# Тезисы лекций

## Тема 1 Основные понятия трехмерной графики

Цель: изучить основные цветовые модели компьютерной графики, рассмотреть элементы рабочего окна редактора 3 Dmax.

1. Полигональная графика.

2. Аналитическая графика.

3. Фрактальная графика.

4. Сплайновая графика.

1 Полигональная графика. Аналитическая графика

Моделирование архитектурных интерьеров и фасадов, анимация персонажей, фотореалистичные 3D сцены для Internet, визуализация физических процессов вот далеко неполный список задач, легко решаемых этой программой. Причём, речь может идти как об оптимальной расстановке мебели в Вашей квартире, оригинальной «начинке» домашней странички WEB или поздравительном ролике, так и курсовом или дипломном проекте, коммерческой реализации целого интернет-сервера или редставительском видеоклипе крупной компании.

2 Аналитическая графика

Аналитическая графика заключается в том, что объекты задаются аналитически, т.е. формулами.

Например:

Шар радиуса r с центром в точке (x 0 , y 0 , z 0 ):

(x-x 0 ) 2 +(y-y 0 ) 2 +(z-z 0 ) 2 =r 2

Эллипсоид с радиусами a, b, c и с центром в точке (x 0 , y 0 , z 0 ):

(x-x 0 ) 2 /a 2 +(y-y 0 ) 2 /b 2 +(z-z 0 ) 2 /c 2 =1

Комбинируя различные формулы друг с другом, можно получить оригинальные объекты обтекаемой формы. Но вся сложность заключается в нахождении формулы требуемого объекта.

Другой способ создания аналитических объектов - это создание тел вращения. Так, вращая круг вокруг некоторой оси, можно получить тор, а, вращая одновременно сильно вытянутый эллипс вокруг собственной и внешней осей, можно получить достаточно красивый рифленый тор.

3 Фрактальная графика

Алгоритмы фракталов могут создавать невероятные трехмерные изображения. Ключевое понятие любого фрактала - самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга.

Рассмотрите простую сферу. Является ли она самоподобной? Нет. При значительно большом увеличении она теряет сходство со сферой и начинает походить на плоскость. Сфера не самоподобна.

Местность относится к "самоподобному" классу. Зазубренный край сломанного горного камня в ладони вашей руки имеет те же самые очертания, что и горный хребет на горизонте. Благодаря этому, мы можем использовать фракталы для генерирования поверхности местности, которая походит на саму себя, независимо от масштаба, в котором она отображена.

Чтобы смоделировать случайную поверхность, мы нуждаемся в двумерном массиве значений высоты. Заметьте, что, хотя наша цель состоит в том, чтобы сгенерировать объемные координаты, массив должен хранить только значения высоты. Приписывая цвет к каждому значению высоты, Вы можете отождествить отображение высоты с изображением.

4 Сплайновая графика

Историю сплайнов принято отсчитывать от момента появления первой работы Шенберга в 1946 году. Сначала сплайны рассматривались как удобный инструмент в теории и практике приближения функций. Однако довольно скоро область их применения начала быстро расширяться, и обнаружилось, что существует очень много сплайнов самых разных типов. Сплайны стали активно использоваться в численных методах, в системах автоматического проектирования и автоматизации научных исследований, во многих других областях человеческой деятельности и, конечно, в компьютерной графике. Сам термин "сплайн" происходит от английского spline. Именно так называется гибкая полоска стали, при помощи которой чертежники проводили через заданные точки плавные кривые. В былые времена подобный способ построения плавных обводов различных тел, таких как, например, корпус корабля, кузов автомобиля был довольно широко распространен в практике машиностроения. В результате форма тела задавалась при помощи набора очень точно изготовленных сечений - плазов. Появление компьютеров позволило перейти от этого, плазово-шаблонного, метода к более эффективному способу задания поверхности обтекаемого тела. В основе этого подхода к описанию поверхностей лежит использование сравнительно несложных формул, позволяющих восстанавливать облик изделия с необходимой точностью. Ясно, что для большинства тел, встречающихся на практике, вряд ли возможно отыскание простых универсальных формул, которые описывали бы соответствующую поверхность глобально, то есть, как принято говорить, в целом. Это означает, что при решении задачи построения достаточно произвольной поверхности обойтись небольшим количеством формул, как правило, не удастся.

Литература:

1. Компьютерная графика. С.В. Глушаков, Г. А. Кнабе. Харьков «Фолио» Москва «АСТ», 2001.

2. 3-D Графика. Александр Тайц, Александра Тайц. Санкт – Петербург * Москва * Харьков * Минск, 2001.

3. Угринович Н.Д. Практикум по информатике и информационным технологиям. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. Изд. 2-е, испр.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004, с.32-37

Контрольные вопросы:

1. Что такое аналитическая графика?

2. Что понимается под фрактальной графикой?

3. В чем сложность получения фракталов?

4. Приведите пример фракталов?

5. Какие требования предъявляются к сплайнам?

## Тема 2 Элементы управления

Цель: изучить настройку интерфейса, типы видовых окон программы.

1. Настройка интерфейса.

2. Отображение объектов в видовых окнах.

