3D моделювання, анімація, віртуальні миры

ВОРОНЕЖСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

КАФЕДРА І.Т. і М.М.Э.

3D МОДЕЛЮВАННЯ. АНІМАЦІЯ. ВІРТУАЛЬНІ МИРЫ.

ВИКОНАВ: студент 1 курсу економічного факультета.

Вязовой Дмитро Сергеевич.

ПЕРЕВІРИВ: доц.

Іщенко Валентина Александровна.

ВОРОНЕЖ 1998.

1 Запровадження 3.

2 Застосування програм тривимірного моделювання 4.

3 Сучасні програмні і апаратні кошти 8.

4 Укладання 14.

5 Список літератури 15.

6 Додаток 16.

1 Застосування комп’ютерна техніка у сучасній життя стало незамінним. Дуже багато галузей використовують обчислювальні машини з метою прискорення вирішення завдань. Донедавна вся комп’ютерна техніка було лише допоміжним пристроєм в людини. Комп’ютер проводив різні обчислення, а основну роботу зосередили лежала все одно людині. Перед людством ж стояли завдання масштабних будівництв, проектів на майбутнє, випробувань, яких комп’ютер вирішити було. З появою потужних графічних станцій, а як і комп’ютерів, спроможних виконувати як математичні завдання, а й візуалізувати найскладніші технологічні процеси на екрані, починається нова ера у комп’ютерній промисловості. Найбільша радість для програміста — це побачити й знати, що користувачі знаходять щодо його дітища найрізноманітніші застосування. Особливо що це стосується таких продуктів, як 3D Studio MAX, який, в на відміну від текстового процесора чи електронної таблиці, дозволяє собі з допомогою образотворчих коштів втілити найфантастичніші ідеї, й мрії в жизнь. 1] Комп’ютерне тривимірне моделювання, анімація і складення графіка в цілому не знищують у людині справжнього творця, а дозволяють їй звільнити творчу думку від фізичних зусиль, максимально налаштувавшись на плід свого твори. Звісно, поки що неможливо займатися графікою без певних навичок, але технологія не на місці й, можливо, в недалекому майбутньому творіння людини залежатиме лише від його мысли.

