Программы для создания 3D-моделей и визуализации

В наш век бурного развития информационных и мультимедийных технологий у каждого более-менее грамотного человека (получившего хотя бы начальное образование) уже имеется вполне сформировавшееся представление о таких понятиях, как трехмерное изображение, 3D-графика, трехмерное моделирование. Всему этому, в первую очередь, способствует невероятный прорыв современной киноиндустрии в создании реалистичных 3D-спецэффектов, которые мы все можем наблюдать в полюбившихся фильмах на экранах телевизора, в кинотеатрах и на просторах интернета. Однако, сфера кино далеко не единственная область применения реалистичной трехмерной графики. Такие направления жизнедеятельности, как архитектура и дизайн, напрямую ассоциируются с миром 3D. Виртуальные 3D миры поражают своей реалистичностью и правдоподобием. В настоящее время существует множество пакетов программ трехмерного моделирования, такие как Maya, 3D Studio Max, ZBrush, Blender и многие, многие другие. Сразу отметим, что идеальной программы по 3D-моделированию, анимации, рендерингу (визуализации) нет и не может быть; каждое приложение имеет свои сильные и слабые стороны, не говоря уже о субъективном восприятии того или иного приложения. Тем не менее, программа 3ds Max имеет ряд объективных преимуществ перед подобными продуктами, скажем, Autodesk Maya. Если последняя программа сильна в основном в анимации, то приложение 3D Studio Max с легкостью справляется и с тем, и с другим, и с третьим, то есть оно практически может все.

Рассмотрим возможности таких программ на примере 3D Studio Max. При этом отметим, что создание полноценной трехмерной сцены (независимо от выбора программного продукта) выполняется по общему алгоритму, включающему в себя такие этапы, как: создание геометрической модели; настройка параметров освещения; работа с материалами; визуализация сцены.

Еще одной причиной популярности данного приложения является его огромный инструментарий, а нехватка какого-то специфического, но необходимого Вам инструмента легко компенсируется широчайшей базой плагинов - этих замечательных дополнений, которые могут расширять стандартные возможности Autodesk 3ds Max безгранично много.

Безусловно, при выборе программы для 3D-графики нужно исходить из собственных задач. Для рендеринга приложение имеет вполне мощный движок Mental Ray, который встроен и в ту же Autodesk Maya, то есть по сути их возможности в плане визуализации одинаковы.

Майя удобнее и сильнее в анимации. Однако последняя версия Autodesk 3D Studio Max обзавелась инструментами скиннинга (операция обертывания скелета 3D-модели полигональной сеткой)- более тонким инструментом для работы с текстами, отчего ее производительность и возможности в создании анимации повысились.

Существенным плюсом 3D Max является огромный набор инструментов и плагинов, которые позволяют с помощью этого приложения легко моделировать и визуализировать любые интерьеры и самые сложные архитектурные построения. Именно поэтому 3ds Max Design является любимой программой дизайнеров и архитекторов (она даже совместима с AutoCAD), а обозреватели приложений по 3D графике отмечают, что она рассчитана в первую очередь на «технарей».

Первая версия пакета была выпущена в 1990 году и носила название 3D Studio DOS, которое сохранила за собой вплоть до 1994 года (имелись 4 версии продукта 1990, 1992, 1993 и 1994 года выпуска). В 1996 году пакет был переписан под операционную систему MS Windows и переименован в 3D Studio Max. В новой версии были значительно доработаны редактор материалов и инструменты анимации. Разработчики обеспечили гибкую структуру программы за счет использования объектно-ориентированного подхода – с этого момента любая функция могла быть выполнена дополнительно подключаемым модулем, созданным независимыми разработчиками (заранее уточним, что особо широкое распространение получили подсистемы визуализации, превосходящие стандартные решения 3D Studio Max в десятки раз). Другими словами, встроенный в 3D Studio Max язык программирования С++ дал возможность любому желающему написать дополнительный модуль. Следующий релиз выходит в 1997 году - 3D Studio Max R2 - и включает более 1000 новых возможностей и усовершенствований (наиболее значимые: реализован метод трассировки лучей – возможность имитации зеркальных и прозрачных поверхностей, добавлены инструменты NURBS моделирования, поддержка OpenGL, maxsсript встроенный язык программирования). 3D Studio Max R3 (1999 год) – доработка пользовательского интерфейса, новые возможности работы с распределением частиц, увеличение количества и качества визуальных эффектов, за счет совершенствования метода трассировки лучей. Discreet 3D Studio Max 4 - Discreet 3D Studio Max 7 (2000 - 2004 год) – смена разработчиков приводит к изменению в названии продукта. Появление новых инструментов моделирования и анимации, модификаторов, усовершенствование редактора материалов, да и в общем всесторонне развитие продукта. Autodesk 3D Studio Max 8, Autodesk 3d Studio Max 9 (2005, 2006 год), Autodesk 3D Studio Max 2008 (2007 год) – большое внимание уделяется разработке специализированных функций, позволяющих реализовать объекты, описываемые достаточно сложными математическими моделями. Продолжают совершенствоваться инструменты работы с анимацией. Autodesk 3D Studio Max 2009/Autodesk 3D Studio Max Design 2009 (2008 год), Autodesk 3D Studio Max 2010/Autodesk 3d studio max Design 2010 (2009 год) - разделение на версию для архитекторов и дизайнеров и версию для специалистов в области графики – разработка игр и другие проекты сферы развлечений. Заметим, что инструментарий этих версий практически идентичен: отличия можно обнаружить в некоторых настройках интерфейса, а также в состав пакета для специалистов графики включен набор инструментов для разработчиков - SDK. Кардинальная смена цветовой гаммы интерфейса – первое, что бросается в глаза при работе с Autodesk 3D Studio Max 2010/Autodesk 3d studio max Design 2010. Усовершенствованы команды для управления отображением объектов. Новые элементы интерфейса – панель доступа к инструментам моделирования. Удобная система всплывающих окон-подсказок. Добавление и совершенствование модификаторов. Совершенствование интеграции файлов с другими приложениями. Набор инструментов для работы со звуком. Поработав в одной из последних версий 3D Studio Max, можно почувствовать на себе все прелести трехмерного моделирования и убедиться в том, что 3D Studio Max является полноценным профессиональным пакетом 3D моделирования с грамотно продуманным интерфейсом и бесчисленным множеством возможностей для реализации любых творческих идей.

