Тема: Применение геометрических примитивов для построения 3 D персонажа

Время 2 ч

Вопросы:

1. Методы моделирования

2. Использование примитивов

3. Выдавливание форм или граней

4. Использование булевых операций

5. Примитивы в Blender

6. Дополнительные объекты в Сцене

 

Основные понятия: моделирование, геометрические примитивы

Цели:

— освоитьиспользование геометрических примитивов для моделирования 3Dобъектов

Литература:

 

1. Устин В.Б. Учебник дизайна: композиция, методика, практика / В. Б. Устин - М.: АСТ: Астрель, 2009.

2. Гасов В.М., Цыганенко А.М. Программные средства допечатных процессов: Учеб. пособие для вузов: В 3 кн. Кн. 2. Программные средства создания и обработки изображений. М.: Изд-во МГУП, 2000.

3. Шишкин В. В. Трехмерное моделирование в среде Blender: уч. пособие / В. В. Шишкин, С. Т. Гераськина, О. Ю. Шишкина. — Ульяновск, 2010. — 186 с.

Изложение основного материала:

1. Методы моделирования

В 3ds max (как и в других пакетах моделирования) есть несколько способов достижения одной и той же цели.

Лучшим подходом моделирования персонажей игр в реальном времени является полигональное моделирование (polygon modeling). Патчевое моделирование (patch modeling) особенно полезно при создании естественной геометрии или геометрии мягкой поверхности, например волос, одежды или волнистых поверхностей, как вода.

Другие методы моделирования, такие как неоднородные рациональные В-сплайны (NURBS) и поверхности разделения, также эффективны и ценны. Но они больше подходят для высокодетализированных, а не низкополигональных игровых персонажей. Моделирование на уровне объекта или подобъекта с использованием вершин, ребер и граней – безусловно, лучший способ управлять сложностью поверхностей и, что более важно, формой модели персонажа.

Вот некоторые общепринятые методы полигонального моделирования: использование примитивов, выдавливание форм или граней, применение булевых операций и даже использование модели с высоким разрешением в качестве шаблона, по которому будет построена модель с более низким разрешением.

2. Использование примитивов

Этот метод – подход к моделированию в соответствии с условием: "Дайте мне достаточно материала для работы". Во всех пакетах моделирования есть огромное число примитивов (primitive), с которыми можно работать, придавая им любую форму, например параллелепипеда, цилиндра, сферы.

Один из лучших примеров этого метода моделирования – совместное использование цилиндра и экземплярной направляющей для построения ноги (рис. 1.14). Для начала нужно создать достаточное число сторон и сегментов цилиндра (А), примерно соответствующее количеству вершин в опорной линии (сегментов); затем они в грубом приближении подгоняются при помощи простых трансформаций, чтобы соответствовать направляющей (В). Настроив форму в виде спереди так, чтобы она соответствовала перспективе направляющей, измените геометрию ноги с помощью разделения ребер, перемещения положений и вершин. Таким образом, форма оптимизируется и завершается (С).

Рис. 1. Из примитивов можно создать основную форму, а затем изменить ее так, как нужно

3. Выдавливание форм или граней

Выдавливание (extrusion) – еще один часто применяемый при моделировании персонажей метод.

На рис. 2  показано, как с помощью выдавливания формы и выдавливания граней был быстро построен эполет Betty Bad. Сначала был создан контур формы, которая образует поперечное сечение (А). Затем к ней применили модификатор Extrude (Выдавливание) с тремя сегментами, и форма была выдавлена наружу, получив глубину (В).

Далее, чтобы выровнять вершины и выделить грани на верхней части плеча (С), был применен модификатор Edit Mesh (Редактировать сетку). Затем с помощью кнопки подобъекта Extrude выделенные грани были выдавлены вверх, чтобы добиться соответствия нужной форме (D). И наконец, форму настроили, оптимизировали и поместили на нужное место (Е).

Рис. 2. Отличный способ моделирования – выдавливание как контурных форм, так и граней

4. Использование булевых операций

Другой полезный способ моделирования – использование булевых операций. При этом методе для достижения нужной формы используются объединение, вычитание или пересечение двух объектов. Этот метод подходит для соединения конечностей с туловищем или для присоединения ног к тазовой области. Единственным недостатком использования булевых операций является то, что создается избыточная геометрия, которую приходится подчищать.

Например, посмотрите на рис. 3. Когда бедра и ноги Betty построены и полностью завершены (А), их располагают так, чтобы они пересекались (В). После того как их объединят с помощью логической операции Union, создается лишняя геометрия С). Betty получает ноги после вычищения геометрии, настройки формы с последующим зеркальным отображением соответствующих граней (D).

Рис. 3. С помощью булевых операций геометрия создается быстро, но ее приходится вычищать

Прежде чем применять булевы операции, убедитесь, что вся геометрия замкнута. Чтобы замкнуть любую из открытых частей, воспользуйтесь модификатором Cap Holes (Закрыть отверстия) или вручную постройте грани. Если вы не замкнете открытые области, метод, возможно, не будет работать или результаты будут не совсем такие, как вы ожидали.