2 Існує дуже багато областей, де застосовується тривимірне моделювання і анімація. Наприклад, під час випробування програми 3D Studio MAX користувачі виконали колосальну роботу, застосовуючи цю програму різних галузях: від створення статичної реклами й динамічних заставок телеканалам до моделювання катастроф і тривимірній анімації. До останнього часу працювати над створенням спецефектів в кінематографії виконували у спеціальних павільйонах з допомогою фізичних моделей, методів прозорою фотографії і дорогих оптичних принтерів. Нині ця проблему Чечні вирішено з допомогою сучасних програм. Вже зайве витрачати тисячі людино-годин на побудова моделей, наприклад динозаврів, потрібно потім встановити сцені, висвітлити, відзняти і скомбінувати з іншими учасниками епізоду. Досить посадити одну людину за звичайний персонального комп’ютера, щоб зробити спецефекти, створюють повне відчуття реальності. Нашестю візуальних ефектів вже не дивується. Ефекти в блокбастерах (бойовиках) і романтичних казках, іграх і мультимедійних презентаціях, помітні і непомітні, у кіно і телебаченні, тривимірні і мультиплікаційні. Усіх їх представити об'єднує лише одна: вони нанесені з допомогою комп’ютерів. Сьогодні ми можемо говорити про результати праці як заокеанських, але російських розробників. З 19 по 23 травня у Центрі міжнародної торгівлі проходив щорічний Російський фестиваль комп’ютерної графіки і анімації. На виставці було представлено новинка — телевізійна віртуальна студія. Перед режисерами і продюсерами відкриваються необмежені можливості: можна уникнути величезних павільйонів і дорогих декорацій, і зробити оригінальну передачу. Можна знімати актора чи ведучого телепрограми на синьому чи зеленому тлі, та був вмістили його в комп’ютерне простір й дозволити взаємодіяти з ним. З вересня 1997 роки компанія «Б.С. Графіка» оформляє московський канал «ТБ Центр» і випускає там дві телепередачі: «Інтернет КАФЕ» і «Віртуальний світ». Це сама технічно оснащённая студія у Росії. Робота у часі, коли «живої» провідний вільно переміщається всередині тривимірній сцени, ходить навколо об'єктів і може взаємодіяти із нею, — то це вже невід'ємною ознакою сучасної віртуальної студії. Наприклад провідний може заходити в «віртуальні» двері, Брати «віртуальні» предмети тощо. До того ж частина комп’ютерної сцени може готуватися заздалегідь, а частина — прораховуватися одночасно з съёмкой живого персонажа (де вже потрібні значні обчислювальні потужності). Застосування тривимірній анімації і заснування віртуальних технологій у кінематографі, оформленні телевізійних передач й у різноманітних частинах шоу-бізнесу стала обов’язковою, проте є й інші приклади застосування технологій: 6−8 травня 1998 року у м. Осло проходив Перший міжнародний симпозіум по візуалізації, організований компаніями Silicon Graphics і Telenor. На даної конференції широкої аудиторії було продемонстровано різні технічні засоби до подання віртуальних об'єктів, Особливу увагу представили проекти зі створення про віртуальних міст — містять чимало, а десятки тисяч віртуальних об'єктів. З часу виникнення самого поняття, як колективне планування міського будівництва, усі його учасники — фахівці з планування, проектувальники, інвестори, представники влади й просто зацікавлені городяни — намагалися знайти нову методологію обговорення будівельних проектів, дозволяють оцінювати впливом геть міської ландшафт ще до реального втілення. Був потрібний ефективний засіб, дозволяє зримо уявити й проаналізувати «фізичні наслідки» проекту на початок його реалізації і інвестування коштів. Згодом з’явився проект «Віртуальний місто». Група міського моделювання UCLA скористалася даної технологією візуального тривимірного моделювання у розвиток інтегрованої середовища міського моделювання. З допомогою унікальної системи та методології комп’ютерного моделювання група будує віртуальні моделі реального часу міських районів. Ці моделі, з точністю до написів на стінах і фіранок вікон, конструюються шляхом поєднання фотографій, отриманих з допомогою аэрофотосъёмки, зі стереометрическими «уявленнями» вулиць для реалістичного тривимірного моделювання. Інший приклад: донедавна часу такі серйозні проекти як наведення мостів, дамб, гребель не проходило без будь-яких несподіванок навіть у країнах із дуже розвиненими будівельними технологіями. Нині будівельні компанії багатьох держав набули системами інженерного проектування з візуальним відображенням. Сучасні програми інженерної графіки як скоюють різні будівельні розрахунки (втім це могли робити й програми попереднього покоління), а й візуалізувати що відбуваються будівельні процеси. Програми показують як можливу навантаження на частини конструкцій, а й різні непередбачені явища, пов’язані приміром, із явищами резонансу у процесі. Приклад із цілком побутової сфери: компанії з продажу квартир, а як і дизайну і що з ним ремонтом використовують комп’ютерні програми тривимірного моделювання до подання клієнту найбільш наявності точної інформації про майбутнє проекті. Тим самим було дохід цих компаній став збільшуватися рахунок економія часу, затрачуваного на непотрібні чертежы. Перевага комп’ютерного моделювання оцінили як люди, пов’язані з нерухомістю, а й великих компаній, бажаючі скоротити свої витрати рахунок застосування сучасних програм комп’ютерного конструювання, а як і автоматизирования процесу виробництва. Так компанія IBM пропонує систему автоматизації дизайнерській і конструкторської діяльності Catia (про цей продукт йтиметься в наступному розділі). Скажемо тільки, що систему допоможе створити плоскі чертежы, провести объёмное твердотельное моделювання, спроектувати складні поверхні, багатокомпонентні складання, трубо-, пневмопроводы, електромережу, розрахувати міцність. Ось конкретний приклад роботи системи: на розробку автомобіля Neon, випущеного наприкінці 1994 року, американська компанія Chrysler Motors затратила всього 31 місяць, випередивши японські компанії, довгий час що тримали планку навколо оцінки в 36 місяців. Також системою були цілком створено електронні прототипи автомобілів Jeep Cherokee, Volvo-960, SAAB-900, ВАЗ 2110 і літака Boeing 777. До речі в цьому разі система дозволила заощадити 15 відсотків від суми коштів — приблизно 8 млн. доларів. Можна ще довго приводити приклади застосування цих програм, але розглянути його з погляду користувача, їх продуктивність, актуальність у різних отраслях.

