Применение компьютерного моделирования.

Для того чтобы понять, что такое компьютерная графика и какое она имеет отношение к искусству, следует представить себе того же художника, режиссера, мультипликатора и т.д., но располагающего новыми изобразительными средствами с необычайно широкой палитрой возможностей. Но, прежде всего, оговорим, что компьютерная графика имеет лишь косвенное отношение к графике в том понимании, которое в него вкладывается, когда речь идет о традиционной графике. Слово графика (гр. graphike < grapho – пишу, черчу, рисую, см. словарь) означает: изображение линиями, штрихами, точками.

Рис. 1 (векторная графика)

Рис. 2 (растровая графика)

 

А все графические компьютерные программы принципиально разделяются на два типа: векторные (изображение строится линиями) и растровые (изображение пятном из точек), то есть, каким бы сложным ни казалось изображение, созданное в компьютере, по своей сути, любое из них относится к графике (Рис 1 и 2). Изменилась именно техника, и с появлением компьютера произошла настоящая революция в производстве изобразительной продукции.

Благодаря новым графическим программам не надо делать макетов, можно вписать проектируемое здание в существующую застройку и увидеть результат в виде уже реального объекта в объемном изображении, а можно создать и демонстрацию проекта в движении.

Основным отличием двумерной графики от трехмерной является полное отсутствие у двумерных объектов координаты глубины. Если двухмерность обозначает два измерения объекта, то соответственно определение трехмерный свидетельствует о трех измерениях. Проще всего в качестве иллюстрации представить себе куб – объект, существующий в трех измерениях. Поскольку при моделировании трехмерных объектов они приобретают координату глубины (по крайней мере, в своем виртуальном компьютерном пространстве), то достаточно однажды "нарисовать" такие объекты, чтобы потом иметь возможность рассматривать их под любым углом зрения, не перерисовывая заново.

В отличие от плоскостной графики или живописи трехмерны архитектура и скульптура. Но и кино – искусство трехмерное. Режиссер, воплощая художественную идею фильма в качестве трехмерных объектов (не в обиду будь сказано) используют живых людей, животных, а также естественный природный ландшафт или реальную архитектуру. В отличие от него компьютерщик - художник 3-х мерной графики все трехмерные объекты моделирует: и архитектуру, и фигуры человека или животного, и пейзажные сцены.

 

Рис. 3 (интерьер)

Рис. 4 (космический корабль)

  

А затем анимирует готовые модели (рис 3 и 4), то есть "оживляет" их, придает им движение. Всем известен такой термин – анимационный фильм. Это – мультипликационный фильм, но принципы анимации здесь различны. Для мультфильма художник создает серию рисунков, изображающих все промежуточные стадии между двумя различными движениями. Совсем иной принцип анимации трехмерных объектов – если создана модель фигуры человека, то у него должны двигаться руки, ноги, голова, при необходимости создать мимику лица – возможно и это. То есть вместо киноактера моделируется искусственный персонаж, имеющий такую степень сходства с реальным человеком, как того требует замысел.

Компьютерная графика активно используется на телевидении, в заставках телепрограмм, в видеоклипах. Возможности компьютерных программ действительно безмерны. А поскольку они постоянно обновляются и совершенствуются, этих возможностей становится все больше.

 

Обзор программ для трехмерного моделирования.

Вероятно, ни для кого не секрет, что компьютерная графика окружает нас повсюду. Ее можно встретить на экране телевизора, газетной или журнальной полосе, рекламном плакате, даже на обертке жевательной резинки. Присутствию компьютерной графики в нашей жизни люди уже не удивляются. Она стала чем-то очень привычным и поэтому не вызывающим такого бурного восторга, который охватил почти все население планеты после просмотра "Звездных Войн" Лукаса. На современном этапе развития цивилизации, когда огромная часть всей человеческой деятельности выполняется на компьютере или при помощи такового, мы сталкиваемся с созданными машиной изображениями практически постоянно. При этом мнений относительно компьютерной графики практически столько же, сколько людей населяет нашу планету.

Сейчас, с появлением мощных персональных компьютеров, число людей, стремящихся реализовать себя в компьютерном искусстве, существенно увеличилось и продолжает расти огромными темпами. Ведь почти каждый пользователь компьютера когда-то пытался создать что-то красивое. Это сродни тому, что редко можно найти ребенка, не любящего рисовать. При помощи же компьютера это делается проще, и результаты зачастую бывают очень впечатляющими. Поэтому многие компьютерные компании выпустили продукты для наибольшего облегчения пользовательского труда. Так что у художников, творящих на компьютере, очень неплохой выбор инструментов. Это и Corel Draw с Corel Photo Paint, и Adobe Illustrator с Adobe Photoshop, и множество других. Но это все инструменты для "плоской", двухмерной (2D) графики.