5. Примитивы в Blender

В Blender есть много примитивов. Все они состоят из множества соединенных в пространстве точек, которые, в совокупности, и образуют фигуру.

1. Первый примитив - это плоскость. Есть два ее вида, но они почти ничем не отличаются. Они могут использоваться для создания различных поверхностей в играх. Например, для земной плоскости.

2. Torus - это примитив, подобный спасательному кругу. Его можно использовать например, в играх на морскую тему.

3. ICO Sphere - это обычная сфера. Она состоит из треугольников, что видно из изображения выше. Вы можете ее применять для создания, например, ламп в играх. Но учитывайте то, что без дополнительных знаний они будут не очень красивыми.

4. Следующий примитив - UV Sphere - это сфера, состоящая из большего количества полигонов, чем ICO Sphere. Она более приятно смотрится, чем вышеупомянутый вид сферы. Потому можно ее использовать, к примеру, для создания планет в галактике.

5. Cube - обычный куб. Может быть применен для добавления в игру-гонку зданий.

6. Cylinder - цилиндр. Будет полезно использовать его для создания, например, опор для мостов.

7. Примитив Monkey - обычная обезьянка. Весьма специфический примитив. Вы можете применить ее для создания животных-обезьян.

6. Дополнительные объекты в Сцене

Дополнительными объектами в Сцене являются: камера, источники света, различные вспомогательные инструменты.

Камера — это объект, определяющий точку зрения или ракурс. Камера это не модель камеры, это всего лишь обозначение точки, из которой наблюдатель видит сцену. Визуализация в Блендере происходит ТОЛЬКО из камеры. По этой причине камеру нельзя редактировать в режиме Правки.

Источники света это НЕ модели ламп или источника света, но показывают точки, из которой и в каком направлении будет излучаться свет. Источники света могут быть 4 видов: spot(точечный, направленный - прожектор), point(точечный, всенаправленный), sun(солнце - точечный направленный) и Area (плоский направленный). Источники света первого вида освещают так, что на поверхности создается пятно от их света. Источники света point (или обычные лампы) светят во все стороны равномерно, чем дальше объект от такого источника света, тем слабее виден на нем его свет.

Последние Источники света - sun или Источники света-солнце являются Источниками света, свет которых не слабеет в зависимости от дальности расположения объекта от них.

Добавление примитивов на сцену

Добавление новых примитивов осуществляется выбором имени примитива, и нажатием по его названию, во вкладке Create.

Оси, центр объекта и курсор

В 3D пространстве есть всего 3 оси: X, Y и Z. Каждая из них обозначается в программе своим уникальным цветом. Ось X - красным, Y - зеленым, Z - синим.

Почти все повороты и изменения размеров объекта проходят относительно опороной точки (точка, относительно которой будет производится вращение, изменение размеров и другие операции над телом) объекта, которая отображается в Blender оранжевым кружочком с черным контуром.

Курсор же имеет вид красного круга, белого цвета.

Выравнивать опорную точку объекта можно 4-мя способами:

Geometry To Origin - переместит объект в такое положение в пространстве, что его средняя точка (ее координаты вычисляются как среднее арифметическое соответствующих координат всех точек тела) будет лежать в опорной точке объекта.

Origin To Geometry - переместит опорную точку объекта в среднюю точку (ее координаты вычисляются как среднее арифметическое соответствующих координат всех точек тела) объекта.

Origin To Cursor - переместит опорную точку в позицию курсора.

Origin To Center Of Mass - переместит опорную точку в центр масс тела (плотность считается равномерной).

Опорная точка будет лежать внутри объекта.

Редактирование объекта

Изменять свойства и вид объекта можно в двух режимах.

Object mode (Режим Объекта) – предназначен для изменения всего объекта целиком.

Edit Mode (Режим правки) – позволяет редактировать элементы объекта. Однако, имеет некоторые ограничения.

Object mode

Операции с одним объектом

В Object mode (Режим Объекта) можно передвигать, вращать и изменять размеры объекта. То есть, проводить их редактирование без изменения положения вершин объекта по-отдельности.

В выделенной желтым цветом области Вы можете выбрать нужный примитив, который следует создать. Следует просто нажать на его название. После создания объекта, он появится в окне 3D вида.

Объект будет сначала выделен вокруг оранжевым контуром (это показатель выделенности элемента), как показано на рисунке. Из его центра будут исходить в три луча - оси X, Y и Z. (Если включен манипулятор).

Двигать объект можно, нажав на стрелку (обведена желтым прямоугольником) определенной оси (как показано на рисунке) и потянув в определенном направлении.

Редактировать объект можно также с помощью выделенного окна на картинке. Для открытия этой вкладки нажмите на «Tools», расположенный вверху. То есть, «инструменты».

