Примечание
Для создания ткани можно также воспользоваться параметрическим объектом Plane (Плоскость) с достаточным количеством сегментов по длине и ширине (допустим, 50), однако применение сплайнов позволяет получить дополнительные возможности: создание объектов произвольной формы (например, скатерть с фигурными краями), внутренние швы и разрезы. Особенно это актуально при создании одежды.
На основе объекта Rectangle (Прямоугольник) необходимо создать поверхность. Самый легкий способ – преобразовать прямоугольник в полигональную поверхность. Однако при этом мы потеряем дополнительные возможности объекта формы. Лучшим выбором в данном случае будет использование модификатора Garment Maker (Моделирование одежды). Чтобы присвоить этот модификатор, выделите в одном из окон проекций прямоугольник и выполните команду главного меню Modifiers → Cloth → Garment Maker (Модификаторы → Ткань → Моделирование одежды). Обратите внимание, что два из четырех углов стали закругленными. Избавиться от этого можно, выполнив разбиение вершин этих углов, что приведет к созданию самостоятельных сплайнов на уровне подобъектов формы. Для этого перейдите в стеке модификаторов на нижний уровень (то есть выделите в стеке строку Rectangle (Прямоугольник)), щелкните на раскрывающемся списке Modifier List (Список модификаторов) и выберите из списка модификатор Edit Spline (Редактирование сплайна) (рис. 4.39).
Рис. 4.39. Положение модификатора Edit Spline (Редактирование сплайна) в стеке
Для редактирования прямоугольника перейдите на уровень подобъектов Vertex (Вершина), для чего щелкните в настройках модификатора Edit Spline (Редактирование сплайна) на кнопке Vertex (Вершина) в свитке Selection (Выделение) или нажмите горячую клавишу 1. Выделите все четыре вершины прямоугольника, перейдите к свитку Geometry (Геометрия) и щелкните на кнопке Break (Разбить). После этого выйдите из режима редактирования вершин, повторно щелкнув на кнопке Vertex (Вершина), и вернитесь к модификатору Garment Maker (Моделирование одежды).
Для продолжения работы необходимо обновить созданную модификатором поверхность и увеличить ее топологию. Для этого в свитке Main Parameters (Основные параметры) настроек модификатора Garment Maker (Моделирование одежды) щелкните на кнопке Mesh It! (Рассчитать сетку) и увеличьте значение параметра Density (Плотность) до 2.
Внимание!
Увеличение количества треугольников, образующих поверхность объекта позволит создать более естественное поведение ткани. Однако на компьютерах с низкой производительностью это может вызвать длительные расчеты динамики ткани и даже зависания. По данной причине на таких компьютерах лучше не задавать параметру Density (Плотность) значение больше 1.
В результате все углы станут ровными, а плотность сетки повысится, что позволит получить сглаженные складки поверхности ткани. На рис. 4.40, слева показан фрагмент прямоугольника с примененным модификатором Garment Maker (Моделирование одежды) до редактирования, а на рис. 4.40, справа– после.
Рис. 4.40. Фрагмент прямоугольника до редактирования (слева) и после него (справа)
Применим к прямоугольнику модификатор Cloth (Ткань), выполнив команду главного меню Modifiers → Cloth → Cloth (Модификаторы → Ткань → Ткань). Для настройки поведения ткани выполните следующие действия.
1. В свитке Object (Объект) настроек модификатора Cloth (Ткань) щелкните на кнопке Object Properties (Свойства объекта).
2. В появившемся окне Object Properties (Свойства объекта) выберите из списка доступных объектов прямоугольник (объект с именем Rectangle01) и установите переключатель в положение Cloth (Ткань).
3. В области Cloth Properties (Свойства ткани) из раскрывающегося списка Presets (Предустановки) выберите строку Default (Исходный) (рис. 4.41).
Рис. 4.41. Настройка свойств объекта Rectangle01
4. Чтобы использовать в расчетах поведения ткани поверхности стола (в нашем случае – это построенный ранее параллелепипед) в окне Object Properties (Свойства объекта) щелкните на кнопке Add Objects (Добавить объекты) и в появившемся окне Add Objects to Cloth Simulation (Добавить объекты к расчетам динамики ткани) выберите объект Box01 и нажмите кнопку Add (Добавить).