3 Компанія Autodesk розробила 3D Studio. найбільшого поширення цей продукт одержав у версії 4.0 для DOS. Ця програма використовувалася для створення реалістичних ігор, а як і перших моделей і спецефектів в фільмах. Програма хороша своїм виконанням, невеличкий вимогливістю до апаратним ресурсів, а як і порівняно низькою ціною (прибл. 400 дол.) Звісно згодом цю програму стала неактуальною через несумісності з сучасними системами і досить слабких можливостей втілення думки. Настав час наймогутнішої системи тривимірного моделювання і анімації 3D Studio MAX для Windows NT. Цей продукт використовується до створення сучасних фільмів, комп’ютерних програм із застосуванням найскладнішої графіки і спецефектів. Звісно апаратні кошти на цього продукту повинні прагнути бути винятковими, та й ціна задля пересічного користувача (прибл. 800 дол. за стандартну версію, 2000 дол. за більш професійну версію і прибл. 4000 дол. за мережну версію). Підрозділ Kinetix створювало цей продукт для професійних користувачів, хоча любитель, що дозволило собі його придбання продукту, може втілити прості мрії в реальність, вивчивши деякі тонкощі роботи з програмою. Для таких користувачів буде досить IBM сумісної комп’ютера з процесором MMX чи Pentium II із частотою від 166 і більше МГц. Знадобиться потужна графічна карта. До речі графічні картки програм 3D моделювання мають зовсім інших характеристик ніж потужні картки сучасних ігор. Наприклад професіонали використовують дорогі карти Elsa Gloria чи ексклюзивні карти компанії Diamond. Природно 3D Studio MAX не варта інженерних робіт. Для з завдань компанія Autodesk створила AutoCAD. Цей продукт займає лідируючу позицію у світовому списку програм такого класу. Не дивно, адже він може виконувати майже всі операції, пов’язані з інженерними системами. Робота цієї програми обслуговується тисячами вузлів всесвітньої мережі Internet. Система варта професіоналів CAD. Праця у системі сприймається як спільну роботу кількох комп’ютерів, виконують окремі функції. Під апаратні засобами маються на увазі наймогутніші персональні системи, а як і комп’ютери з урахуванням RISC процесорів. Відома компанію з виробництву CAD програм Bentley Systems представила програму MicroStation (система інтерактивного графічного проектування IGDS), що займає друге місці після вище описаного AutoCAD. Основне призначення MicroStation — виконання високопрофесійних проектних робіт у машинобудуванні, транспорті, електроніці, геодезії і картографії, архітектурі й управлінні. Продукт реалізований для платформ Intel PC, Apple PowerMac, IBM Power PC і RS/6000, SPARCStation, DEC Alpha і може використовуватися у середовищі DOS, Windows, OS/2 Warp і Unix. Вышеприведённая програма Catia розрахована на платформи S/390, UNIX, AS/400 і PC. Продукт розроблений французької авіаційної компанією Dassault Aviation і пропонується компанією IBM для проектування й виготовлення деталей на верстатах з ЧПУ. У шоу-бізнесі провідної ролі у створенні рекламних роликів і відеокліпів займає компанія Glassworks. Ядро цієї команди складаються з фахівців по 3D-моделированию і анімації. Своїм успіхом вони вважають використання SoftImage. Програма класу 3D Studio, а більш пристосована до створення відеокліпів. Для використання програмних засобів компанія оснащена робітниками станціями Impact, а як і двома машинами Onyx з графічними картами RE2+ 1 GB RAM і 90 GB дискового простору. Вище розповідалося про проект «Віртуальний місто». Цей продукт створений із допомогою пакета тривимірного моделювання у часі MultiGen