Файл: Содержание 2 введение 3 глава теоретические аспекты 4 1 Анализ анимационных подходов 4.docx

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Колоссальное развитие технологий привело к быстрому росту в области компьютерной техники, а также к появлению и развитию множества программ. Программы трёхмерной графики - самые интересные по своим возможностям и сложные по освоению приложения, открывают перед людьми небывалые возможности по реализации не только своих навыков и умений, а фантазий, которые в свою очередь открывают перспективы работы и реализации в творчестве.

Сегодня, во время массового потребления, трёхмерная анимация является неотъемлемой частью визуального мира. В данный момент без трёхмерной анимации уже невозможно представить заставки на разных теле- и интернет-шоу. Многие бренды с целью рекламы и продвижения на различных площадках выбирают именно данный вид анимации. Даже в кинематографе множество лет с помощью трёхмерной анимации можно наблюдать всевозможные, невероятные явления. 3D анимация позволяет визуализировать любые пространства и объекты, которые может вообразить себе человек. С помощью анимации возможно создание совершенно новых миров, которые населяют как обычные, так и фантастические персонажи.

Исходя из этого, становится очевидно, что вопрос о грамотном создании трёхмерной анимации, исходя из её целей, является актуальным и дискуссионным не только для одной конкретной страны, но и для всего мира.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

1.1 Анализ анимационных подходов

Трёхмерная графика (прил. 1, рис. 1) – это особый вид компьютерной графики, совокупность множества приёмов и инструментов, предназначенных для изображения объёмных объектов (трёхмерных объектов).

Главным объектом трёхмерной графики и моделирования выступает, прежде всего, набор различных поверхностей. Минимальная поверхность называется полигоном. Полигон (прил. 1, рис. 2) – плоскость, состоящая из нескольких точек в пространстве, соединённых рёбрами. Наиболее часто в качестве полигона выбирается треугольник (прил. 1, рис 3).

---

В процессе создания 3D-изображения необходимо пройти несколько основных этапов:

1. 
   Моделирование (прил. 1, рис 4) – создание виртуального пространства общей сцены и его объектов;
   
2. 
   Текстурирование (прил. 1, рис 5) – процесс наложения текстур на созданные модели, настройка материалов и придание моделям реалистичности [8];
   
3. 
   Настройка освещения (прил. 1, рис 6);
   
4. 
   Создание анимации (прил. 1, рис 7);
   
5. 
   Рендеринг (прил. 1, рис 8) – процесс визуализации изображения объекта по предварительно созданной модели;
   
6. 
   Компоновка – постобработка полученного изображения.
   

Анимация является важнейшим этапом создания трёхмерного изображения. Анимация [9] – это разработка объектов в движении или имитация движения модели. Благодаря развитию технологий и совершенствованию сферы создания 3D объектов, существует множество инструментов, программных продуктов и возможностей для создания анимации трёхмерной модели.

В наши дни для создания анимации не нужно прорисовывать каждый кадр отдельно, чтобы объект ожил на экране, в трёхмерной анимации необходимо задать ключевые кадры, которые и будут образовывать движение [16].

Можно выделить несколько основных способов создания трёхмерной анимации. К таким способам относятся:

1. 
   Анимация по ключевым кадрам (прил. 1, рис 9);
   
2. 
   Анимация по траектории (прил. 1, рис 10);
   
3. 
   Создание анимации при динамических симуляциях (прил. 1, рис 11);
   
4. 
   Анимация, полученная методом захвата движения (прил. 1, рис 12).
   

Создание анимации по ключевым кадрам происходит в несколько этапов. В нужный момент времени, это может быть начало видеоролика, выставляются различные свойства объекта. На данном этапе можно обозначить размеры, положение, углы вращения и многое другое. Данный кадр обозначается ключевым. Далее выбирается другой кадр анимации и снова задаются его свойства, после чего кадр обозначается ключевым. Программа сама просчитает как должны вести себя объекты при переходе из одного кадра в другой.

Для создания анимации по траектории помимо основного объекта, который будет анимироваться, необходимо задать его путь движения или траекторию. Такой подход в анимации прекрасно подходит для анимации движущихся технических объектов, анимации камер и анимации технических процессов.

Для создания такого вида анимации необходимо выделить объект, который должен двигаться, а после задать ему путь для анимации.

---

Следующим шагом является перенос объекта на линию пути и образование

связи с ней. В данном случае программа сама создаёт два ключевых кадра, один из них будет хранить положение объекта в начале пути, следующий кадр будет хранить положение объекта в конце пути.

Создание анимации при динамических симуляциях связан больше с профессией специалиста по динамике. В данном случае анимация позволяет сохранить результат динамической симуляции, то есть результат процесса просчёта поведения объекта в условиях физически реальной окружающей среды. Данные симуляции позволяют выполнять пакеты трёхмерной графики. После окончания процесса симуляции создаются анимационные ключи, в которых хранится информация о поведении каждой детали и части объекта. Анимация при динамических симуляциях наиболее часто используется для придания движения жидкости, ткани, твердым и мягким объектам. Прекрасным примером данного подхода в анимации является студия Columbia Pictures.

Анимация, полученная методом захвата движения, является наиболее новым способом. Такой подход в анимации позволяет получить наиболее реалистичный результат. Для получения анимации данным способом необходима специально оборудованная студия, в которой возможно произвести процесс захвата движения актёра. Примером применения анимации путем захвата движения являются такие кинопроекты как: «Полярный экспресс», «Аватар» и многие другие.

