(Продолжение. Начало в №29, 30)

Прежде чем перейти к обзору конкретных программных пакетов, необходимо сделать несколько замечаний. Во-первых, качество прорисовки конечного изображения зависит не только от возможностей выбранной модели тонирования, но и от математической и программной реализации его алгоритма. Во-вторых, собственно фотореализм создаваемой сцены в очень большой степени зависит от искусства работы с различными картами, накладываемыми на поверхность объектов. В-третьих, существенное значение имеет набор свойств источников света и камер и возможности работы с ними. Почти всегда для достижения максимального эффекта требуется доработка изображения в каком-либо пакете 2D-графики, например в Adobe Photoshop или Corel PHOTO-PAINT. Невнимание хотя бы к одному из этих пунктов не позволит создать действительно реалистичное изображение. Учитывая вышеизложенное, попытаемся оценить максимальный уровень фотореализма и возможности создания анимации, предоставляемые программными продуктами на платформе PC.

3D Studio R4

Наиболее известный и популярный пакет трехмерной графики профессионального уровня, ставший фактически индустриальным стандартом. Сферы применения - промышленный дизайн, архитектурные визуализации, анимация, создание спецэффектов для кинофильмов, разработка компьютерных игр и мультимедиа-продуктов (см. рисунки).

Более ранние версии программы доступны начиная с 386 процессора, ее ядро разрабатывалось с учетом возможностей этого процессора. При разработке основное внимание уделялось производительности и поэтому, обладая основными средствами создания 3D-объектов, пакет не насыщен достаточно широким набором возможностей. Функционально состоит из пяти модулей: создание геометрии, разработка материалов поверхности, создание сцены, тонирование, создание анимации.

3D Modeling

В основе моделирования трехмерного объекта лежит создание каркасной модели (набора сечений), поверхность которой представляет собой набор граней - полигонов (треугольников), соединяющих вершины сечений. Отсюда и название - полигонная геометрия.

Совместное использование 2D Shaper, 3D Lofter и 3D Editor позволяет создавать полигонную модель любой степени сложности. Основной метод - создание сечений в 2D Shaper; перенос и расположение их вдоль простого либо сложного пути (средство Fit) в 3D Lofter позволяет получить в 3D Editor объект практически любой конфигурации. В 3D Editor имеются возможности редактирования готовых объектов (булевские операции, скручивание и искривление, объединение и рассечение), обеспечивающие дополнительный контроль над элементами объекта. Основные возможности моделирования: из одного объекта может быть создан массив объектов, упорядоченных вдоль прямой линии или окружности; набор инструментов моделирования содержит средства сплайнового (только 2D Editor) и каркасного моделирования; создание поверхностей и сложных объектов из "примитивов" - кубов, сфер, конусов и т.д.; полный контроль над элементами, гранями, ребрами, вершинами объекта; инструменты процедурного моделирования (создание фрактальных гор, волн, систем частиц и т.д.), доступные благодаря IPAS-технологии; возможность задания режима быстрой прорисовки, дающая почти интерактивный контроль сложных сцен; создание произвольных групп сглаживания, возможность точной привязки карт текстур к поверхности объекта; интерактивная настройка параметров видовых окон и камер.

Materials Editing. Создание и редактирование материалов

В соответствии с используемой моделью тонирования Фонга, доступно задание общих характеристик цвета (Ambience, Diffuse, Specular), использование растровых изображений - карт текстуры (до двух карт одновременно), отражения, рельефа, прозрачности, зеркального отражения и автоматического отражения окружения, освещенности и самосветимости. Для каждого типа карты предусмотрено совместное использование маски, определяющей место и степень проявления карты на поверхности объекта. Поддерживаются процедурные текстуры.

