Полигональное моделирование предусматривает три основных способа построения объектов визуализации.

1. Моделирование при помощи вершин – проводятся манипуляции с вершинами, их перемещение, удаление и т.д.

2. Моделирование при помощи ребер – для придания нужной формы объекту меняется положение ребер, их размеры.

3. Моделирование при помощи полигонов – грани используются для более сложных операций, например, придания формам выпуклости или наоборот заостренности, сглаживание или вдавливание поверхности, здесь ведется работа с плоскостями.

Полигональные модели состоят из трех основных элементов: вершин, ребер и многоугольников. По существу, они соответствуют трем измерениям. Вершина - это точка, ребро - отрезок, соединяющий две вершины, а многоугольник - фрагмент поверхности, определяемый тремя ребрами или вершинами. Следует заметить, что многоугольники могут иметь больше трех сторон, и во многих пакетах пользователям разрешено задавать их количество по своему желанию, однако в процессе визуализации они все равно преобразуются в треугольники.

16. Моделирование на основе неоднородных рациональных В-сплайнов (NURBS).

История разработки NURBS.

Моделирование на основе неоднородных рациональных В-сплайнов (Non-Uniform Rational B-spline - NURBS) - это мощный метод, применяемый обычно для имитации природных или других объектов, состоящих из плавно искривленных поверхностей. NURBS - поверхности применяются для имитации любых объектов - от автомобилей и велосипедов до динозавров. Если в состав объекта входит много сложным образом искривленных поверхностей, такой объект является достойным кандидатом на моделирование с использованием кривых и поверхностей типа NURBS.
NURBS - объекты могут существовать в двух формах - в виде кривых и в виде поверхностей. Кривые типа NURBS напоминают стандартные сплайны, но позволяют выполнять моделирование наиболее точно и обеспечивают простоту управления. Кривые типа NURBS можно применять для создания каркаса, на котором затем строятся поверхности объектов. Моделирование на основе неоднородных рациональных В-сплайнов обладает следующими преимуществами:

• с помощью неоднородных рациональных В-сплайнов проще имитировать поверхности природных объектов или объектов, поверхности которых имеют сложным образом искривленные профили;
• NURBS-модели обеспечивают лучшее качество визуализации закругленных краев объектов благодаря разбиению на грани, выполняемому с использованием аналитических выражений.

Разработка NURBS началась в 1950-х годах инженерами, которым требовалось математически точное представление поверхностей произвольной формы (таких как корпуса кораблей, самолётов, космических аппаратов и автомобилей) с возможностью точного копирования и воспроизведения всякий раз, когда это нужно. До появления представлений такого рода проектировщик создавал единичную физическую (материальную) модель, которая и служила эталоном.

Пионером в этих исследованиях были французы Пьер Безье, инженер из компании Рено, и Поль де Кастельжо, сотрудник компании Ситроен; работали они независимо друг от друга в одно и то же время. Однако, поскольку Безье опубликовал результаты своей работы, большинство знакомых с компьютерной графикой знают о сплайнах — кривых, представимых контрольными точками, — по сплайнам Безье; в то время как имя де Кастельжо упоминается только рядом с алгоритмами, которые он изобрёл для вычисления параметрических поверхностей. В 1960-х было установлено, что неравномерные рациональные B-сплайны являются обобщением сплайнов Безье, которые могут быть определены как равномерные рациональные B-сплайны.

Первой работой с упоминанием NURBS стала диссертация Кена Версприла (Ken Versprille), аспиранта Сиракузского университета в Нью-Йорке [Versprille 1975]. В 2005 году CAD Society, некоммерческая ассоциация отрасли САПР, присудила Кену Версприллу награду за неоценимый вклад в технологию САПР в виде NURBS.

Поначалу NURBS использовались только в коммерческих CAD-системах для автомобильных компаний. Позднее они стали неотъемлемой частью стандартных пакетов программ для компьютерной графики. Например в Maya, 3ds Max.

Интерактивная отрисовка кривых и поверхностей NURBS в реальном времени стала впервые доступна на рабочих станциях Silicon Graphics в 1989 году. В 1993 компания CAS Berlin, небольшая начинающая компания, сотрудничавшая с Берлинским техническим университетом, разработала первый интерактивный редактор NURBS для персональных компьютеров, названный NöRBS. Сегодня большинство профессиональных приложений для компьютерной графики могут работать с NURBS, чаще всего это реализуется включением в эти приложения NURBS-движка, разработанного специализированной компанией.

17. Какими параметрами характеризуются материалы. Что такое процедурная карта. Приведите примеры.

У каждого материала в Блендере есть четыре главных компонента: основной цвет, шейдеры, отражение/прозрачность и текстуры.

Основной цвет Эти настройки регулируют основной цвет материала. Col назначает общий цвет, тогда как Spe и Mir назначают основные цвета для Зеркальных Бликов (Specular highlights) и Отражений (Reflections).

Шейдеры Встроенный рендер Блендера имеет в наличии несколько вариантов того, как точно затенить 3D-геометрию, созданную вами. Главный набор настроек для Diffuse shading, который является способом, с помощью которого рендер вычисляет общую затененность объекта. Вот короткий анализ большинства из того, что доступно, и для чего каждый шейдер лучше всего подходит.

Lambert: настройка шейдеров по умолчанию в Блендере. Эта шейдинговая модель хороша для пластиковых и других глянцевитых (glossy), достаточно гладих поверхностей.

