Основные понятия трехмерной графики - Моделирование сложных архитектурных форм дизайна среды в готическом стиле
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов. Для создания реалистичной модели объекта используются геометрические примитивы (куб, шар, конус и пр.) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. Вид поверхности определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и гладкость поверхности в целом.
Деформация объекта обеспечивается перемещением контрольных точек, расположенных вблизи. Каждая контрольная точка связана с ближайшими опорными точками, степень ее влияния на них определяется удаленностью. Другой метод называют сеткой деформации. Вокруг объекта или его части размещается трехмерная сетка, перемещение любой точки которой вызывает упругую деформацию как самой сетки, так и окруженного объекта.
Еще одним способом построения объектов из примитивов служит твердотельноемоделирование. Объекты представлены твердыми телами, которые при взаимодействии с другими телами различными способами (объединение, вычитание, слияние и др.) претерпевают необходимую трансформацию.
Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окружающего пространства. Свойства поверхности описываются в создаваемых массивах текстур, в которых содержатся данные о степени прозрачности материала, коэффициенте преломления, цвете в каждой точке, цвете блика, его ширине и резкости и др.
После завершения конструирования и визуализации объекта приступают его "оживлению", т. е. заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах.
Применение сложных математических моделей позволяет имитировать различные физические эффекты: взрывы, дождь, снег, огонь, дым, туман и др.
Основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета: 3D Studio Max фирмы Kinetix; Softimage 3D компании Microsoft; Maya, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). На сегодняшний день Maya является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов (рис. 3). В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования - создание подвижного изображения реального физического тела.
В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:
- - спроектировать и создать виртуальный каркас ("скелет") объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме; - спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные; - присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне - "спроектировать текстуры на объект"); - настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, - задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей; - задать траектории движения объектов; - рассчитать результирующую последовательность кадров; - наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.
Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональных В-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и "гладкость" поверхности в целом.
После формирования "скелета" объекта необходимо покрыть его поверхность материалами. Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окружающего пространства.
Закраска поверхностей осуществляется методами Гуро (Gouraud) или Фонга (Phong). В первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах, а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется по поверхности составляющих примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.
Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке в сторону наблюдателя, представляет собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный с материалом и цветом поверхности в данной точке. К таковым компонентам относятся:
- - свет, пришедший с обратной стороны поверхности, то есть преломленный свет (Refracted); - свет, равномерно рассеиваемый поверхностью (Diffuse); - зеркально отраженный свет (Reflected); - блики, то есть отраженный свет источников (Specular); - собственное свечение поверхности (Self Illumination).
Следующим этапом является наложение ("проектирование") текстур на определенные участки каркаса объекта. При этом необходимо учитывать их взаимное влияние на границах примитивов. Проектирование материалов на объект - задача трудно формализуемая, она сродни художественному процессу и требует от исполнителя хотя бы минимальных творческих способностей.
После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его "оживлению", то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах. В первом кадре объект выставляется в исходное положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) задается новое положение объекта и так далее до конечного положения. Промежуточные значения вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом происходит не просто линейная аппроксимация, а плавное изменение положения опорных точек объекта в соответствии с заданными условиями.
Эти условия определяются иерархией объектов (то есть законами их взаимодействия между собой), разрешенными плоскостями движения, предельными углами поворотов, величинами ускорений и скоростей. Такой подход называют методом инверсной кинематики движения. Он хорошо работает при моделировании механических устройств. В случае с имитацией живых объектов используют так называемые скелетные модели. То есть, создается некий каркас, подвижный в точках, характерных для моделируемого объекта. Движения точек просчитываются предыдущим методом. Затем на каркас накладывается оболочка, состоящая из смоделированных поверхностей, для которых каркас является набором контрольных точек, то есть создается каркасная модель. Каркасная модель визуализуется наложением поверхностных текстур с учетом условий освещения. В ходе перемещения объекта получается весьма правдоподобная имитация движений живых существ. Наиболее совершенный метод анимации заключается в фиксации реальных движений физического объекта. Например, на человеке закрепляют в контрольных точках яркие источники света и снимают заданное движение на видео - или кинопленку. Затем координаты точек по кадрам переводят с пленки в компьютер и присваивают соответствующим опорным точкам каркасной модели. В результате движения имитируемого объекта практически неотличимы от живого прототипа.