1 Настройка интерфейса

Выполнение настроек Интерфейса требуется нечасто, первый раз при ознакомлении с программой и остальные - по необходимости, при тех или иных видах работ, восстановлении системы, заменах на новые версии и т.д. Однако этот аспект достаточно важен, поэтому разберем его подробно. Прежде всего, следует настроить конфигурацию Видовых окон, доступных для установки точки зрения наблюдателя:

Тор (Вид Сверху)

Front (Вид Спереди)

Left (Вид Слева)

Right (Вид Справа)

Bottom (Вид Снизу)

Back (Вид Сзади)

Perspective (Перспектива)

CameraXX (Вид из Камеры)

LightXX (Вид из Источника Света)

User (Вид Аксонометрический, Пользовательский). Для выбора необходимого вида нужно выполнить правый щелчок на надписи названия Видового Окна и выбрать его из контекстного меню, а для настройки конфигурации видовых экранов следует вызвать пункт Configure (Настроить).

В результате возникнет диалоговое окно Viewport Configuration (Конфигурация портов просмотра), в котором нужно выбрать закладку Схема. Из стандартного набора раскладок Видовых Экранов необходимо выбрать одну, наиболее удобную для работы. Чаще всего следует использовать последнюю, состоящую из четырех одинаковых по размеру Видовых Окон.

2 Отображение объектов в видовых окнах

При создании и редактировании геометрии сцены, при отладке материалов и настройке параметров анимации необходимо иметь механизм управления отображением объектов сцены в Видовых Окнах. Особенно это становится актуально при внесении изменений в насыщенные, сложные трехмерные сцены. Самый простой способ уменьшить системные издержки - это скрыть или «заморозить» неиспользуемые в данный момент объекты (мы разберем эти команды при рассмотрении режимов выбора объектов). Однако есть возможность управлять отрисовкой и видимой частью сцены. Поэтому рассмотрим режимы отображения объектов и способы его оптимизации подробнее.

Для выбора режима отображения любого Видового Окна необходимо выполнить правый щелчок на его названии и указать один из пунктов верхней группы контекстного меню:

Smooth+Highlights (Сглаживание+Хайлайты блики) - сглаживание ребер между гранями и показ бликов.

Wireframe (Каркас) - проволочный каркас, образованный видимыми ребрами.

Литература:

1. 3DS Max 7. Самоучитель пользователя 3DS Max 7 Самоучитель пользователя. (Серия:"Самоучитель пользователя") //Соловьев М.М.Соловьев М.М. СОЛОН-Пресс, 2005 ,с.328

2. 3ds max 7. Трюки и эффекты (Серия:"Трюки и эффекты")//Бондаренко С.В.,Бондаренко М.Ю., БондаренкоС.В.,Бондаренко М.Ю.Питер, 2005,с. 576

3. 3ds max 7. Учебный курс Познакомьтесь с лучшей программой для работы с трехмерной графикой!. (Серия:"Учебный курс") //Бордман Т. Бордман Т. Питер, 2005 с.408

4. 3ds max 7.5 (Серия:"Эффективная работа") //Маров М.Н. Маров М.Н. Питер, 2006, с.827

5. 3ds max 7: трехмерное моделирование и анимация (Серия:"В подлиннике") (ГРИФ) //Тозик В.Т.,Меженин А.В., Тозик В.Т.,Меженин А.В, БХВ-Петербург, 2005,с.998

6. 3ds max 8 для "чайников" //Мортье Ш. Мортье Ш.,Вильямс, 2006, с.368

7. 3ds max 8 Секреты мастерства. //Верстак В.А. Верстак В.А.,Питер ,2006,с.672

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные видовые окна.

2. Какой пункт следует вызвать, чтобы настроить видовые окна?

##

## Тема 3 Команды и операции над объектами

Цель: изучить основные приемы выделения объектов и стандартные примитивы

1. Выделение объектов.

2. Стандартные примитивы.

1 Выделение объектов

Выполнение операции выбора объектов можно выполнить с помощью группы кнопок в Main Toolbar (Основной Панели) (рис.1)

Рисунок 1- Группа кнопок выбора объектов

в Основной Панели Инструментов

Select Object (Выбрать Объект) - модальная кнопка, включающая режим выбора объектов левым щелчком мыши. По каждому левому щелчку предыдущий выбор сбрасывается и выбранным оказывается лишь один, последний из объектов. Для добавления нового объекта в набор без сброса - левый щелчок выполняется с нажатой клавишей <Ctrl>, для исключения выбранного объекта из набора - щелчок совместно с клавишей <Alt>.

2 Стандартные примитивы

Standard Primitives (Стандартные Примитивы).

Sphere (Сфера).

Для этого необходимо, используя панель Create (Создать), вызвать кнопкой Geometry (Геометрия) список основных типов объектов и выбрать из него группу Standard Primitives (Стандартные Примитивы) .Выберите кнопку Sphere (Сфера) из свитка Object Type (Тип Объекта) и установите в свитках параметров следующие значения: В свитке Creation Method (Способ Создания): переключатель Center (Из Центра).

Box (Коробка)

Создание объекта Box (Коробки) начинается с определения пропорций граней, то есть будет это Куб или Параллелепипед. Выбор одного из этих типов осуществляется переключателем Cube / Box в свитке Creation Method (Способ Создания). Три счетчика Length Segs (Число Сегментов по Длине), Width Segs (Число Сегментов по Глубине) и Height Segs (Число Сегментов по Высоте) отвечают за число сегментов по соответствующему размеру и позволяют предусмотреть плавность будущей деформации или степень деталировки. Линейные размеры регулируются счетчиками Length (Длина), Width (Глубина) и Height (Высота) и при применении способа задания их с помощью мыши отображают изменение их величин.

