подгонять под нижние с учетом сдвига по оси Y(а не наоборот, поскольку нижние вершины привязаны к основанию). Когда эскиз спинки готов, следует его выдавить аналогично выдавливанию основания, но с большей высотой.

Для придания спинке усеченной формы будем использовать модификатор «Срез». Выберите сплайн «спинка», перейдите на вкладку «изменить» и в раскрывающемся списке выберите «срез». Раскройте плюсик возле надписи «срез» и выберите «срез плоскости», чтобы иметь возможность управлять плоскостью среза (Рисунок 6). Плоскость среза можно перемещать и вращать.

Рисунок. 6. Управление срезом

После установки плоскости среза, переключая параметры среза, удалите не нужную часть. Чтобы обрезать объект с двух сторон примените модификатор «срез» дважды.

Для создания полочек воспользуемся сплайн - линией. Ранее уже описано ее использование. В данном случае выбор данного инструмента объясняется тем, что нам необходимо, чтобы задняя часть полки имела форму, которая повторяет контур спинки. Для этого используется привязка к сетке и вершинам сплайна, а также сглаживание линий (как при создании основы).

Рисунок. 7. Создание полочки

Для создания второй полочки совсем не обязательно Рисуноковать сплайн. Достаточно скопировать первую, готовую, полочку. Для этого нажмите на кнопку «переместить», выберите объект и удерживая клавишу Shift передвиньте мышью ваш объект. При отпускании кнопки мыши появится окно «Опции клонирования» (Рисунок 8). Переключите флажок на «копия» и установите

Рисунок. 8. Клонирование объекта

количество копий (в данном случае 1). После этого появится точная копия выбранного объекта.

Теперь наРисунокуем держатели полочек с помощью примитива «Цилиндр». Перейдите на вкладку «создать» и наРисунокуйте произвольную цилиндр, затем перейдите на вкладку «изменить» (Рисунок 9). Здесь можно явно указать

Рисунок. 9. Параметры цилиндра

радиус и высоту полученной фигуры. Одна ножка готова, чтобы сделать остальные три можно воспользоваться массивом или клонированием (оба метода описаны выше).

Осталось наРисуноковать зеркало находящееся на спинке. Для этого наРисунокуем сплайн, который с помощью привязки будет повторять изгиб спинки. Зеркало делается аналогично спинке с той лишь разницей, что зеркало можно сделать тоньше, т.е. уменьшить расстояние по оси Y между вершинами.

Трехмерный объект готов, теперь можно пРисунокваивать материалы определенным элементам. Для вызова редактора материалов в меню «Просчет» выберите пункт «Редактор материалов» (Рисунок 10).

Рисунок. 10. Редактор материалов

Щелкните по кнопке «Взять материал», в появившемся окне на панели «обзор из» установить флажок на Mtl библиотека, нажмите на кнопку «открыть», в диалоговом окне в папке «matlibs» выберите файл «architectural.materials.doors & windows». В этом файле содержатся материалы стекол и зеркал. В списке материалов выберите материал «doors & windows.Glazing.Glass.Clear» - это чистое стекло. Можно назначить некоторые параметры материалу, такие как: прозрачность, диффузионный цвет, яркость и д.р. Теперь выделите две полочки и в редакторе материалов нажмите кнопку «Назначить материал выбранному». В окне перспективы можно увидеть что эти полочки стали прозрачные. Чтобы назначить материал «зеркало» проделайте тоже самое только выберите материал «doors & windows.Glazing.Glass.Mirrored».

Для визуализации сцены следует применить «Рендеринг». Перейдите в окно перспективы, поверните сцену для лучшего обзора. В меню «Просчет» выбрать «Просчет». Результат отображен на Рисунок. 11. На вкладке «Общие» в опциях рендеринга выставьте все флаги и нажмите кнопку «Рендеринг». Появится окно с изображением обработанной сцены (Рисунок 1).

Рисунок 11. Настройки рендеринга