Процесс расчета реалистичных изображений называют рендерингом (визуализацией). Большинство современных программ рендеринга основаны на методе обратной трассировки лучей (Backway Ray Tracing). Применение сложных математических моделей позволяет имитировать такие физические эффекты, как взрывы, дождь, огонь, дым, туман. По завершении рендеринга компьютерную трехмерную анимацию используют либо как самостоятельный продукт, либо в качестве отдельных частей или кадров готового продукта.
Похожие статьи
-
Если присмотреться к объектам, которые нас окружают, то можно заметить, что многие из них обладают осевой симметрией. Например, плафон люстры, тарелки,...
-
Области использования трехмерной графики Область использования трехмерной графики очень широка, и простирается она, начиная от промышленной индустрии...
-
Результаты моделирования - Моделирование сложных архитектурных форм дизайна среды в готическом стиле
Моделинг и визуализация архитектурных форм производилась в пакете трехмерного моделирования 3D max с использованием следующих инструментов: *Edit poly...
-
Один из эффективных способов создания трехмерных моделей -- использование техники сплайнового моделирования. В конечном итоге создание модели при помощи...
-
Для готического стиля характерны высокие двухдверные шкафы с 4-9 филенками, стулья с высокими спинками, высокие буфеты, кровати с высокими спинками. В...
-
Заключение - Моделирование сложных архитектурных форм дизайна среды в готическом стиле
Готика - венец средневековья, это яркие краски, позолота, сияние витражей, экспрессия, взлетающие в небо колючие иглы шпилей, симфония света, камня и...
-
В готическом интерьере используются только натуральные отделочные материалы. В основном, это мрамор, булыжник, известняк, плиточная мозаика, камень...
-
История возникновения готического стиля Период, получивший в истории искусства Европы название готического, связан с ростом торгово-ремесленных городов и...
-
Для интерьера в стиле ранней готики характерны окна, обрамленные свинцом. В этом случае шторы вообще не использовались. Для эпохи Средневековья...
-
Для готических зданий характерны большое внутреннее пространство, величественные камины, многочисленные шпили. К основным отличительным чертам...
-
Введение - Моделирование сложных архитектурных форм дизайна среды в готическом стиле
Готика - период в развитии средневекового искусства, охватывающий почти все области материальной культуры и развивающийся на территории Западной,...
-
Готический стиль в странах Европы, Франция - Изучение архитектурных стилей
Франция Хор и нартекс церкви бенедиктинского монастыря Сен-Дени (1140- 1144) является самым ранним и важным примером нового стиля. Заказчиком был...
-
График потребности рабочей силы График движения рабочей силы составляется общий для всех рабочих, занятых на строительстве во всех сменах. Критерием...
-
АРХИТЕКТУРНАЯ СРЕДА, Понятие архитектурной среды - Проектирование в дизайне среды
Понятие архитектурной среды "Среда" - ключевое понятие происходящей сегодня кардинальной трансформации методов, результатов и целей творческой...
-
Образование архитектурной формы - Образование архитектурной формы
Архитектура, являясь необходимой частью человеческой культуры, в настоящее время стоит перед новым перспективным этапом своего развития и не может...
-
Логика и геометрия - главные критерии минимализма. Но не менее важны цельность и продуманность пространственных решений. Многие влюблены в Японию, их...
-
Архитектура готического стиля, Характерные черты готического стиля - Изучение архитектурных стилей
Характерные черты готического стиля Лишь очень немногие периоды мировой истории архитектуры удостоились столь внимательного стилистического исследования,...
-
Готические своды - Изучение архитектурных стилей
Важнейшим элементом, изобретение которого дало толчок прочим достижениям инженерной мысли готики, стал нервюрный крестовый свод. Он же стал основной...