Примитив Cylinder (Цилиндр).

Кроме задания основных размеров (с помощью мыши или с использованием свитка Keyboard Entry (Ввод с Клавиатуры)) есть возможность создавать фрагментарный объект - Цилиндрический Сектор. Для этого необходимо включить флажок Slice On (Сектор Включен) и двумя счетчиками Slice From (Сектор От) и Slice To (Сектор До) в угловых единицах задать начало и конец сектора. В результате будет получен цилиндр с выборкой по всей высоте - очень удобный базовый объект для создания, например, модели деревянного полена

Литература:

1. 3ds max 7.5 (Серия:"Эффективная работа") //Маров М.Н. Маров М.Н. Питер, 2006, с.827

2. 3ds max 7: трехмерное моделирование и анимация (Серия:"В подлиннике") (ГРИФ) //Тозик В.Т.,Меженин А.В., Тозик В.Т.,Меженин А.В, БХВ-Петербург, 2005,с.998

3. 3ds max 8 для "чайников" //Мортье Ш. Мортье Ш.,Вильямс, 2006, с.368

4. 3ds max 8 Секреты мастерства. //Верстак В.А. Верстак В.А.,Питер ,2006,с.672

Контрольные вопросы:

1. Какие действия необходимо выполнить, чтобы выделить объект?

2. Операции выбора можно осуществить с помощью, какой панели?

3. Из какого свитка можно выбрать примитив сфера?

4. Какой переключатель в свитке Creation Method (Способ Создания) позволит создать куб?

5. Какой переключатель в свитке Creation Method (Способ Создания) позволит создать параллелепипед?

##

## Тема 4 Моделирование

Цель: дать основное представление о структуре сплайновой графики.

1. Сплайновая графика. Создание геометрии или моделирование

2. Источники света. Съемочные камеры. Материалы.

3. Анимация и визуализация.

1 Сплайновая графика. Создание геометрии или моделирование

В результате работы программы создаются статические сцены, состоящие из определенного набора геометрических объектов (плоских и объемных), которые являются трехмерными, то есть описываются тремя координатами. Упрощенно эти координаты можно назвать Длиной, Шириной и Высотой. Четвертое измерение - Время присутствует только в динамических сценах или сценах, использующих Анимацию (или оживление).

2 Источники света

Яркость и тон основного и вспомогательного освещения, наличие рефлексных источников света, глубина и резкость теней и многие другие параметры задаются при помощи специальных служебных объектов - источников света, а съемочные камеры управляют крупностью кадра, перспективой, углом зрения и поворота и т.д. Кроме того, высота точки расположения наблюдателя регулирует так называемый «эффект присутствия» - вид с высоты «птичьего полета» или человеческого роста сразу задает «настроение» зрителю. Реальность получаемой «картинки» в значительной степени зависит от используемых материалов и примененных в них текстурных карт -изображений, имитирующих фактуру дерева, камня, водной поверхности и т.п. Многочисленные параметры Редактора Материалов дают неограниченные возможности в отладке и настройке фотореалистичности сцены, приближению ее изображений к натуральности реального мира

3 Анимация

При моделировании динамических сцен очень мощный механизм управления движением, как отдельных объектов, так и целых потоков и групп, позволяет добиваться настоящей достоверности, приближающей моделированную имитацию к реальным съемочным кадрам, получаемым видеокамерой. Такие параметры, как замедление и ускорение, циклы и повторы, масштабирование временных промежутков и некоторые другие управляют анимацией и дают гибкий инструмент для пользователя.

Финальный этап, заключающийся в настройке параметров, регулирующих качество получаемой «картинки», формат и тип генерируемых кадров, добавление специальных эффектов (сияния, отражений и бликов в линзах камер, размытие резкости, смазанность при быстром движении, туман и многие другие). Процесс обсчета каждого кадра напрямую зависит от сложности сцены, используемых материалов и, безусловно, от компьютера, на котором происходит обсчет. Поэтому далее мы детально остановимся на аппаратных и программных требованиях, предъявляемых программой Мах.

Литература:

1. Компьютерная графика. С.В. Глушаков, Г. А. Кнабе. Харьков «Фолио» Москва «АСТ», 2001.

2. 3-D Графика. Александр Тайц, Александра Тайц. Санкт – Петербург * Москва * Харьков * Минск, 2001.

Контрольные вопросы:

1. Из каких геометрических объектов создаются статистические сцены?

2. Эффект присутствия каким образом создается?

3. Как называется механизм управления движением?

4. Как называется финальный этап в настройке параметров?

## Тема 5 Материалы

Цель: изучить материалы.

1. Разновидности базовых материалов.

2. Типы тонирования.

1 Разновидности базовых материалов

Одними из самых важных аспектов «натуральности» финального вида моделируемой сцены являются правильно подобранные и отлаженные материалы. Список свойств и зависимостей всех параметров, влияющих на конечный результат неограниченно велик, однако для получения вполне приличных результатов стоит лишь уяснить немногие правила и приемы.

Для начала ограничимся лишь тремя базовыми материалами Мах (из десяти). Это Standard (Обычный), Multi/Sub-Object (Составной) и Raytraced (Трассируемый), причём материал Standard достаточен для подавляющего большинства случаев реалистичной визуализации.