Rendering. Тонирование

Для тонирования используется видоизмененная модель Фонга. Добавлена возможность просчета теней (Ray Tracing и Cast Shadow) от источников света и режим тонирования Metal, позволяющий верно просчитывать визуальные свойства металлических поверхностей. Поддерживаются сглаживание (anti-aliasing); размытие в движении (motion blur); атмосферные эффекты - туман, затемнение сцены в зависимости от расстояния; анимированные текстуры. В сцене может быть использовано неограниченное количество источников света, падение света регулируется в зависимости от расстояния. При необходимости объект может быть исключен из освещения тем или иным источником. Поддерживается сетевое тонирование, в котором могут участвовать до 9999 компьютеров. Результат прорисовки сцены выводится на экран, в файл или на принтер. Поддерживаются наиболее распространенные форматы растровых файлов. Разрешение конечного изображения зависит от возможностей видеокарты, что ограничивает использование результатов тонирования неподвижных изображений, например, в полиграфии.

Animation. Создание анимации

В основе получения анимации лежит принцип создания ключевых кадров - keyframing. Собственно анимация создается автоматически как цепь промежуточных кадров, обеспечивающих плавное изменение тех или иных свойств объектов между ключевыми кадрами. В 3D Studio анимируются трехмерные объекты, камеры и источники света. Может быть задан морфинг поверхностных материалов и объектов. Для контроля анимации имеется режим просмотра в реальном времени. Анимация может быть сохранена на диске в формате *.FLI (320x240, 256 цветов), в формате *.FLC (разрешение до 640х480, 256 цветов) или в виде пакета файлов (разрешение и цвет ограничены только аппаратными возможностями компьютера) для дальнейшей видеообработки.

Расширения

Благодаря открытой для дополнений (IPAS-технология) архитектуре 3D Studio, к настоящему времени существует масса фильтров сторонних фирм, в значительной степени расширяющих возможности пакета. Перечислим некоторые из них.

PXP - процессы для создания или видоизменения трехмерных объектов. Patch Modeller. Реализует сплайновое моделирование. С его помощью становится возможным создание и редактирование геометрии, основанной на криволинейных поверхностях (Patch). Без такой геометрии не обойтись при создании объектов с поверхностью сложной кривизны (яркий пример - фигуры людей, животных, мимика лица и т.д.), поскольку использование полигональной геометрии приводит к созданию огромного количества вершин и граней и, как следствие, к сильному замедлению обработки таких объектов. Keyscript-модуль реализует возможность программирования на специальном языке типовых движений и дальнейшее применение алгоритмов к произвольным объектам. Optimize.PXP оптимизирует модель уменьшением количества вершин. Displase.PXP создает поверхность по карте текстуры (в отличие от самой карты, создающей только подсветку). AXP-процесы ответственны за анимацию. С их помощью становятся доступны взрывы и крушения, рассыпания объекта, законы гравитации и упругого соударения, пламя и дым, снег и ливень, обтягивание объекта кожей (Skin.AXP), скелетное моделирование (Bonex.AXP, Animatek). IXP-процессы обрабатывают тонированную сцену, добавляя различные эффекты. С их помощью возможно, например, "ослепить" камеру источником света. KXP - процессы обработки ключей анимации. Пример - графическое редактирование поворота объекта с ускорением и замедлением, создание анимации подскакивающего на горизонтальной поверхности объекта с учетом гравитации и т.д. SXP-процесы занимаются разработкой всевозможных текстур - статичных, анимированных, фрактальных, процедурных... Набор фильтров различных типов поистине огромен. Выбирая и достраивая базовую программу, вполне возможно получить мощную разветвленную систему, способную справиться с любой задачей.

Формат файла 3D Studio, *.3DS, стал фактически стандартом программ 3D-моделирования для PC-платформ, что выражается в поддержке импорта файлов этого формата пакетами других фирм. Так, например, тонирование 3DS-сцены можно выполнить с использованием модели Radiocity, если воспользоваться возможностями пакета PovRAY TM.

Таким образом, 3D Studio вполне серьезный профессиональный инструмент, к тому же не требовательный к "железу", позволяющий достигать приемлемого фотореализма и достаточно сложных, интересных анимаций. Хотя он не использует последних достижений в области алгоритмов тонирования и анимации, его эволюция в сторону все более совершенных методов работы очевидна и позволяет надеяться, что у него есть будущее. С другой стороны, появление 3D Studio MAX (Kinetix) может поставить дальнейшее существование и развитие самого 3D Studio под угрозу...

(Продолжение следует)

Игорь СИВАКОВ
При подготовке статьи использованы интеллектуальные ресурсы Интернет