5. Для объекта Box01 установите переключатель в положение Collision Object (Объект столкновения) и оставьте значения, принятые по умолчанию (рис. 4.42).
Рис. 4.42. Настройка свойств объекта Box01
6. Щелкните на кнопке OK для закрытия окна Object Properties (Свойства объекта).
Все готово к расчетам динамики ткани. Чтобы запустить эти расчеты, необходимо в области Simulation (Моделирование) свитка Object (Объект) щелкнуть на кнопке Simulate (Моделирование) или на кнопке Simulate Local (Локальное моделирование) (если не планируете создавать анимацию поведения ткани во времени).
Примечание
После запуска расчета динамики вы можете в любое время остановить его и выполнить дополнительную настройку свойств объектов, например изменить плотность сетки модификатора Garment Maker (Моделирование одежды). В этом случае необходимо вернуть ползунок таймера анимации на первый кадр (если вы не использовали локальные расчеты динамики) и щелкнуть на кнопке Erase Simulation (Очистить моделирование) в свитке Object (Объект).
На рис. 4.43 показан результат расчета динамики ткани.
Рис. 4.43. Результат расчетов модификатора Cloth (Ткань)
Примечание
В папке Examples\Глава 04\Cloth прилагаемого в книге DVD находится файл table-cloth.max, который можно загрузить для просмотра и анализа выполненной анимации.
Рассмотрим еще один вариант использования модификатора Cloth (Ткань): создадим модель развевающегося флага. В этом нам поможет замечательная особенность данного модификатора, позволяющая взаимодействовать со стандартными объектами категории Force (Сила).
Как всегда начнем с построения объектов. Для имитации флага нам понадобятся два объекта: Plane (Плоскость), имитирующий полотно флага, и Wind (Ветер), который будет удерживать флаг в горизонтальном положении (по умолчанию на объекты, к которым применен модификатор Cloth (Ткань), действует сила тяжести).
Для построения плоскости переключитесь в окно проекции Front (Спереди) и выполните команду главного меню Create → Standard Primitives → Plane (Создание → Простые примитивы → Плоскость). В свитке Parameters (Параметры) построенного объекта установите желаемые размеры флага и увеличьте значения параметров Length Segs (Количество сегментов по длине) и Width Segs (Количество сегментов по ширине) до 20–25. Это позволит получить более естественную деформацию ткани.
Для построения объекта, имитирующего ветер, необходимо выполнить команду главного меню Create → SpaceWarps → Forces → Wind (Создание → Пространственные деформации → Силы → Ветер) и в окне проекции Top (Сверху) построить значок ветра, развернув его по направлению к флагу (рис. 4.44).
Рис. 4.44. Взаимное расположение плоскости и значка ветра
Назначьте плоскости модификатор ткани. Для этого в одном из окон проекций выделите плоскость и выполните команду главного меню Modifiers → Cloth → Cloth (Модификаторы → Ткань → Ткань). Настройте модификатор следующим образом.
1. Перейдите на уровень редактирования подобъектов модификатора Cloth (Ткань), для чего щелкните на плюсике, расположенном слева от имени модификатора в стеке, и выделите строку Group (Группа).
2. Выделите слева верхнюю и нижнюю боковые вершины и щелкните на кнопке Make Group (Создать группу) в свитке Group (Группа). В результате откроется окно Make Group (Создать группу), в котором необходимо указать имя группы. Таким образом мы создадим группу из двух точек, которые будут крепиться к древку флага и не будут участвовать в расчетах динамики.
3. После создания группы щелкните на кнопке Drag (Помеха) в свитке Group (Группа). При этом созданная группа должна быть активной (рис. 4.45).
Рис. 4.45. Свиток Group (Группа) с созданной группой из двух точек
4. Выйдите из режима редактирования подобъектов, для чего щелкните в стеке модификаторов на строке Cloth (Ткань).