2 Типы тонирования

Прежде всего, следует настроить цветовые составляющие создаваемого материала Это Ambient (Окружающий), Diffuse (Рассеянный) и Specular (Зеркальный) цвета. Для изменения любой из этих компонент необходимо использовать окно Color Selector (Выбор Цвета); его вызов выполняется левым щелчком на соответствующей кнопке, используйте шкалу Hue (Оттенок) для изменения цвета без нарушения соотношения яркость / контрастность; шкала Saturation (Насыщенность) удобна для усиления / ослабления цвета; кнопка Reset для отмены последних изменений в цветовых настройках. Для связывания изменений одновременно в Ambient, Diffuse, Specular нужно включить соответствующую кнопку блокировки. Каждая из цветовых составляющих может быть связана с картой текстуры, для вызова настроек которой служат рельефные кнопки, расположенные справа от цветных. Для настроек зеркального блика служит подраздел Specular Highlights (Зеркальные Блики). Для установки размера и яркости зеркального блика служат два параметра -Specular Level (Уровень Блеска) и Glossiness (Глянцевость). Обычно достичь требуемых результатов удается только при совместном множественном использовании этих обоих счетчиков. Параметр Soften (Смягчение) - позволяет сгладить слишком жесткий и «колючий» зеркальный блик при установке счетчика в значение от 0.5 до 1.0. Следующая группа параметров Self-Illumination (Самосвечение) позволяет варьировать собственным свечением материала. Если требуется чисто визуальная настройка, то нужно использовать флажок Color (Цвет) вместе с палитрой, расположенной справа. Для точной настройки по значению счетчика флажок следует отключить

Литература:

1. 3ds max 7.5 (Серия:"Эффективная работа") //Маров М.Н. Маров М.Н. Питер, 2006, с.827

2. 3ds max 7: трехмерное моделирование и анимация (Серия:"В подлиннике") (ГРИФ) //Тозик В.Т.,Меженин А.В., Тозик В.Т.,Меженин А.В, БХВ-Петербург, 2005,с.998

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные материалы?

2. Какой материал достаточен для подавляющего большинства случаев реалистичной визуализации?

3. Какую шкалу следует использовать для изменения цвета без нарушения соотношения яркость / контрастность?

## Тема 6 Освещение и камеры

Цель: изучить основные приемы направления света и камеры

1. Свет в кадре, основные источники света.

2. Съемочные камеры.

1 Свет в кадре, основные источники света

Виртуозное владение техникой моделирования и артистичное смешение красок и текстур при создании материалов не позволит получить по-настоящему реалистичные изображения без правильно настроенного света сцены и удачно закомпонованного кадра съемочной камеры. Два основных типа служебных объектов любой сцены Мах - источники света и камеры требуют детальной настройки и отладки. Обычно работа с ними начинается сразу после создания первых объектов геометрии, однако подробная установка параметров более целесообразна позднее, в процессе настройки материалов.

Основные источники света: любая из вновь созданных сцен имеет Default Lighting (Базовое Освещение) - способ отрисовки сцены при полном отсутствии источников света. Действительно, если пользователь начинает с создания геометрии и присвоения ей неких материалов, не позаботившись об освещении, то за него это сделает сама программа, давая возможность заняться этим позднее. Установки базового освещения производятся в диалоговом окне Viewport Configuration (Конфигурация Видовых Окон), вызываемом через одноименный пункт падающего меню Customize (Настроить) Default Lighting (Базовое Освещение). Группа Rendering Options (Параметры Визуализации) содержит флажок Default Lighting (Базовое Освещение), который позволяет управлять встроенным освещением, и два переключателя -1 Light (Один Источник Света) / 2 Light (Два Источника Света), осуществляющих выбор числа базовых осветителей сцены. При одном включенном источнике света сцена отрисовывается с фронтальным, расположенным «за плечом наблюдателя» освещением. Такая конфигурация позволяет быструю перерисовку объектов сцены в видовых окнах, однако, выглядит менее естественно, чем другая, с двумя источниками света. Во втором варианте один из осветителей располагается слева вверху, а другой - справа внизу, что способствует более реальному виду, хотя при обновлении экрана происходит большее замедление. Параметры базового освещения ограничиваются описанным незначительным набором установок.

2 Съемочные камеры

Специальные служебные объекты - съемочные камеры или просто камеры.

В среде Мах используются два вида камер:

§ Target Camera (Нацеленная Камера).

§ Free Camera (Свободная Камера).

Второй тип съемочных камер менее удобен для большинства случаев, поэтому остановимся на первом и рассмотрим его подробнее.

Нацеленная Камера представляет собой объект, по структуре близкий к рассмотренному ранее источнику света типа Target Spot (Нацеленный Прожектор), - это точка объектива камеры, показываемая в окнах в виде синего изображения кинокамеры и Target (Точка Цели) (отрисовываемая синим кубиком), в которую всегда направлен воображаемый луч зрения наблюдателя Ось луча зрения отрисовывается прямой голубого цвета, соединяющей объектив камеры и кубик цели.

Литература:

1. 3ds max 7.5 (Серия:"Эффективная работа") //Маров М.Н. Маров М.Н. Питер, 2006, с.827

2. 3ds max 7: трехмерное моделирование и анимация (Серия:"В подлиннике") (ГРИФ) //Тозик В.Т.,Меженин А.В., Тозик В.Т.,Меженин А.В, БХВ-Петербург, 2005,с.998

3. 3ds max 8 для "чайников" //Мортье Ш. Мортье Ш.,Вильямс, 2006, с.368

4. 3ds max 8 Секреты мастерства. //Верстак В.А.Верстак В.А.,Питер ,2006,с.672

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные источники света?