Для начала коснемся наиболее распространенных и доступных возможностей, предлагаемых разработчиками 3D Max, для создания собственной трехмерной модели. Как уже говорилось, в 3D Max имеется обширная библиотека трехмерных объектов - сюда входят как стандартные, так и расширенные примитивы. Построение простых геометрических форм занимает считанные секунды - необходимо лишь выбрать нужную модель и ввести необходимые параметры (такие как длина, высота, радиус и т.д.) Имеются инструменты для работы со сплайнами (моделирование на основе сплайнов), создание и редактирование которых не составит особого труда благодаря дружественному интерфейсу программы. Возможность редактирования сетчатых поверхностей на разных уровнях (будь то вершины, сегменты и т.д.) облегчает работу со сложными поверхностями и позволяет добиться максимальной наглядности в их представлении. Большое количество модификаторов с легко настраиваемыми параметрами для работы с геометрией модели помогут воплотить в реальность самые смелые идеи. В 3D Max для создания и настройки свойств материалов служит простой в применении универсальный модуль - редактор материалов. Создание стеклянных или зеркальных поверхностей займет считанные секунды. Сходство с объектами реального мира достигается в процессе визуализации (рендеринга). Есть возможность использовать как встроенный в 3D Studio Max визуализатор, так и сторонние визуализаторы, созданные независимыми разработчиками (например, V-Ray). Интерфейс программы очень удачный дружественный – на рабочую панель вынесены минимальное количество необходимых при работе интуитивно понятных кнопок. Постоянно совершенствуются функциональные возможности программы, позволяющие все с меньшими затратами времени и сил, но с большим качеством воплощать в жизнь самые смелые идеи. Расширяются стандартные библиотеки. Появление новых специализированных функций моделирования делает работу в 3D Max более эффективной (функции полигонального моделирования, операции для создания сложных объектов, точные средства двумерного моделирования, большое количество модификаторов для работы с геометрией модели, широкие возможности творческой работы с текстурами).

Большое внимание уделяется развитию инструментария для создания анимации. Анимация по ключевым кадрам, процедурная анимация, ограниченная анимация – это неполный список всех возможных вариантов заставить объекты двигаться. Имеются возможности управления скелетной деформацией, создания быстрой анимации двуногих существ, управления физическими силами, действующими на персонажей. Имеется возможность создания поведенческой модели толпы для анимации сразу сотен объектов. 3D Studio Max содержит модули для работы с различными системами частиц, будь то снег или брызги. В основу управления их характеристиками и динамикой положены реальные физические законы. Сама же среда 3D Studio Max позволяет не только моделировать персонажей, но и создавать весьма реалистичные предметы одежды. Причем кроме создания и дизайна одежды, специальные встроенные модули позволяют анимировать любые объекты одежды, создавая при этом требуемые визуальные эффекты (создание складок и деформаций на сгибах, эффект мокрой или липкой одежды, различные механические повреждения). Также программа имеет модификаторы для имитации волосяного и мехового покрова. Возможности создания эффектов стрижки и причесывания, движения в соответствии с заданными параметрами жесткости, влажности и т.д., а каждую сцену при анимации могут сопровождать звуковые эффекты. Программа поддерживает и различные звуковые форматы. И естественно, нельзя не упомянуть о средствах достижения высокого качества получаемого изображения. Сюда можно отнести уже упоминаемый выше метод трассировки лучей, позволяющий создавать реалистичное отражение и преломление света. Возможности создания атмосферных эффектов (туман, огонь), эффекты естественного освещения и возможности передачи фотореалистичного освещения.