Файл: Технология создания и анимирования.docx

Каркасное моделирование и моделирование поверхностей имеют отличия, и в отличии от них твердотельное моделирование, гарантирует, что все поверхности соответствуют друг другу и что объекты геометрически корректны. Модели, которые оказываются сплошными позволяют проверять наличие помех, и показывает количество занятого пространства. Когда объект является сплошной моделью, его поперечные сечения выглядят так

будто объект был разрезан по середине. Твердотельное моделирование является сложной технологией, так как объект моделируется как снаружи, так и внутри, твердые модели могут быть разрезаны, что бы можно было видеть их строение. Также модели могут быть подвержены тестирования, таким образом если бы они были физическими объектом в реальном мире.

Для создания твердотельной модели, изначально нужно сделать каркасную модель и преобразовать ее в трехмерный вид. После чего поверхности добавляются в трехмерную модель проводов, для преобразования модели в трехмерную твердотельную модель [1]. Твердотельное моделирование нужно не только для реализации деталей машин, но также и для визуального представления зданий, электрических цепей и даже используется для людей.

Программное обеспечение для твердотельных моделей используется для различных целей, к примеру: инжиниринг, индустрия развлечений, медицинская промышленность.

Способы создания твердотельных моделей бывают двух классов:

• 
  Метод конструктивного представления;
  
• 
  Метод граничного представления.
  

Метод конструктивного представления реализуется с помощью базовых составляющих элементов таких как примитивы с их помощью создается твердотельная модель. Метод графического представления – это способ представления фигур с помощью границ.

Твердое тело представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов поверхности - границ между телом и окружающим пространством. Взаимосвязь конструктивного и граничного метода образуют гибкую систему работы. В настоящее время 3D редакторы позволяют сочетать каркасное, поверхностное и твердотельное методы моделирование как одно целое, за счет чего появляется гибкость в реализациях поставленных задач.

---

Исторически каркасное моделирование появилось первым, в современных системах 3D моделирования каркасные модели используются как один из методов визуализации модели. Поверхностное моделирование дает возможность описывать достаточно сложные поверхности, такую возможность используют к каркасным моделям. Данный гибрид (каркасное моделирование и поверхностное моделирование) не дает четких обозначений, которые давали бы информацию о данных объёмах модели. На смену традиционным методам моделирования, пришли твердотельные модели, ограниченные произвольными криволинейными поверхностями.

Анимация в трехмерной графике – это процесс, когда меняются свойства трехмерного объекта со временем, другими словами, это движение создание при помощи компьютера [24]. Трехмерная анимация требует от аниматора множество знаний физики и математики, мимики, и даже биомеханики. В классической анимация, художнику приходится делать множество рисунков, чтобы у картинки появилась мультипликация. Художники используют программное обеспечение для создания трехмерных объектов для 3D моделирования. Далее идет риггинг, виртуальное представление объекта или скелета персонажа [37].

Существует различные способы анимации, такие как [22]:

• 
  Анимация по ключевым кадрам;
  
• 
  Анимация по траектории;
  
• 
  Создание анимации при динамических симуляциях;
  
• 
  Анимация, полученная методом захвата движения.
  

В анимации ставятся стратегические точки, чтобы у объектов появлялось движение, новые же методы анимации включают захват движения, которое записывает живое движение актера для цифровой анимации (Рис. 1.4). В трехмерной компьютерной графике нам необходимы ключевые кадры, так как последующие шаги в процессе анимация, программа рассчитывает самостоятельно. 3D анимация – это искусство

использования движений для оживления персонажей, транспортных средств, предметов и многого другого в телешоу, фильмах и играх [16].



Рис.1.4Анимацияпоключевымкадрам

Анимация является неотъемлемой четью жизни, мультипликацию часто используют в кино и в компьютерных

---

играх, по аналогии анимация это плавна иллюзия, созданная благодаря сменяющимся кадрам. Анимация, как один из процессов оживления, дает возможность трехмерным моделям движение, также дает возможность реализоваться на базе двух типов:

• 
  Первый способ подразумевает создание мультипликационного кино из серии рисунков, имитирующих все промежуточные стадии между двумя разными перемещениями, другими слова двумерная анимация;
  
• 
  Второй способ подразумевает на базе анимации трехмерных объектов лежит принцип придания трехмерным моделям квантов перемещения, для плавного перемещения, данный способ называется анимация по ключевым кадрам.
  

В трехмерной анимации используются трехмерные модели, материалы и освящение. Для анимации, аниматор выделяет лишь ключевые кадры, к примеру, первый кадр и десятый, а программное обеспечение реализует плавное движение между ними. В следствии чего на этапе визуализации данное действие представлено двумерными изображениями, исходя из этого и создаётся иллюзия движения.

В настоящем разделе были описаны: история компьютерной графики, методы моделирования и анимирования. Нами были рассмотрены каркасный, поверхностей и твердотельный метод моделирования, а также метод анимирования по ключевым кадрам. Изученные методы и подходы позволяют успешно создать и анимировать трехмерную модель.