2. Вновь созданные сцены какую имеют освещенность,при полном отсутствии источников света?

3. Какая точка объектива камеры показывается в видовых окнах в виде синего изображения камеры?

##

## Тема 7 Текстурные карт ы

Цель: изучить принципы использования текстурных карт.

1. Использование текстурных карт.

2. Maps (Карты).

1 Использование текстурных карт

Выбор типа текстурной карты производится соответствующей кнопкой.

Эти рельефные кнопки имеют надпись используемой карты текстуры, и их нажатие вызывает новый набор свитков с настраиваемыми параметрами. Если рельефная кнопка имеет надпись None (Ничего), то назначение карты текстуры отсутствует, и нажатие такой кнопки вызывает Material / Map Browser (Просмотрщик Материалов / Текстурных Карт). Список каналов, которыми можно управлять: Основные цветовые компоненты - Ambient Color (Окружающий цвет), Diffuse Color (Рассеянный цвет) и Specular Color (Зеркальный цвет).

2 Maps (Карты)

Procedural Maps (Процедурные карты)

Одним из самых серьезных недостатков карт типа Bitmap является их ограниченность в пространстве и отсюда нереальность, несоответствие натуральному виду материалов реального мира. Действительно, можно сделать их бесшовными и установить параметром Tile (Мозаика) необходимое число повторений, однако чаще всего однородность такой текстуры видна даже непрофессиональному глазу. Как вариант решения этой проблемы были разработаны карты Procedural (Процедурные или Параметрические).

Такие текстуры представлены в Max 2D и 3D (Дву- и Трехмерными) картами.

Некотрые из них

2D Maps (Двумерные Текстурные Карты)

Checker (Шахматы) - представляет собой черно-белое (по умолчанию) поле, в котором возможна как корректировка двух составляющих цветов, так и замена их на дополнительные карты текстур. Параметр Soften (Смягчение) управляет четкостью границ в местах перехода от цвета №1 к цвету №2 Gradient (Растяжка) - создает плавный переход между тремя цветами по линейному или круговому алгоритму. Каждый из цветов может быть заменен на карту текстуры. Дополнительные группы параметров Noise (Нерегулярность) и Noise Threshold (Порог Нерегулярности) управляют неоднородностью и зашумлением, придавая материалу натуральность Gradient Ramp (Улучшенная Растяжка) - усовершенствованный вариант текстуры типа Gradient с большими возможностями настройки и отладки. Swirl (Завихрение) - создает цветные узоры, похожие на радужные переливы поверхности лазерного диска, бензиновых пятен на воде и т.п.

3D Maps (Трехмерные Текстурные Карты)

Noise (Нерегулярность) - текстурная карта, генерируемая случайным образом и распространяющаяся по трем координатам X. Y и Z бесконечно. Применение этой карты в каналах Ambient (Окружающий), Diffuse (Рассеянный) и Bump (Рельеф) позволяет увеличить неоднородность материала и тем самым добавить ему натурштьности. Настраивать зернистость следует, используя счетчик Size (Размер) Smoke (Дым) - очень мощное средство для имитации атмосферных эффектов, усиливающих фотореализм сцены. Такие явления как пар, туман, задымление могут быть созданы достаточно убедительно с использованием текстуры Smoke. Свиток Smoke Parameters (Параметры Дыма) позволяет изменять Size (Размер Клубов Дыма), Iterations (Степень Перемешанности) и Exponent (Показатель Плавности). Анимация карты задается счетчиком Phase (Фазовый Сдвиг) Water (Вода) - процедурная трехмерная карта, имитирующая водную поверхность. Аналогично текстуре Noise карта Water применяется в каналах Ambient (Окружающий) и Diffuse (Рассеянный) для генерации случайного рисунка на поверхности воды, и в канале Bump (Рельеф) -для создания ряби, расходящихся кругов, волн и т.п. Свиток Water Parameters содержит необходимый набор счетчиков для настройки и отладки: Num Wave Set (Число Суммируемых Волн) - наилучшие результаты дает значение от 3 до 15 единиц; Wave Len Max / Min (Максимальная / Минимальная Длина Волны), Wave Radius (Радиус Волны) и Amplitude (Амплитуда) - подбор значений определяется геометрией объекта, условиями освещения, силой отражений, углом зрения и т.д. Счетчик Random Seed (Хаос) управляет случайностью волн, a Phase (Фаза) используется для анимации.Переключатель Distribution (Распределение) задает 3D (Трехмерное) или 2D (Двумерное) распространение волн. И, наконец, настройка цветов или их замена текстурными картами выполняется соответствующими цветными или рельефными кнопками

Wood (Древесина) - позволяет создавать рисунок, подобный срезам древесных поверхностей, имитируя годовые кольца, сучковатость и другую неоднородность древесных текстур. Внешний вид настраивается счетчиками Grain Thickness (Крупность Волокон), Radial Noise (Круговая Нерегулярность) и Axial Noise (Линейная Нерегулярность) Cellular (Ячейки) - карта, применяемая в основном в канале Bump (Рельеф), позволяющая имитировать различные ячеистые структуры типа пенопласта, бетона, кожуры лимона или апельсина, кожи пресмыкающихся и т.п. Степень «грубости» рельефа настраивается счетчиком Bump Smoothing (Сглаживание Рельефа) в диапазоне от 0 до 1 Marble (Мрамор) и Perlin Marble (Перламутр) - текстурные карты, генерирующие материалы, близкие к естественному мрамору, малахиту, янтарю и др. природным камням. Несмотря на минимальное количество настроек в свитках этих карт, их использование позволяет достичь приличных результатов Dent (Выбоины) - аналогичная Cellular текстура, пригодная для создания вариаций случайных вмятин и шероховатостей на поверхности объекта. Очень подходит как дополнение к часто используемой карте Noise (Нерегулярность) для усложнения и добавления оригинальности материалам