5. В свитке Object (Объект) щелкните на кнопке Cloth Forces (Силы, воздействующие на ткань).
6. В левой части открывшегося окна Forces (Силы) щелкните на строке Wind01 и нажмите кнопку >, в результате чего Wind01 переместите в список Forces in Simulation (Симуляция сил).
7. Вернитесь к свитку Object (Объект) настроек модификатора Cloth (Ткань) и щелкните на кнопке Object Properties (Свойства объекта).
8. В открывшемся окне Object Properties (Свойства объекта) выделите строку Plane01 и установите переключатель в положение Cloth (Ткань).
9. Из раскрывающегося списка в области Cloth Properties (Свойства ткани) выберите строку Silk (Шелк). Таким образом, объекту Plane (Плоскость) будут присвоены свойства шелковой ткани (рис. 4.46).
Рис. 4.46. Свойства ткани, настроенные для объекта Plane01
10. Подтвердите выполненные изменения щелчком на кнопке OK.
Все предварительные настройки произведены, осталось только увеличить силу ветра и запустить выполнение расчетов динамики ткани. Для этого выделите в одном из окон проекций значок ветра и в свитке Parameters (Параметры) настроек данного объекта увеличьте значение параметра Strength (Мощность) до 5. Чтобы запустить расчет динамики, вернитесь к модификатору Cloth (Ткань) и в свитке Object (Объект) щелкните на кнопке Simulate (Моделирование).
На рис. 4.47 представлен флаг, полученный при помощи модификатора Cloth (Ткань).
Рис. 4.47. Флаг, полученный при помощи модификатора Cloth (Ткань)
Мы рассмотрели только малую часть того, что можно сделать при помощи модификатора Cloth (Ткань). Симуляция реального поведения ткани требует более детальных настроек с большим количеством экспериментов. В качестве самостоятельного задания вы можете попробовать выполнить расчеты с другими видами ткани и даже составить и сохранить свои собственные настройки для их последующего применения.
Примечание
В папке Examples\Глава 04\Cloth прилагаемого DVD находится файл flag.max, который можно загрузить для просмотра и анализа выполненной анимации.
Глава 5 Освещение
• Основы освещения в трехмерной графике
• Луч лазера
• Объемный свет
Правильное освещение значительно усиливает впечатление от простой сцены. Оно не только позволяет лучше передать форму предметов, но и создает общее настроение в сцене. При помощи ярких цветов и обилия света можно получить эффект праздника, а приглушенный свет и затененные предметы создадут ощущение напряженности и тревоги. Свет – это мощный инструмент в руках разработчика трехмерной графики, нужно только уметь правильно им пользоваться. В этой главе вы научитесь правильно ставить свет и строить тени, а также познакомитесь с объемным (видимым) светом.
Основы освещения в трехмерной графике
Правильно установленный свет может значительно улучшить посредственную сцену и, наоборот, если источники света расставлены произвольным образом, даже хорошо смоделированная сцена покажется «бедной». Грамотное освещение определяет общую атмосферу изображения. При помощи света можно передать настроение, напряженность, радость, тоску, подчеркнуть достоинства и скрыть недостатки, а также сделать многое другое.
Существует несколько вариантов освещения. Наиболее часто встречаются два из них: трехточечное и местное (зонное). Местное применяется для освещения отдельных участков сцены и используется чаще всего в случае, когда сцена большая и ее невозможно эффективно осветить при помощи трехточечного освещения.
Трехточечное освещение является базовым в трехмерном моделировании. В его основе лежат три источника света: ключевой, контурный и заполняющий (иногда можно встретить другие определения).
Ключевой свет является основным. Обычно это самый яркий и освещающий большую часть сцены свет. Кроме того, это тот источник света, благодаря которому предметы в сцене отбрасывают тень.
Контурный свет используется для разделения предметов и фона, что в свою очередь определяет глубину пространства. Такой источник света обычно находится позади объектов сцены и по интенсивности слабее ключевого света.
Совет
Технические приемы и принципы работы с источниками света в трехмерных сценах не отличаются от используемых в фотографии, кино, театре и т. д. При желании больше узнать о типах освещения и их применении вы можете воспользоваться соответствующей литературой.
