145431_lection4

Дисциплина: Методы и средства
распознавания образов и
визуализации
Тема № 4: Системы 3D
моделирования.
Фотореалистическая визуализация
1
Универсальные пакеты
AutoCAD
SolidWorks.
CATIA
2
3ds Max
3ds Max универсальный пакет трехмерного моделирования, анимации и
визуализации компании Autodesk. Уже много лет с успехом используется
практически во всех областях 3D-графики. Имеет мощные и гибкие
инструменты для создания геометрических объектов и работы с ними,
удобный редактор для создания материалов, обширные возможности для
работы со светом, современную и качественную систему визуализации.
Программа работает не только с сетками (полигонами), но и имеет
инструменты для NURBS-моделирования.
3
Maya
Maya – это пакет для моделирования, анимации, рендеринга, разработки
визуальных эффектов. Разработка компании Alias. http://www.alias.com
Изначально Maya была разработана компанией Alias Systems Corporation. В
2005 году компания Alias влилась в Autodesk и в настоящее время
распространяется как Autodesk Maya.
4
Blender 3D
Наиболее общими сферами применения пакета Blender можно назвать
архитектурный рендеринг, создание графики для компьютерных игр. Кроме
того, он используется при записи музыкальных видеороликов,
телевизионной рекламы, короткометражных фильмов и, несколько реже,
полнометражной анимации. Ему отводится также роль дополнительного
средства для устранения слабых сторон уже имеющихся у художников
инструментов - анимационных программ Silo, Modo и ZBrush - и средства
построения UV-развертки, которое может применяться совместно с
большинством известных пакетов трехмерной графики.
5
Rhinoceros
Продукт Rhinoceros, или Rhino – это профессиональная система
моделирования на основе NURBS-технологии моделирования.
http://www.rhino3d.com
Это не универсальная 3D-программа (в ней нет анимации и весьма скудные
возможности для текстурирования или рендеринга). Она предназначена
специально для дизайнеров, желающих построить высококачественные 3D
модели.
Подход Rhino к моделированию, скорее всего, слишком тяжеловесен для
построения персонажей с качественной анимацией, но идеален для создания
различных автомобилей, механических моделей, моделей оружия,
промышленных образцов, инженерных прототипов, различных ограненных
логотипов и 3D-текста.
6
Rhinoceros
Результаты работы могут быть
использованы в других системах 3D
моделирования. Продукт имеет
свободное распространение.
7
Zbrush. Autodesk Mudbox
Zbrush. Отличительной особенностью данного ПО является имитация
процесса «лепки» 3d-скульптуры, усиленного движком трёхмерного
рендеринга в реальном времени, что существенно упрощает процедуру
создания требуемого 3d-объекта. В программе используется концепция
пиксоли (pixol)– когда каждая точка содержит информацию не только о своих
координатах XY и значениях цвета, но также и глубине Z, ориентации и
материале.
Autodesk Mudbox (Мадбокс) — профессиональная графическая
программа предназначенная для моделирования
высокополигональной (high poly) цифровой скульптуры и текстурного
окрашивания 3D моделей. Предоставляет специалистам по
моделированию и художникам по текстурам все возможности для
создания цифровых 3D объектов и 2D скетчей, как если бы они
работали с глиной и красками
8
Шейдеры
Применение шейдеров
Для визуализации (рендеринга) материалов с высокой степенью
реализма – металлы, природные камни, дерево, краска.
9
Шейдеры
Для визуализации различных природных явлений – огонь,
облака, дым, вода
10
Шейдеры
Для процедурного (изображения получаемые с помощью специальных
алгоритмов) текстурирования – плоски, кружочки, кирпичи, звездочки,
текстуры созданные с помощью шумовых функций.
11
Шейдеры
Для создания нефотореалистичных (NPR) эффектов (non-photorealistic
(NPR) effects) - имитация живописи, рисование пером, эффект
мультфильма, техническая иллюстрация.