Falloff (Спад) - служебная процедурная карта, чаще всего применяемая в канале Opacity (Непрозрачность) для задания неоднородности прозрачности воды и стекла в местах изменения кривизны рельефа

Основное удобство применения трехмерных текстур состоит в отсутствии необходимости следить за Mapping (Проецированием) на поверхностях сложных объектов (особенно торцах), бесконечной протяженностью этих карт по всем координатам (и потому дающих материалу неповторяемый вид), компактностью их хранения и переноса.

Литература:

1. 3DS Max 7. Самоучитель пользователя 3DS Max 7 Самоучитель пользователя. (Серия:"Самоучитель пользователя") //Соловьев М.М.Соловьев М.М. СОЛОН-Пресс, 2005 ,с.328

2. 3ds max 7. Трюки и эффекты (Серия:"Трюки и эффекты")//Бондаренко С.В.,Бондаренко М.Ю., БондаренкоС.В.,Бондаренко М.Ю.Питер, 2005,с. 576

3. 3ds max 7. Учебный курс Познакомьтесь с лучшей программой для работы с трехмерной графикой!. (Серия:"Учебный курс") //Бордман Т. Бордман Т. Питер, 2005 с.408

4. 3ds max 7.5 (Серия:"Эффективная работа") //Маров М.Н. Маров М.Н. Питер, 2006, с.827

5. 3ds max 7: трехмерное моделирование и анимация (Серия:"В подлиннике") (ГРИФ) //Тозик В.Т.,Меженин А.В., Тозик В.Т.,Меженин А.В, БХВ-Петербург, 2005,с.998

6. 3ds max 8 для "чайников" //Мортье Ш. Мортье Ш.,Вильямс, 2006, с.368

7. 3ds max 8 Секреты мастерства. //Верстак В.А. Верстак В.А.,Питер ,2006,с.672

Контрольные вопросы:

1. Какой свиток содержит набор счетчиков рельефных кнопок и флажков со списком каналов оптических свойств материалов?

2. 2D Maps (Двумерные Текстурные Карты) именно у Checker (Шахматы) можно ли изменить цвет черно-белого?

##

## Тема 8 Анимация

Цель: дать основное представление о структуре сплайновой графики.

1. Сплайновая графика. Создание геометрии или моделирование

2. Источники света. Съемочные камеры. Материалы.

3. Анимация и визуализация.

1 Сплайновая графика. Создание геометрии или моделирование

В результате работы программы создаются статические сцены, состоящие из определенного набора геометрических объектов (плоских и объемных), которые являются трехмерными, то есть описываются тремя координатами. Упрощенно эти координаты можно назвать Длиной, Шириной и Высотой. Четвертое измерение - Время присутствует только в динамических сценах или сценах, использующих Анимацию (или оживление).

2 Источники света

Яркость и тон основного и вспомогательного освещения, наличие рефлексных источников света, глубина и резкость теней и многие другие параметры задаются при помощи специальных служебных объектов - источников света, а съемочные камеры управляют крупностью кадра, перспективой, углом зрения и поворота и т.д. Кроме того, высота точки расположения наблюдателя регулирует так называемый «эффект присутствия» - вид с высоты «птичьего полета» или человеческого роста сразу задает «настроение» зрителю. Реальность получаемой «картинки» в значительной степени зависит от используемых материалов и примененных в них текстурных карт -изображений, имитирующих фактуру дерева, камня, водной поверхности и т.п. Многочисленные параметры Редактора Материалов дают неограниченные возможности в отладке и настройке фотореалистичности сцены, приближению ее изображений к натуральности реального мира

3 Анимация

При моделировании динамических сцен очень мощный механизм управления движением, как отдельных объектов, так и целых потоков и групп, позволяет добиваться настоящей достоверности, приближающей моделированную имитацию к реальным съемочным кадрам, получаемым видеокамерой. Такие параметры, как замедление и ускорение, циклы и повторы, масштабирование временных промежутков и некоторые другие управляют анимацией и дают гибкий инструмент для пользователя.

Финальный этап, заключающийся в настройке параметров, регулирующих качество получаемой «картинки», формат и тип генерируемых кадров, добавление специальных эффектов (сияния, отражений и бликов в линзах камер, размытие резкости, смазанность при быстром движении, туман и многие другие). Процесс обсчета каждого кадра напрямую зависит от сложности сцены, используемых материалов и, безусловно, от компьютера, на котором происходит обсчет. Поэтому далее мы детально остановимся на аппаратных и программных требованиях, предъявляемых программой Мах.

Литература:

3. Компьютерная графика. С.В. Глушаков, Г. А. Кнабе. Харьков «Фолио» Москва «АСТ», 2001.

4. 3-D Графика. Александр Тайц, Александра Тайц. Санкт – Петербург * Москва * Харьков * Минск, 2001.