II Pro. Інтерфейс і забезпечення, реалізує власне моделювання, функціонують на лінії устаткування Silicon Graphics, O2, робочих станцій Octane і Onyx. Зараз світовому ринку починає міцно зміцнюватися програма проектування компанії CAD house підрозділи Consistent Software — Pro/Engineer (Проінженер). Програма виграє цінується (1000 дол. з робочого місця) в інших аналогічних програм, та її нерозкрученість залишає її в місці після двох вышеприведённых програм комп’ютерного конструювання. Усі приведені програми ставляться до низки високопрофесійних, дорогих, потребують великих апаратних ресурсів програм. Далі наведено програми, не поступаються за своїми можливостями професійним програмам, для пересічного користувача, хоче зайнятися 3D моделюванням. Наприклад компанія Fractal Design розробила Fractal Design Detailer — програму обробки поверхонь тривимірних об'єктів. Програма допомагає створити цілком реалістичні об'єкти з створених у інших програмах, де обробити їх складно по будь-яким причин. Ціна продукту цілком прийнятна (300 дол.) Апаратні вимоги: Pentium 6 -го покоління, 20 мб. RAM. Іноді створення окремих об'єктів охочим трохи поекспериментувати стає неможливим невміння використати той або ту систему, а й у вміє робити щось який завжди є для швидкої обробки хоча б десятка об'єктів нескладної форми. Для користувачів таких категорій компанія MetaTools створила нехитрий генератор ландшафтів Bryce 2, та був і Bryce 3D. З допомогою цих програм можна цілком реалістичні пейзажі, управляти часом діб, погодними умовами тощо. Основним плюсом цього продукту є невигадливе управління, зрозуміле коли з першого, те із другого спілкування з інтерфейсом. Можливість анімації, погляду із різних точок на проекцію. Все дуже і красиво, а головне доступно. За ціни в 300 — 400 дол. програма вимагає Pentium процесор з графічної картою, підтримує 3D рендеринг, і майже 32 мб. RAM. Останнім часом на арені з’явилися одразу дві продукту, які вразили уяви як любителів, а й професіоналів. Animatek’s World Builder 2.0 — пакет, створює воістину реалістичні пейзажі, з набором функцій, притаманним лише професійним програмам. Чудова інтеграція з 3D Studio MAX дозволяє цілком реалізувати пліт уяви. Проте він менш продукт вважається напівпрофесіональним і доступний багатьом любителям. Основне апаратне вимога — потужна відеокарта. Другий продукт — World Construction Set 3.0. Пакет знов-таки генерує ландшафти, але такою ступеня, крім нього не знадобляться інші пакети 3D моделювання, хоч і використовується підтримка 3D Studio MAX. Пакет вміщує професійного користувача і давно минули Bryce 3D, перебуваючи однакові хіба що Animatek’s World Builder. Перевершує попередніх пакети певною мірою інтеграцію з 3D Studio MAX, а як і наявністю власних високотехнологічних коштів візуалізації. Пакет дбає про платформах PC/ DEC ALPHA/ MAC/ SGI. Цей продукт повертає нас до професійним системам тривимірного моделювання, а до апаратним засобам тих систем. Апаратні вартість RISCплатформі. платформа Silicon Graphics Inc. (SGI) обновилася виробництвом моделі PowerONYX, що належить до старшому сімейству випущених компанією графічних станцій. У цих комп’ютерах встановлюються процесори R8000 (іншу назву — TFP), випущені Mips Technologies. За попередніми даним, їх продуктивність учетверо перевершує швидкодія найпотужнішого раніше розроблених процесорів фірми Mips — R4400. В результаті наведені цифри щодо моделі PowerONYX з одного мікросхемою R8000 (тактова частота 75 МГц) приблизно аналогічні таким для графічної станції