12
Системы визуализации
13
Mental Ray
Mental Ray — программный модуль, который используется для
высококачественной визуализации (рендеринга) трехмерных сцен. В
предыдущих версиях пакета Mental Ray поставлялся как отдельный
продукт, начиная с версии 6.0 Mental Ray интегрирован в 3ds max, что
значительно расширяет его возможности.
Mental Ray — профессиональная система рендеринга и визуализации
изображений, которая позволяет создавать непревзойденные по качеству и
реалистичности сцены. Пакет Mental Ray получил высокую оценку
специалистов и широко используется для трехмерной визуализации
изображений, при создании художественных фильмов.
14
Mental Ray
В основе работы Mental Ray лежит динамический просчет прохождения
светового потока (фотонов) через различные природные среды и
вычисление распределения освещенности с учетом физических свойств
поверхностей. При этом отслеживается прямой и обратный ход лучей, а
также рассчитывается отражение света от поверхностей объектов с
учетом свойств материалов.
15
Mental Ray
Global Illumination (GI) (Глобальное освещение) позволяет имитировать
многократное светоотражение. Вся сцена рассматривается как единая
система и вид объектов при визуализации рассчитывается с учетом их
взаимного влияния;
Caustics (Блики) позволяет создавать световые пятна, отбрасываемые одним
объектом на другой в результате отражения или преломления луча света;
Soft ray-traced shadows (Формирование мягких теней бегущим лучом) дает
возможность генерировать мягкие тени от локального освещения;
Vector motion blur (Векторное размытие по движению) позволяет создавать
высококачественные, основанные на трехмерной графике размытия по
движению;
Depth of field (Глубина резкости) имитирует реальный объектив камеры;
Обеспечиваются наиболее простые способы для написания программ для
построения теней и ретуши;
Высококачественный сетевой рендеринг поддерживается практически всеми
существующими аппаратными средствами.
16
V-Ray
V-Ray – плагин для визуализации (rendering). Плагин – это дополнение,
которое добавляет функции к программе. На данный момент существую
версии V-Ray для следующих программ: 3D Studio Max, Maya и
Rhinoceros 3D. V-Ray позволяет создавать фотореалистичное
изображение с оптимальной скоростью визуализации. V-Ray создается
компанией Сhaosgroup (http://www.chaosgroup.com/).
17
V-Ray
Рынок трехмерного моделирования, визуальных эффектов и ПО для
визуализации интенсивно и динамично развивается. Компания Chaos
Group Ltd стала занимать одно из лидирующих мест в гонке за более
лучшее и более быстрое ПО, предназначенное для индустрии
развлечения и визуализации.
18
Подключение плагина V-Ray
в 3Ds MAX
Чтобы подключить плагин,
нужно выбрать его в качестве
активного визуализатора.
19
Default Scanline Renderer и
V-Ray
20
Создание простых материалов
(пластик, стекло, хром)
Рассмотрим как создавать материалы в V-Ray.
Зададим тип материала – VrayMaterial (VrayMtl). Это специальный материал,
входящий в состав в V-Ray. Позволяет создавать реалистичные материалы,
уменьшить время визуализации, удобно и быстро управлять параметрами
отражения и преломления.
21
Пластик
Материал для центрального чайника. Цвет Diffuse - красный. Рассмотрим
группу параметров Reflection. Reflect – черный цвет означает что нет
отражения, белый – абсолютное отражение (зеракло). Поставим значение 35.
(Hue, Sat –поставьте на 0 и регулируйте только один параметр –Value – 35).
После визуализации
видно, что в чайнике
появились отражения:
носик и часть крышки
этого же чайника, два
других чайника и
плоскость, на которой
он стоит
22
Пластик
Параметр Refl.Glossiness
(Глянцевость) – управляет
резкостью отражения. Чем
меньше значение
параметра, тем сильнее
размыто отражение, то
есть поверхность
становиться глянцевой.