Контрольные вопросы:

1. Из каких геометрических объектов создаются статистические сцены?

2. Эффект присутствия каким образом создается?

3. Как называется механизм управления движением?

4. Как называется финальный этап в настройке параметров?

## Тема 9 Спецэффекты и визуализация

Цель: изучить основные термины, режимы программы 3 DMAX, дать понятие рендерингу.

1. Основные термины.

2. Дисплейные режимы.

3. Рендеринг.

1 Основные термины

16- 24- и 32-битные цвета

Каждый пиксел окрашен определенным цветом. В 16-битном режиме можно воспроизвести 65,536 цветов, в то время как в 24-битном - 16.7 миллионов цветов. 32-битный режим располагает тем же количеством цветов, что и 24-битовый режим, хотя манипулировать 32-битными изображениями значительно быстрее, чем 24-битными. Однако, 32-битная графика требует почти на 25% больше памяти. Поскольку человеческие глаза не могут увидеть более чем 10 миллионов различных цветов, то считается, что 24- и 32-битовая графика примерно равны по качеству.

Текстура (Texture) - побитовое отображение поверхностей, отсканированное или нарисованное, что придает поверхности реалистичный вид. Использование текстур гораздо удобнее моделирования поверхности объекта с помощью окрашенных многоугольников.

Пиксел
PI(X)cture ELement - минимальный графический элемент, генерируемый видео адаптером, обычно размером с точку. Пикселы могут быть почти любого цвета, в зависимости от способностей адаптера.

Тексел
TE(X)ture ELement - минимальный элемент текстуры, обычно относится к треугольнику.

Текстурирование
Текстурирование - основной метод моделирования поверхностей наложением на них изображений, называемых текстурой.

Скорость текстурирования (Fill rate)

Количественная оценка, показывающая, какое число пикселов графическая плата может обработать за секунду - прорисовать или назначить текстуру.

Throughput
Throughput - другая характеристика 3D-чипсета, показы-вающая скорость обработки треугольников 3D-ускоритель. Throughput 1 млн. треугольников/с означает, что 3D- ускоритель может обработать 1 млн. тре-угольников в секунду.

2 Дисплейные режимы

1. Проволочная скульптура (Wireframe) - Первичный объект, для образования которого применяются линии краев многоугольников, придающие объекту сходство со скульптурой, сделанной из проволочной сетки.

2. Окрашивание плоскостей (Flat Shaded) - Поверхность многоугольников (треугольников) окрашена определенным цветом, однако поверхность объекта все еще выглядит дробной.

3. Плавное окрашивание (Smooth Shaded) - Поверхности образующих объект многоугольников окрашены, а границы между ними сглажены. В настоящее время этот метод стал весьма распространен, так как современные аппаратные средства позволяют им пользоваться, хотя метод требует высокой интенсивности вычислений.

4. Текстурирование поверхностей (Smooth Textured) - Объект начинает выглядеть волне реалистично. Характер поверхностей отражен максимально точно. Метод требует массы усилий процессора и памяти.
Примечание: рассматривая тот или иной режим необходимо помнить, что более долгий из них тот, что приводит к перерисовке всей сцены или объекта.

3 Рендеринг

Процесс интерпретации всего объекта и данные о его освещении для создания, затем, завершенной картины в том виде, в каком она должна выглядеть на перспективе с выбранной точки зрения. Однако рендерить можно по-разному - можно хорошо, можно плохо, можно правильно и неправильно. Качеству рендеринга, то есть тому, насколько правильным, красивым и без изъянов получается изображение, придается особенно важное значение.

Литература:

1. 3DS Max 7. Самоучитель пользователя 3DS Max 7 Самоучитель пользователя. (Серия:"Самоучитель пользователя") //Соловьев М.М.Соловьев М.М. СОЛОН-Пресс, 2005 ,с.328

2. 3ds max 7. Трюки и эффекты (Серия:"Трюки и эффекты")//Бондаренко С.В.,Бондаренко М.Ю., БондаренкоС.В.,Бондаренко М.Ю.Питер, 2005,с. 576

3. 3ds max 7. Учебный курс Познакомьтесь с лучшей программой для работы с трехмерной графикой!. (Серия:"Учебный курс") //Бордман Т. Бордман Т. Питер, 2005 с.408

4. 3ds max 7.5 (Серия:"Эффективная работа") //Маров М.Н. Маров М.Н. Питер, 2006, с.827

5. 3ds max 7: трехмерное моделирование и анимация (Серия:"В подлиннике") (ГРИФ) //Тозик В.Т.,Меженин А.В., Тозик В.Т.,Меженин А.В, БХВ-Петербург, 2005,с.998

6. 3ds max 8 для "чайников" //Мортье Ш. Мортье Ш.,Вильямс, 2006, с.368

7. 3ds max 8 Секреты мастерства. //Верстак В.А. Верстак В.А.,Питер ,2006,с.672

Контрольные вопросы:

1. Побитовое изображение поверхностей это…

2. Опишите структуру типового рендеринга.

3. Какой основной метод моделирования поверхностей?

4. Перечислите основные дисплейные режимы.

5. Что называют ренедерингом.

## Тема 11 Классификация изображений

Цель: дать характеристику изображений и основные приемы работы изображением.

1. Классификация изображений.

2. Ввод изображения.

3. Преобразование изображений.