Для перемещения созданного объекта надо нажать на кнопку «Translate» и подвигать курсором как изображено на картинке. После установки его позиции нажмите левой кнопкой мыши.

Он двигается в ту же сторону, в какую Вы ведете курсором, независимо от его положения. Имеется ввиду, что курсор не обязательно должен находится над объектом, чтобы тело можно было двигать.

Чтобы Вы имели возможность вращать объект, следует нажать на кнопку «Rotate» и двигать курсором по окружности, чтобы его повернуть. Курсор принимает вид черной стрелки с двумя концами и линии, которая соединяет пунктиром центр этой черной прямой и объекта. В завершении операции нажмите левой кнопкой мыши.

Изменить размер объекта можно, нажав на кнопку «Scale». Чем дальше будет находится курсор от объекта, тем будет больше объект, чем ближе к центру объекта курсор - тем меньше объект. (После изменения размера можно сделать так, чтобы текущий размер (точнее, коэффициент изменения размера объекта по каждой из осей относительно изначального размера) Blender принимал за изначальный - нажать Ctrl+A и выбрать пункт «Scale»).

Для дублирования (копирования) объекта следует нажать на «Dublicate». При его копировании изначальный остается на месте. Копию объекта надо сразу установить куда-нибудь. Копия копируется прямо в место, где находится оригинал, что позволяет, например, абсолютно симметрично установить новый объект по сравнению с другим. Поэтому, после нажатия на эту кнопку, сразу двигайте курсором, чтобы выбрать положение этого тела в пространстве. После - щелкайте левой кнопкой мыши для фиксации объекта в пространстве.

Чтобы удалить объект, нажмите на кнопку «Delete».

Есть возможность изменить также отображение объекта. Для его гладкого отображения нажмите на «Smoth». Для обычного - «Flat». Smooth использовать рекомендуется для гладких поверхностей.

Выбор или указание нескольких объектов

Способов выделения объектов или элементов объектов в Блендер довольно много. Множество из них можно найти в меню:

окно 3двид – Выделение

При чём, количество способов выбора увеличивается в Режиме Правки

Для выбора одного объекта на него следует нажать ПРАВОЙ кнопкой мыши.

для выделения нескольких объектов выбирать их надо ПРАВОЙ кнопкой мыши с нажатой клавишей SHIFT.

Поворот

Есть несколько типов поворота. У каждого из них своя точка (называется как «опорная точка»), относительно которой будет происходить поворот, определяется по своему.

3D-cursor или 3D-курсор – режим поворота, при котором поворот объекта или элемента объекта происходит вокруг 3D курсора. Местоположение курсора менют, щелкая левой кнопкой мыши. Куда щелкнули, туда он и переместился. (Если выделение объектов происходит правой кнопкой мыши, то курсор будет устанавливаться левой кнопкой. Изменить параметр можно также в User Preferences.)

Individual Origins или индивидуальные точки опоры - режим поворота объектов, при котором каждый вращается отдельно. Но количество градусов, на которые Вы поворачивайте объекты, у каждого из них одинаково, как изображено на картинке.

Median Point или средняя точка - При таком режиме вращения компьютер рассчитает среднюю точку между центрами выделенных объектов и поворачивает выделенный набор только вокруг нее.

Active Element или Активный элемент - все тела будут вращаться вокруг опорной точки объекта, который был выделен последним.

Масштабирование. Все выше перечисленные режимы подходят и для масштабирования.

7. Манипуляторы

Манипулятор - средство для изменения положения, угла поворота и размеров объекта.

Существует их 3 типа: манипулятор для изменения положения, манипулятор для изменения угла поворота, манипулятор для изменения размеров объекта.

Но важно понимать, что такое глобальные и локальные оси для этого.

Первые - оси, которые сохраняют свои направления, не смотря на изменения (вращение), производимые в объекте.

Последние же поворачиваются когда объект или его элемент (в «Edit Mode») поворачивается.

Манипулятор для изменения положения. Манипулятор для изменения положения представлен в виде 3 стрелок, направленных соответственно параллельно осям X, Y, Z.

Объект будет двигаться по прямой, параллельной той стрелке, за которую Вы потяните.

Манипулятор для изменения угла поворота объекта

Такой же принцип работы. Только тут объект будет вращаться.

Чтобы повернуть объект, потяните за соответствующую оси окружность.

Если надо повернуть в плоскости, из которой Вы смотрите, то покрутите белую окружность.

Углы Эйлера

Углы эйлера - 3 угла, показывающих поворот по каждой из трех осей.

При повороте объекта по некоторой оси он поворачивается в плоскости ей перпендикулярной.

Углы Эйлера часто выражаются в радианах.

Градусы    0     30   45   60   90   120 135 150 180

Радианы    0.00 0.52 0.79 1.05 1.57 2.09 2.36 2.62 3.14