-
Основные стили архитектуры Средневековья - Изучение архитектурных стилей
"Каролингское возрождение", Оттоновское искусство, романский стиль и готика. "Каролингское возрождение" (расцвет культуры, относящийся в эпохе первого...
-
Методы неразрушающего контроля (преимущества и недостатки) Строительство развивается быстрыми темпами, и с каждым днем требования к срокам и качеству...
-
Искусство древнегреческих государств, занимавших южную часть Балканского полуострова, острова Эгейского моря, побережье Фракии, западную береговую полосу...
-
При построении сетевого графика следует предусматривать равномерное использование рабочей силы. Для этого, под сетевым графиком вычерчиваем график...
-
Основные сведения об организации строительства - Методы производства строительных работ
Материалы, необходимые для проведения ремонта и реконструкции приобретались непосредственно администрацией студгородка и отпускаются на места по мере...
-
Основные характеристики пенобетона - Ячеистые бетоны
Неавтоклавный пенобетон наряду с высокими тепло - и звукоизоляционными свойствами имеет низкие коэффициенты усадки и водопоглощения, обладает высокой...
-
Эвристические методы - Эвристические методы в архитектурном творчестве
Французский математик Пуанкаре писал: "Творить - это уметь выбирать". Развитие творческого воображения, нахождение нетривиальных путей решения творческих...
-
Сетевой график разрабатывается исходя из условия, что технологические этапы выполняются на объектах последовательно, друг за другом, без совмещения...
-
Изучение опыта проектирования спортивных объектов выявило недостаточность комплексности и сбалансированности застройки в городах и несовершенство...
-
ВВЕДЕНИЕ - Проектирование в дизайне среды
Новая проектная профессия, появившаяся в последние годы ХХ века, дизайн среды выделилась из других (смежных) областей проектирования для решения задач...
-
Введение - Понятие и правовые особенности договора долевого строительства
Актуальность выбранной дипломной темы обусловливается введением изменений в законодательство регулирующее участие в долевом строительстве. Под термином...
-
Главнейшей задачей строительства на современном этапе является выполнение строительных работ качественно и в нормативные сроки. Оба эти требования...
-
Все варианты задач композиционной организации средовых комплексов можно разделить на две группы: Создание объектов принципиально новых, где синтезируются...
-
Совершенно отдельным стилем на протяжении всего ХХ века был стиль неоклассики, национальной романтики и "новой архитектуры". По своему назначению эти...
-
В искусстве ХХ века превалировало несколько стилевых течений. Четких границ между ними не было, иногда даже несколько течений существовали вместе в одно...
-
Для общественной среды характерно еще одно размежевание средовых форм. Речь идет о различении способов потребления средовых комплексов, которые условно...
-
Малые архитектурные формы (МАФ) на жилой территории - Озеленение придомовых территорий
Малые архитектурные формы разделяют на 5 основных групп по своему назначению: 1. Малые формы утилитарного назначения массового использования - урны,...
-
Варианты нервюрных сводов - Изучение архитектурных стилей
В готических соборах можно найти множество вариантов переплетения нервюр, многие из которых не имеют названия. Несколько основных типов: 1) Крестовый...
-
Основное дифференциальное уравнение и методы его решения Процесс передачи теплоты через ограждение, все параметры которого остаются неизменными во...
-
Нормандия - Изучение архитектурных стилей
Принявшие христианство викинги норманны создали по обе стороны Ла-Манша государства с четкой организацией. Церковь аббатства Нотр-Дам в Жюмьеже...
-
Архитектурные решения беседок, их стили - Ландшафтный дизайн
Во все времена строительство садовых построек начиналось с оценки местности и с подбора модели будущего сооружения, которая идеально вписалась бы в...
-
Основные понятия о планировке участка - Ландшафтный дизайн
Правильная планировка - это одна и самых важных задач, которая стоит перед владельцем участка. К ее решению следует подходить с большим вниманием и...
Основные понятия трехмерной графики - Моделирование сложных архитектурных форм дизайна среды в готическом стиле