1 Классификация изображений

Класс 1 - тоновые и цветные изображения. В этот класс входят изображения, имеющие вид обычных телевизионных изображений. Они обеспечивают довольно точное воспроизведение реальности и представляются матрицами с целочисленными элементами.

Класс 2 - 2-х уровневые или представляемые в нескольких цветах изображения.

Класс 3 - непрерывные кривые и линии.

Класс 4 - точки или многоугольники.

2 Ввод изображения

Изображение, представленное в аналоговой форме, необходимо преобразовать в некоторую числовую матрицу, а затем можно приступать к его обработке на ЭВМ. Процесс такого преобразования называется дискретизацией и состоит из 2-х процессов: выборки и квантования. Первый процесс заключается в выборе на поле наблюдения начального множества точек, в любой выбранной точке измеряются характеристики изображения, которые потом используются на всех последующих этапах обработки изображения. Так как ЭВМ располагает ограниченной памятью, то результаты полученных измерений описывается конечным числом символов. Такая процедура называется процессом квантования.

3 Преобразования изображений.

Преобразование изображения класса 1 в изображение класса 2 - это процесс сегментации, обеспечивает выделение областей приблизительно одинакового цвета и (или) яркости. Часто термин "сегментация" используется для обозначения процесса поиска однородностей в смысле некоторого более сложного свойства (типа текстур).

Преобразование изображений класса 2 в класс 3 заключается в построении или отслеживании контура. Это преобразование обеспечивает отображение заданной области в некоторую замкнутую кривую. Второе допустимое преобразование - прореживание, заключается в отображении области в некоторый граф, называемый остовом области.

Существуют преобразования 3 класса в 4 класс и обратно.

Литература:

1. 3ds max 7. Лучшие плагины (Серия:"Популярный самоучитель") //Бондаренко С.В.,Бондаренко М.Ю.Бондаренко С.В.,Бондаренко М2005.Ю.Питер стр528, 2005

Контрольные вопросы:

1. Тоновые и цветные изображения к какому классу относятся?

2. В чем заключается класс 2?

3. Точки и многоугольники представляют класс 2 или класс4?

4. Перечислите основные преобразования классов.

## Тема 12 Комплект программ сопровождающие 3DMAX.

Цель: познакомить с функциональными возможностями комплекта сопровождающих программ 3 DMAX

1. API (Application Programming Interface)

2. DirectX

3. OpenGL. VRML

4. AGP (Advanced Graphics Port) ,DiME

###### 1 API (Application Programming Interface)

Комплект программ, которые прикладная программа использует для обращения к задачам исполняемым на уровне операционной системы. Т.е. программы связи аппаратных средств (таких, как, например, видеопроцессор) с приложениями, например, играми. Разработчики игры пишут ее код согласуясь с API, что позволяет ей работать с любыми аппаратными средствами, на любых компьютерах. 3D API позволяет программисту создавать трехмерное программное обеспечение использующее все возможности 3D-ускорителей. 3D API делятся на стандартные (уни-версальные) и собственные (специализированные). Без стандартных API, поддерживающих широкий спектр 3D-ускорителей, разработчиками, пришлось бы портировать игры под множество плат. Наиболее известные стандартные 3D API - OpenGL и Direct3D. Собственный (native) 3D API предназначен для одного конкретного семейства 3D-уcкopитeлeй и ограждает программиста от низкоуровневого программирования. Примеры специализированных 3D API - Glide (от 3Dfx), RRedline (от Rendition), PowerSGL (от Videologic). Ис-пользование 3D API предполагает применение драйверов для этого API. На сегодняшний день наличие драйверов Direct3D и OpenGL для Windows 95/ 98 является обязательным требованием ко всем 3D-уcкopитeлям.

2 DirectX.

API для Microsoft® Windows® сфокусированный на разработке мультимедийных приложений. По словам Microsoft, DirectX обеспечивает разработчиков программного обеспечения гибкостью необходимой для работы в Internet и открывает путь к использованию мощнейших возможностей современных персональных компьютеров в работе с мультимедийными приложениями. DirectX

3 OpenGL

OpenGL - открытый 3 D API, созданный компанией SGI и контролируемый ассоциацией OpenGL Architecture Review Board (ARB), в которую входят DEC, E&S, IBM, Intel, Intergraph, Microsoft и SGI. OpenGL реализует широкий диапазон функций от вывода точки, линии или полигона до рендеринга кривых поверхностей NURBS, покрытых текстурой.

4 AGP (Advanced Graphics Port) ,DiME

Новая технология призванная повысить качество воспроизведения мультимедийных программ, скорость их воспроизведения и интерактивные возможности сохранив, однако, невысокую стоимость. Главное свойство AGP - возможность быстрого обращения к оперативной памяти компьютера

Литература:

1. 3ds max 7 на 100% //Верстак В.А.,Бондаренко С.В.,Бондаренко М.Ю.Верстак В.А.,Бондаренко С.В.,Бондаренко М.Ю. Питер стр384, 2005

2. 3ds max 7 Практическое руководство. (Серия:"К вершинам мастерства") //Бурлаков М.В.Бурлаков М.В.Бином-Пресс , стр 672 , 2006

3. 3DS Max 7. Волшебный мир трехмерной графики (Серия:"Библиотека профессионала") //Соловьев М.М., Соловьев М.М. СОЛОН-Пресс, стр520,2005

Контрольные вопросы:

1. Что входит в комплект сопровождающих 3 DMAX?

2. Назовите основные характеристики комплекта.