ONYX Extreme Deskside з цими двома процесорами R4400, кожен із яких дбає про частоті 150 МГц, а ціна її навіть трохи нижче: 102 тис. проти 107 тис. дол. — в конфігурації з 64 Мбайт ОЗУ, жорстким диском обсягом 2 Гбайт та графічної системою Extreme. При цьому нова станція явно перевершує своїх попередників за можливостями розширення апаратної конфігурації, а заявлена компанією продуктивність за умови встановлення у цей комп’ютер 12 процесорів (максимально можливу кількість) становить 3.6 Гфлоп. Модель PowerONYX поставляється з графічної системою Reality Engine 2 (RE2) чи Extreme. Нарощуючи обчислювальні потужності високопродуктивних графічних станцій, SGI не забуває і молодших моделях. Так, фірма анонсувала перенесення у комп’ютери Indy графічного прискорювача XZ і увазі відвідувачів демонстраційний варіант нової виборчої системи. Було показано і рідкокристалічний екран для станцій Indy, який би дозвіл 1280*1024 точок при 24- розрядному кодування кольору. У цілому нині цю справу явно свідчить про прагнення SGI реалізувати швидку високоякісну графіку на порівняно недорогих моделях робочих станцій. Тим часом питання у тому, наскільки успішним буде просування ринку комп’ютерів Indy, поки залишається відкритим: вартість системи за наявності графічного прискорювача XZ становить 33 тис. дол., тоді за 38 тис. дол. вже можна купити станцію наступного класуIndigo 2, яка вигідно відрізняється від Indy широкі можливості розширення (у вигляді установки додаткових плат), і навіть наявністю спеціальної системи охолодження. Indigo 2 допускає і нового процесора R8000. Було продемонстровано також видеосистема Sirius Video для платформи Silicon Graphics, що може взаємодіяти з графічними прискорювачами VTX і RE2, забезпечують накладення текстур на тривимірні об'єкти із наступного просчёта кадрів у часі, причому всі цих функцій реалізовані на апаратній рівні. Нова плата як текстури «пропонує «системам VTX і RE2 «живе «відео, яке потім можна піддати будь-яким операціям, застосовним до звичайної текстурі. Серед інших відмінних рис Sirius Video слід сказати підтримку будь-яких типів видеосигналов, включаючи цифрові, і навіть одночасне обслуговування за її введення і виведення двох зовнішніх пристроїв. Єдина проблема, що з застосуванням цієї відеосистеми, залежить від відсутності нині спеціального ПО, яке б виконання усього спектру операцій із видеосигналами і зробило непотрібним монтажне устаткування, загромождающее сучасні студии.

4 Підсумовуючи огляду апаратного забезпечення класу high-end, слід підкреслити явне домінування платформи SGI. Попри наявність окремих розробок в інших відомих виробників (IBM, DEC), панування компанії Silicon Graphics у цьому секторі ринку залишається непорушним. Про це свідчать постійне зростання обсягів продажів продукції фірми, який, в 1993 р. становив 36% (стосовно 1992 р.). Проте Silicon Graphics прагнути поширити своє вплив та на інші області обчислювальної індустрії, випускаючи сервери для локальних мереж, і навіть пропонуючи рішення САПР. Не дивлячись цього ПК з процесором Intel продовжує найбільш поширеної платформою у сфері комп’ютерної графіки і анимации.

1. «Computer World-Moscow «01.1997.

2. Комп’ютер Пресс N (7'98, 7'97, 6'98).

3. Джон А. Белл 3D Studio MAX спецефекти в голлівудському стиле.

4. КомпьюТерра 13.05.96.

Приложение.

[pic].

Bryce2 rendering із застосуванням Anti-aliasing (сглаживание).

[pic].

3D Studio MAX геосфера з накладеної текстурой.

———————————- [1] Том Хадсон Одне з розробників 3D Studio/DOS і 3D Studio MAX.