Конечно, с помощью современных 2D-редакторов можно создавать псевдотрехмерные изображения, которые смотрятся, как объемные объекты. Но это требует определенных усилий. А между тем существует отдельный жанр, в котором работают компьютерные художники, - трехмерная (3D), объемная графика. Для трехмерной графики вам потребуется несколько другой инструментарий, нежели для 2D. Сейчас существует также огромное количество 3D-редакторов (Softimage|3D, LightWave, Maya), различающихся сложностью, требованиями к компьютеру, возможностями и, наконец, стоимостью. Но наилучшей программой для работы с 3D справедливо считается 3D Studio MAX.

Для тех кто не знает что такое 3D MAX поясняем- 3D STUDIO MAX -это ,наверное, самое мощное средство для создания 3D анимации (от простых зарисовок до мультиков).

Трехмерные миры и виртуальные пространства уже плотно вошли в нашу жизнь. Они находят все большее применение, мы видим их в играх, используем при создании рекламных роликов, применяем для более красочного представления информации. Существует очень много программ, при помощи которых можно создавать очень реалистичные объекты и виртуальные сцены. Одним из популярнейших инструментов этого класса является 3DSMAX, который позволяет создавать как сложные статические сцены, так и анимационные ролики.

 

Обзор имеющихся версий 3D Studio MAX.

Разработка программы 3D Studio MAX была начата в 1993 году, когда рабочей группе Kinetix, входящей в состав Autodesk, было поручено создать новый продукт на базе пакета 3D Studio для MS DOS. Его ключевыми особенностями должны были стать: полная поддержка Windows, графический интерфейс, объектно-ориентированная архитектура. Работа над 3D Studio MAX 1.0 и 3D Studio 4.0 велась параллельно двумя независимыми группами разработчиков – Kinetix и Yost Group.

Версия 3D Studio MAX 1.0 вышла в 1995 году на платформе Windows NT. Уже тогда некоторые эксперты осторожно высказывали мнение, что MAX может конкурировать с другими пакетами трехмерной графики. Его архитектура подразумевала, что любую функцию – от создания простейшего объекта до многопоточной визуализации – может выполнить дополнительный модуль, выпущенный Kinetix или любой другой группой разработчиков. Первый такой модуль был выпущен в том же году и назывался Character Studio. Он был предназначен для сложной скелетной анимации персонажей. С тех пор Character Studio развивается вместе с MAX, ставшим первым профессиональным пакетом, созданным и полностью ориентированным на Windows.

В 1998 году была выпущена версия 3D Studio MAX 2.5. По сравнению с первой версией произошло множество изменений и дополнений. Появились инструменты для очень важного NURBS-моделирования, стало возможным применять трассировку лучей, а также сглаживать сеточные объекты. В одном из интервью разработчики признались, что именно в версии 2.5 они воплотили то, что первоначально задумывали для 1.0. 3D Studio MAX начинает привлекать разработчиков компьютерных игр благодаря своим замечательным инструментам для работы с многоугольниками.

3D Studio MAX 3.0 вышел в 1999 году, а некоторое время спустя появилась версия 3.1. Коренным образом поменялся интерфейс, были улучшены возможности анимации, появились новые типы систем частиц. Визуализатор был полностью перестроен, что позволило подключать очень мощные дополнительные модули для визуализации, например mental ray. Он позволяет просчитывать непрямое освещение, светотени, добиваться потрясающего качества при трассировке лучей. Из-за новых возможностей визуализации MAX становится интересен для архитекторов и дизайнеров интерьеров.

Разработка четвертой версии была передана подразделению Discreet. Соответственно поменялось также и название пакета – он стал называться 3ds max. 3ds max 4.0 появился в 2001 году. Существенно улучшились возможности для полигонального моделирования, интерфейс стал полностью настраиваемым, количество и качество дополнительных модулей повысилось на уровень. Вышло несколько новых визуализаторов. В Character Studio помимо великолепной анимации отдельных персонажей появилась возможность имитировать поведение больших групп существ. Был анонсирован Reactor – модуль для физически корректной имитации динамики твердых и мягких тел и жидкостей. 3ds max начинает активно применяться при создании анимационных и игровых фильмов.

В 2002 году выходит пятая версия пакета. Непрямое освещение теперь рассчитывается прямо в 3ds max и результат просчета виден уже в окнах проекций. Новые поверхности разделения, контейнеры трансформаций, рисование на объекте и улучшенный схематический просмотр сцены приближают 3ds max к знаменитой Alias| Wavefront Maya. Осенью 2003 года discreet выпускает 3ds max 6. Теперь в пакет встроены mental ray, Reactor и и Character Studio. Новые инструменты анимации частиц в связке с модулем Afterburn позволяют создавать фотореалистичные атмосферные эффекты. Появились встроенная поддержка капельно-сетчатых объектов, полноценная сетевая визуализация, импорт данных из CAD-приложений, новые возможности для моделирования.