Поставим значение – 0,85.
После визуализации
изображения можно
заметить, что отражение
стало нечетким,
размытым. Получился
пластиковый или
керамический материал.
23
Стекло
Создадим материал для ближнего чайника. Цвет Diffuse поставим зеленый.
В поле Reflection – опция Fresnel Reflections (Отражение по Френелю) – это
когда сила отражения зависит от угла, под которым смотришь на поверхность.
Чем острее угол, тем сильнее отражение. Пример такого отражение – стекло.
Как раз этот материал мы сейчас и сделаем. Включаем эту опцию. А цвет
Reflect – ставим белый, иначе мы рискуем вообще не заметить отражения.
Поле Refraction – параметры
преломления материала.
Refract – черный цвет означает
что нет преломления и
материал полностью
непрозрачный, белый –
абсолютное преломление
(стекло). Поставим
соответственно значение 255.
24
Стекло
Для получения
зеленого стекла
используем эффект
фоггинга (Fogging).
Fog Color (Цвет
тумана)- цвет,
котором будем
затонировано
преломление.
25
Стекло
Fog Color –
(R=162 G=214
B=203), а Fog
Multiplier = 0,1
26
Металл хром
Цвет Diffuse поставим черный.
В поле Reflection – цвет Reflect – ставим почти белый (R=245 G=245
B=245). Поставим Refl.Glossiness = 0,85 и получим чайник из
материала – хрома
27
Каустика
Каустика (Caustics) — световые пятна, возникающие в пространстве при
освещении объектов с высокими отражающими и преломляющими
характеристиками. Эффекты, основанные на вторичном (отраженном или
преломленном) свете, называются каустическими эффектами.
В V-Ray есть поддержка эффекта каустики. Чтобы получить этот эффекта
необходим настроить сцену определенным образом.
28
Каустика
Создадим материалы VrayMtl для объектов. Для плоскости
изменим только цвет – поставим белый.
Для стакана создадим зеленое стекло (рис. 4.68):
Цвет Diffuse– черный
Цвет Reflect – белый
Fresnel Freflections
Цвет Refract – белый
Fog color – зеленый (R=176 G=199 B=127)
Fog Multiplier – 0.1
29
VrayLightMtl
VrayLightMtl – это материал V-Ray, который используется для создания
самосветящихся объектов. Аналог стандартного материала Self-Illumination,
но материал V-Ray обеспечивает более быстрая визуализация и позволяет
использовать текстурную карту в качестве источника света.
30
Maxwell Render
Визуализатор Maxwell Render позволяет пользователям создавать точные и
реалистичные изображения. Maxwell Render является признанной системой
высококачественного рендеринга и с успехом используется в архитектурной
визуализации, дизайне продукции, ювелирных изделий, производство
фильмов, научных исследованиях.
31
Yaf(a)Ray
Yafaray - программа визуализации, использующая метод трассировки лучей c
открытым исходным кодом. Для описания сцен используется язык XML. YafaRay
использует основанное на приближениях метода Монте-Карло глобальное
освещение для создания реалистично-освещённых визуализаций 3D сцен.
Yafaray имеет модульную структуру, основанную на ядре и других связанных с
ним элементах рендеринга: загрузчике сцены, источниках освещения и
шейдерах. Вместе с API это позволяет разрабатывать плагины рендеринга для
использования Yafaray из любой программы или 3D приложения. В список
поддерживаемых программ входят: Blender, Wings 3D и Aztec.
32
Литература
1. Тозик, Вячеслав Трофимович. 3ds Max 9. Трехмерное
моделирование и анимация на примерах / В. Т. Тозик, А. В.
Меженин, К. А. Звягин .— СПб.: БХВ-Петербург, 2008.
2. Прахов А.А. Blender. 3D-моделирование и анимация.
Руководство для начинающих — СПб.: БХВ-Петербург, 2009
.— V, 266 с.: ил.+ 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) .
33