Освещение часто является фундаментом для цветового моделирования, придающего сцене акцент и глубину. Предметы в сцене не будут выглядеть плоскими, если их прорисовать светотенью, то есть характером распределения освещенности по форме в зависимости от положения ее различных поверхностей по отношению к источнику света. Чтобы предметы выглядели объемными, на них должны присутствовать свет, блик, полутон, а на самой затененной части поверхности – собственная тень (рис. 5.1). Последняя всегда в той или иной степени подсвечена светом, отраженным от других предметов, так называемым рефлексом. Наконец, предметы отбрасывают от себя на соседние предметы падающую тень, которая обычно бывает темнее собственной тени. Только при правильном соотношении этих световых фаз можно с предельной правдоподобностью передать объем предмета.
Рис. 5.1. Градации светотени
В природе каждый объемный предмет определенного цвета ограничивается кривыми или плоскими поверхностями, которые при освещении попадают в разные световые и цветовые условия. Лучи света, падая на различные поверхности предметов, освещают их неравномерно, отчего поверхности выглядят различными по тону и цвету. Одни части поверхности получают больше света, другие – меньше. Степень освещенности предмета изменяется, прежде всего, в зависимости от расстояния до источника света: чем ближе находится источник света, тем сильнее освещение.
Степень освещенности поверхности зависит от угла падения лучей света на поверхность, а также от фактуры и цвета самой поверхности. Гладкая, полированная поверхность лучше отражает свет, чем шероховатая или матовая. Поверхность темного цвета поглощает больше света, чем светлая. На очень темных и на очень светлых поверхностях светотеневые градации видны плохо, так как глаз не способен различать переходы слишком слабых (рис. 5.2) или сильных (рис. 5.3) световых оттенков.
Рис. 5.2. Затемненная поверхность предмета
Рис. 5.3. Засвеченная поверхность предмета
Задача разработчика трехмерной графики состоит в том, чтобы найти правильное соотношение световых фаз за счет настроек и расположения источников света в пространстве виртуальной сцены, а также использования ее общей освещенности и создания эффекта глобального освещения.
На предметах со сложным рельефом или орнаментом наиболее ясно детали видны в полутени, в тени их четкость понижена. Собственная тень всегда в той или иной степени подсвечена светом, отраженным от других предметов. Падающая тень не имеет резких разграничений с собственной тенью. Тональности их сближены, контуры основания предмета сливаются с горизонтальной плоскостью. Чем ближе к предмету падающая тень, тем она темнее. Такая закономерность сохраняется на переднем плане. Внутри и на дальнем плане она высветляется рефлексами от окружения (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Падающая тень
Рефлексы не только высветляют тени, но и придают им свой цветовой оттенок. Свет, полутень, тень имеют на поверхности предмета определенное местоположение, а блик – нет, так как зависит не только от направления источника света, но и от местоположения камеры (точки в пространстве, с которой мы видим предмет). На предметах с блестящими (глянцевыми) поверхностями блики и рефлексы ярче и определеннее по своим границам, чем на матовых и шероховатых. Форма и цвет их находятся в прямой зависимости от формы и цвета прямого или отраженного источника света.
Чтобы лучше понять принцип действия источников света, создайте сцену. Используйте для этого простые примитивы Plane (Плоскость) и Teapot (Чайник). Расположите камеру и источники света так, как показано на рис. 5.5 и 5.6.
Рис. 5.5. Вид сцены в окне проекции Top (Cверху)
Рис. 5.6. Вид сцены в окне проекции Front (Спереди)
Рассмотрим более подробно процесс создания сцены, с которой вы будете работать в дальнейшем.
Последовательность создания любой сцены приблизительно такова: сначала создаются объекты, затем располагается и настраивается камера и только после этого ставится свет.
Прежде всего, создадим плоскость, на которой будет располагаться чайник. Для этого выполните из команду Create → Standard Primitives → Plane (Создать → Простые примитивы → Плоскость) главного меню и в окне проекции Top (Сверху) постройте плоскость произвольного размера.