2. 
   Анализ технологий реализации 3D моделирования и
   

анимирования

Существуют решения для реализации моделирования и анимирования трехмерных объектов, они имеют как достоинства, так и недостатки.

Мы рассмотри следующий список программных продуктов:

• 
  Blender,
  
• 
  Cinema 4D,
  
• 
  Zbrush,
  
• 
  Autodesk Maya,
  
• 
  Autodesk3dsMax.
  

Cinema 4D – пакет для создания трехмерной графики и анимации. Cinema 4D – универсальная комплексная программа для создания и редактирования трехмерных объектов и эффектов [24]. Данный редактор предлагает полный набор инструментов и функций, который помогает добиться 3D художнику результатов. Функционал позволяет реализовать полигональное или процедурное моделирование, текстурирование, освящение или рендеринг (Рис. 1.5).

Программа позволяет создавать графику для игр, анимации персонажей, визуализацию

---

архитектурных сооружений и многое другое. Cin- ema 4D доступна в четырех вариантах, для разных потребностей 3D художника: Prime, Studio, Broadcast, Visualize. У программы есть достаточное преимущество перед аналогичными конкурентами, в свою очередь программный продукт ценится за свою стабильность [8].

Одной из основных возможностей программы является совмещение различных типов моделирования, таких как полигональное и NURBS- моделирование, также легкое и быстрое переключение между частями трехмерной модели, что облегчает работу со всеми типами моделирования. Производство и анимация трехмерных объектов, уже созданных как шаблон также актуальна, как и анимация персонажей. Пакет имеет модуль для создания реалистичных волос и управления ими, конечно, можно использовать сторонние визуализаторы, на основную версию редактора, также у программы имеется неплохой встроенный визуализатор [12].

Основными достоинствами является универсальность и ускоренный рабочий процесс, оптимизация анимации, функционал, множество обучающего материала, минимальные системные требования, многоформатность. К недостаткам программы можно отнести неотлаженную систему перехода между версиями, высокая цена [10].

Надежность Cinema 4D заключается в ее быстро развивающемся 3D производстве. Это идеальная платформа как для новичка в 3D моделировании, так и для опытного пользователя. Начать работу с приложением просто, благодаря логическому интерфейсу, кроме того, интерфейс разработан интуитивно, чтобы пользователь мог подстроить программу под себя, как ему удобно, за счет множества имеющихся модулей, плагинов и пакетов. Cinema 4D поддерживает моделирование, скульптинг, анимацию и высококачественный рендеринг. Программный продукт отличается быстрым осваиванием интерфейса и поддержкой русского языка.


Рис.1.5ИнтерфейспрограммыCinema4D

Autodesk Maya – мощный редактор трёхмерной графики и компьютерной трёхмерной анимации [26]. Maya является одной из самых популярных программ по компьютерной графики с использованием моделирования и анимации трехмерных объектов. Широко применяется в кинематографии, телевидении, мультипликации и компьютерных играх, обладает большим набором творческих функций, инструментами для анимации, моделирования, симуляции, рендеринга и создания композиций (Рис. 1.6).

---

Одним из особенностей данной программы, является ее открытое программное обеспечение, тем самым разработчики могут настраивать программу под подходящую версию, под определенные задачи студий. Ко всему прочему Maya имеет встроенный платформенно-независимый язык, данный язык позволяет дорабатывать и настраивать функционал программы. В программе есть все необходимое для создания трехмерной графики, вдобавок позволяет создавать все этапы 3D графики от моделирования и текстурирования до анимации, может моделировать физику твёрдых и мягких тел. Программа не легка в освоении, но имеется большое количество уроков по работе в данном редакторе.

Основные возможности и функционал программы Maya это ее полный набор инструментов для полигонального и сплайнового моделирования, большой набор инструментов для анимации, развитая система частиц, технология Maya Fur, технология Maya Fluid Effects, широкий набор средств создания динамических спецэффектов, UV-текстуры, нормали и цветовое кодирование и многопроцессорный гибкий рендеринг [34].

Достоинствам программы Maya можно считать работа с анимацией, в программе можно сделать многое, но лучше всего она подходит для анимирования по сравнению с другими продуктами Autodesk. Maya часто используют для киноиндустрии, так как в ней легко можно создавать реалистичную анимацию и эффекты. Программа обладает огромным набором функций и множеством возможностей работы с ними. Недостатками программы считаются длинное и затруднительное обучение, высокие требования к системе, существуют проблемы с совместимостью, высокая цена [11].



Рис.1.6ИнтерфейспрограммыMaya

Zbrush отличается от других редакторов программным обеспечением, данная программа имеет только одну имитацию процесса трехмерной лепки [13]. Программа имеет мощный функционал и интуитивный интерфейс,

который имеет современные инструменты. Обладает особенностью лепить множество полигонов, позволяет создавать все что только можно вообразить. Zbrush имеет большой спектр инструментов, которые позволяют делать 2D или 3D наброски. Принцип работы программы заключается в том, что с помощью виртуальных кистей, можно придавать различную форму трехмерному

---