На данный момент 3ds max является самым популярным пакетом трехмерной графики. Он использован при создании ряда фильмов («Люди Х 2», «Рыба-меч», «Мумия возвращается», «Лара Крофт: Расхитительница гробниц» и многих других), а также множества компьютерных игр («Diablo 2», «The Elder Scrolls 3: Morrowind», «Max Payne», «World of Warcraft» и др.).

 

Необходимое оборудование.


В ходе работы в 3DSMAX возникает много трудностей, в большей степени сопряженных с малыми ресурсами техники, на которой приходится работать. Я говорю о процессорах, памяти и видеокартах. В итоге работа с графикой превращается в устранение ошибок и обход каких-либо ограничений. Минимальные требования к компьютеру можно определить как Pentium II-233 с оперативной памятью не меньше 64 Mb и монитор, поддерживающий разрешение 1024x768. Если же вы не хотите сутками ждать, пока компьютер считает один ролик длиной в минуту, то вам понадобится машина суперкласса – двухпроцессорный PIII-650 с 512 Mb памяти. Касаемо мониторов. Сам по себе 3DSMAX не требует высокого разрешения, он может быть запущен и на 640x480, но дело-то в другом – на низком разрешении невозможно работать из-за того, что многие внутренние окна имеют большие размеры, а следовательно, у вас не будет возможности просто-напросто нажать какую-либо кнопку.

 У пользователей, только начинающих работать в 3DSMAX, часто возникает вопрос: необходим ли для работы в 3DSMAX 3D-ускоритель? Конечно, 3D-ускоритель нужен, однако 3DSMAX использует ускоритель только для визуализации видов проекций, в частности, перспективы, что же касается процесса конечной визуализации сцены (Rendering), то там 3D-ускоритель не используется, так как в нем применяются упрощенные алгоритмы наложения текстур (об этом чуть позже). Еще одной проблемой, с которой сталкивается пользователь 3DSMAX, является очень часто появляющаяся сразу после установки ошибка "Программа выполнила некорректную операцию и будет закрыта". Уменьшить частоту появления данной ошибки можно, увеличив минимальный размер файла подкачки (Swap) до 300 Mb.
В Windows 9x это делается в меню "Система", во вкладке "Быстродействие".
В Windows XP: Система -> Дополнительно -> Быстродействие: параметры -> Дополнительно -> Виртуальная память: изменить.
Но при такой установке надо учитывать, что если у вас низкооборотный винчестер, то быстродействие системы может значительно уменьшиться, так как вы сознательно увеличиваете количество обращений к диску.

Как и большинство современных программных продуктов, 3DSMAX поддерживает технологию плагинов (подключаемых модулей). Но плагины загружаются в физическую память (не в swap-файл), поэтому, если установить их большое количество, то скорость работы в 3DSMAX уменьшится либо некоторые возможности будут недоступны. Видимо, разработчики знают об этом нюансе, т. к. в третьей версии сделаны некоторые улучшения по этому поводу.

3DSMAX использует ресурсы системы при работе с частицами. Мета-частицы настолько тяжелы в обработке, что на компьютерах класса Pentium II с ними работать просто невозможно. А это, соответственно, сильно уменьшает инструментарий разработки сцен.

  1. Оперативная память (RAM).

    Здесь компьютер хронит всю временную информацию. Т.е. всё, что вы будете создавать в данный момент в студии 3d max, будет хрониться в оперативной памяти. На сегоднешний день ее объем должне быть не меньше 512 мбайт (если будет меньше, это не страшно, но может сказать на производительности). Хочу заметить, что объем оперативной памяти должен быть кратным 2 в степени N. Т.е.: 2, 4, 8, 16, 64, 128, 256, 512, 1024, .... Нет, это не значит, что если у вас будет стоять оперативная память двумя блоками - 512 и 64, 3d max не работать, просто возможно возникновение "глюков".

  2. Видео карта (Video Card).

    Видеокарта отвечает за визуализацию всего того, что вы сделаете. Чем мощнее видеокарта, тем быстрее и качественне это происходит.

  3. Жесткий диск (HDD).

    Всё, что вы сделаете или делает в даннйы момент, сохраняется на жестком диске - "винчестере". От его объема зависит, как вы понимаете то, сколько информации вы сможете сохранить. Чем больше свободного места на винчестере у вас выделено для 3d max'a, тем быстрее будет происходить процесс визуализации и  тем больше своих работ вы сможете сохранить.
     
  4. Монитор. Созданием анимации или просто моделированием вы будете заниматься сидя за компьютером и обратив свои взоры на монитор. Так почему же нам нужен хороший монитор? От качества моинтора зависит ваше здоровье, это только одна причина. Чем лучше монитор, тем большее разрешение вы сможете выставить на нем (от разрешения зависит то, сколько объектов за раз сможете увидеть. Маленькое разрешение - вы будете видеть ттолько небольшое кол-во объектов. Большое разрешение - на экране смогут поместиться больше объектов.