В наши дни существует огромный выбор программ, в которых можно создавать трёхмерную анимацию: Blender, FreeCAD, DAZ 3D Studio, Autodesk Tinkercad, Cinema 4D, Autodesk Maya, Houdini и другие. В зависимости от задачи и навыков создания анимации каждый сможет найти наиболее подходящую программу и способ трёхмерной анимации для своей работы.

1.2 Способы трёхмерного моделирования

Трёхмерное моделирование – это процесс формирования виртуальных моделей, пространства и объектов внутри него, позволяющий с максимальной точностью продемонстрировать размер, форму, внешний вид объекта и другие его характеристики. Процесс трёхмерного моделирования включает создание всевозможных геометрий, материалов, источников света, виртуальных камер, дополнительных спецэффектов [15].

Современная компьютерная графика позволяет воплощать максимально точно и реалистично любые объекты, при этом процесс создания 3D-модели занимает меньшее количество времени, нежели процесс дальнейшей реализации. В наши дни у программ есть возможность визуализировать 3D-модель с любого ракурса, устраняя её недостатки, выявленные в процессе создания модели.

---

Моделирование с применением 3D технологий является незаменимым методом для большинства промышленных, строительных, ювелирных предприятий, дизайнерских студий и сфер развлекательной индустрии [10].

Можно выделить несколько основных видов трёхмерного моделирования:

1. 
   Каркасное;
   
2. 
   Твердотельное;
   
3. 
   Поверхностное;
   
4. 
   Генеративное;
   
5. 
   Полигональное.
   

Прежде всего, дизайнеры, архитекторы, художники и все, кто занимается моделированием, обращаются к объёмной визуализации с использованием полигонов, так как именно этот метод является наиболее универсальным. Несмотря на то, что полигональное моделирование является достаточно сложным способом визуализации, имеет множество нюансов и

особенностей, этот вид моделирования продолжает пользоваться большой популярностью в сфере трёхмерного моделирования.

Полигональное моделирование – это один из видов трёхмерного моделирования, а именно низкоуровневое моделирование, которое позволяет разрабатывать практически любой объект и за счёт соединения полигонов и образования полигональной сетки создавать из них группы, визуализировать нужный облик модели.

Главными подобъектами (прил. 1, рис 13), благодаря которым строится полигональная сетка, являются:

1. 
   Вершина – точка соединения рёбер. Вершин может быть бесконечное множество, в зависимости от сложности объекта;
   
2. 
   Ребра – линии, выступающие границами граней;
   
3. 
   Грани или полигоны – ячейки сетки, плоскости, имеющие преимущественно треугольную или четырехугольную форму. Одинаковых ячеек полигональной сетки может быть также бесконечно много.
   

Для создания полигональной модели можно применить самые различные методы. Основными методиками, которые чаще всего применяют все вместе, являются:

1. 
   Моделирование с помощью примитивов – метод создания объекта путем использования готовых геометрических фигур или примитивов. К стандартным примитивам относятся следующие объекты: куб, сфера, цилиндр, тор, конус, плоскость, пирамида, труба, в некоторых программах чайник. Каждый примитив имеет опорную точку, которая по умолчанию является центром трансформации объектов. Следующим шагом является конструирование нужной модели с помощью экструдирования подобъектов и деления существующих граней.
   
2. 
   Моделирование путём вытягивания из полигона-исходника новых граней, когда каждый подобъект появляется из предыдущего.
   
3. 
   Моделирование вручную, без применения примитивов. При таком способе моделирования все подобъекты прорисовываются вручную, а не экструдируются.
   

---

Помимо полигонального моделирования не редко применяют векторное или NURBS моделирование. Такой способ моделирования широко используется в точном машиностроении, ювелирном 3D моделировании, потому что каждая линия или поверхность является функцией координат, что позволяет наиболее легко и точно вычислить её в любой точке поверхности.

Не менее важным и часто применяемым является способ скульптурного моделирования. Благодаря развитию технологий и совершенствованию сферы трёхмерного моделирования стало возможно разбивать полигональную модель на огромное число граней, позволяя работать с ней как с глиной или воском. Данный метод трёхмерного моделирования позволяет визуализировать самые тонкие детали на трёхмерной модели, поэтому применяется наиболее часто для создания органических форм с высокой детализацией, а также для создания текстур нормалей. Данный способ трёхмерного моделирования позволяет дорабатывать геометрические формы, накладывать объёмную текстуру на поверхности и придавать моделям естественные искажения.

Можно выделить комбинированный метод трёхмерного моделирования, к которому можно отнести приёмы создания 2,5D объекта из заранее прорисованных векторов или чёрно-белого изображения. Данный способ трёхмерного моделирования применяется для создания нестандартных моделей и имеет ряд особенностей и ограничений. Наиболее популярным данный способ моделирования является в сфере дизайна интерьера, так как именно этот способ наиболее подходит для создания плоских орнаментов и барельефов.

Для тех, кто только начинает заниматься 3D моделированием наиболее простым будет способ векторного моделирования. Данный способ трёхмерного моделирования позволяет сразу разрабатывать множество разных форм и объектов. В дальнейшем для совершенствования навыков и увеличения возможностей создания и визуализации модели, необходимо освоить иные способы моделирования.

На сегодняшний момент существует множество платных и бесплатных программ, позволяющих реализовывать трёхмерное моделирование. К наиболее популярным программам относятся: 3D max, Maya, AutoCad, Blender, Cinema 4D и многие другие.

Blender является специальной программой для 3D моделирования, а также рендеринга, анимации, монтажа и постобработки. Данная программа содержит различные инструменты анимации, среди которых инверсная кинематика, скелетная анимация и сеточная деформация, анимация по ключевым кадрам, нелинейная анимация, редактирование весовых коэффициентов вершин.

---