Minnaert: этот шейдер позволяет вам получить эффект, при котором игра света меняется на полигонах "смотрящих" на камеру, то есть на перпендикулярных камере. Изменение ползунка Dark и наблюдение за панелью Preview поможет вам быстро понять, как он воздействует. Этот шейдер пригоден для одежды, особенно для таких тканей, как вельвет, также может быть использован (с Dark) для того, чтобы отображать эффект подсветки объектов сзaди.

Oren-Nayer: замечательная основная шейдинговая модель для матовых (matte) поверхностей. Если вы не работаете с одним из особых случаев, упомянутых в других описаниях шейдеров (ткань, пластмасса, и т.д.), то попробуйте эту.

Тoon: этот шейдер разбивает шейдер на 3 плоских региона - тень, полутон и подсветку, и позволяет вам управлять резкостью границ между ними. Используемый правильно в комбинации с шейдером Toon specular и опцией рендеринга граней, он может создать эффект, похожий на стандартный трехкомпонентный шейдинг, используемый в большинстве современной рисованной анимации.

Отражение и Прозрачность Самый простой способ создания отражающих поверхностей в Блендере, заключается в активировании опции Ray Mirror во вкладке Mirror Transp tab. Регулирование ползунка RayMir между значениями 0 (нет отражения) и 1 (весь входящий свет отражается, как в зеркале). Этот способ создания отражения использует трассировщик Блендера, который является методом следования за световыми лучами от камеры назад к их источнику. Это создает великолепные эффекты, но может отрицательно сказываться на времени рендеринга. В случае работы с Ray Mirror, вы должны удостовериться, что опция Ray включена на Панели кнопок (Scene buttons, F10). Если вы хотите, чтобы ваши отражающие объекты имели цветное отражение (как крашеное отражение в красных и зеленых Рождественских шариках), вам нужно установить цвет Mir (Mirror, Зеркало) на Вкладке материалов (Material tab).

В компьютерной графике термином для того, сколько света проходит через поверхность, является Альфа (Alpha). Многие люди совершают ошибку из начального определения Альфы как "прозрачности". Причина этой проблемы, состоит в том, что значение Альфа изменяется от 0, которое соответствует полностью прозрачному, до 1, полностью непрозрачному. Так что, когда вы думаете "об увеличении прозрачности", вы думаете, что должны повысить значение Альфа, когда это - полная противоположность того, что вы, на самом деле, должны сделать. Лучше думать об Альфе как о прозрачности изначально, таким образом значение всегда будет интуитивным. Более высокое значение Альфа - повышает прозрачность, в то время как более низкое значение Альфа - понижает прозрачность. Ползунок значения Альфа находится в главной Вкладке материалов (Material tab), рядом с ползунками цвета RGB.

Текстура

Текстуры организованы по слоям на вкладке Texture панели Material Buttons. Каждая текстура в Blender состоит из трех компонентов: ее реальное содержимое (например, компьютерно-генерируемый шум, цифровая фотография кирпичной стены и т.д.), каким образом это содержимое окружает геометрию объекта, и параметры для некоторых свойств материала (цвет, отражение и т.д.) которые он затрагивает. Управление текстурой является почти таким же как и управление материалами . Чтобы создать новую текстуру, вы выбираете один из пустых каналов из стека текстур, затем нажимаете кнопку Add New (Добавить новое), которая появляется справа от него.

Карты текстур

Текстура является компонентом материала и применяется к объекту только через материал.

Карты - они как и материалы, их можно выбрать при помощи специального навигатора.

Итак, текстура - это свойство материала.

У материалов для разных их свойств (прозрачность, цвет и др.) существуют специальные слоты, в которые можно применять карту. Одна и та же карта может быть применена в разные слоты, при том сразу в несколько слотов. То есть, одна и та же карта (текстура) может определять разные свойства материала или даже сразу несколько свойств.

Применение карт

Карты применяются к объекту при помощи так называемых координат наложения. Карта существует в неком пространстве UV (оно такое же трёхмерное и декартово как XYZ). Чтобы понять, как это, карту надо представить себе примерно так же, как географическую карту. Разные участки картинки имеют разные координаты.

Карты цвета Карты bump

Карты specular Карты mask

Процедурные карты придают материалу дополнительную реалистичность.

В отличие от растровых изображений, в которых используется похожая на мозаику фиксированная матрица цветных пикселов, процедурные карты формируются с помощью математического алгоритма. Соответственно, типы управляющих элементов для процедурных карт могут меняться в зависимости от используемой процедуры. Процедурная карта может быть сформирована в двух или в трех измерениях. Для увеличения глубины и повышения сложности материала можно также вложить в процедурную карту дополнительные текстуры или процедурные карты.

18. Какие способы существуют для назначения объекту материала? Приведите примеры материалов. Какой атрибут материала нужно использовать для указания основного цвета материала?

Материалы могут быть связаны с объектами и данными объекта через меню вкладка материалов ‣ панель материалов. На ней вы можете указать, как материалы должны связываться с объектами, полисетками и прочими вещами, а также активировать материал для редактирования в остальных панелях.

Панель материала

Material Slots

Активный материал

Слоты материалаов объекта, отображаемые в виде списка.

Специальные функции

Копирование и вставка выбранных слотов материалов.

Multiple Materials

Полисетки могут иметь более одного назначенного материала. Материалы могут назначаться на отдельные грани, как описано в разделе Несколько материалов. В режиме правки появляются следующие инструменты:

Назначить

Назначает материал из выбранного слота материала выделенным вершинам.

Выделить

Выделяет вершины, назначенные выбраному слоту материала.

Снять выделение

Снимает выделение с вершин, назначенных выбраному слоту материала.