Архитектурно-строительная отрасль.

Программы этой группы используются преимущественно различными архитектурными и проектными мастерскими, а также другими компаниями строительной сферы для проектирования различных зданий и сооружений, моделирования и анализа их конструкций и подсистем и так далее. Среди этих решений системы параметрического проектирования на основе технологии информационного моделирования зданий (англ. Building informational modeling — BIM) Autodesk Revit Architecture и Autodesk Revit Structure, приложения для проектирования подсистем зданий AutoCAD Architecture, AutoCAD Civil 3D и AutoCAD MEP, а также аналитические комплексы для решения задач экологически рационального проектирования.

Инструменты для создания мультимедийных материалов во всех сферах индустрии развлечений — от визуальных эффектов в кино и на телевидении, и цветокоррекции до анимации, рендеринга, и разработки компьютерных игр. Среди основных разработок редакторы трехмерной графики Autodesk Maya, Autodesk 3ds Max и Autodesk Softimage, решение для работы с анимацией Motionbuilder, система «цифровой лепки» изображений Mudbox, процессоры специальных видеоэффектов Burn, Inferno, Flame, Flint, Lustre и Smoke.

По мимо коммерческих продуктов так же существуют бесплатные 3D-платформы, распространяемые на правах открытого пользования, такие как: Art of Illusion, Blender, GtkRadiant, K-3D, Panda3D, Sweet Home 3D, Wings 3D и т. д.

В качестве трехмерного редактора для создания модели Нарьян-Марского храма мы используем Blender 2.77. Помимо уже упомянутого бесплатного и полного доступа, Blender обладает рядом положительных качеств, исходя из которых, мы и выбрали его.

Например:

· размер программы (на сегодняшний день) составляет 72, 2 MB;

· простой и лаконичный интерфейс

· понятный и удобный инструментарий

· легкость в обучении и эксплуатации программного продукта.

1.2 Особенности трёхмерного редактора Blender

Blender — свободный, профессиональный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью " узлов" (Node Compositing), а также для создания интерактивных игр. В настоящее время пользуется наибольшей популярностью среди бесплатных 3D редакторов в связи с его быстрым и стабильным развитием, которому способствует профессиональная команда разработчиков. Характерной особенностью пакета Blender является его небольшой размер по сравнению с другими популярными пакетами для 3D-моделирования. В базовую поставку не входят развёрнутая документация и большое количество демонстрационных сцен.

Функции пакета:

Поддержка разнообразных геометрических примитивов, включая полигональные модели, систему быстрого моделирования в режиме subdivision surface (SubSurf), кривые Безье, поверхности NURBS, metaballs (метасферы), скульптурное моделирование и векторные шрифты.

Универсальные встроенные механизмы рендеринга и интеграция с внешним рендерером YafRay, LuxRender и многими другими.

Инструменты анимации, среди которых инверсная кинематика, скелетная анимация и сеточная деформация, анимация по ключевым кадрам, нелинейная анимация, редактирование весовых коэффициентов вершин, ограничители, динамика мягких тел (включая определение коллизий объектов при взаимодействии), динамика твёрдых тел на основе физического движка Bullet и система волос на основе частиц.

Python используется как средство создания инструментов и прототипов, системы логики в играх, как средство импорта/экспорта файлов (например COLLADA), автоматизации задач.

Базовые функции нелинейного редактирования и комбинирования видео.

Game Blender — подпроект Blender, предоставляющий интерактивные функции, такие как определение коллизий, движок динамики и программируемая логика. Также он позволяет создавать отдельные real-time приложения начиная от архитектурной визуализации до видео игр.

Cycles — это новый визуализатор, введенный в Blender 2.61.Он все еще находится в разработке и, будучи нацеленным на простоту использования и интерактивность, поддерживает многие производственные возможности.

Интерфейс пользователя:

Blender имел репутацию программы, сложной для изучения. Практически каждая функция имеет соответствующее ей сочетание клавиш, и учитывая количество возможностей, предоставляемых Blender, каждая клавиша включена в более чем одно сочетание (shortcut). C тех пор как Blender стал проектом с открытым исходным кодом, были добавлены полные контекстные меню ко всем функциям, а использование инструментов сделано более логичным и гибким. Прибавим сюда дальнейшее улучшение пользовательского интерфейса с введением цветовых схем, прозрачных плавающих элементов, новой системой просмотра дерева объектов и разными мелкими изменениями.

Отличительные особенности интерфейса пользователя:

Режимы редактирования. Два основных режима Объектный режим (Object mode) и Режим редактирования (Edit mode), которые переключаются клавишей Tab. Объектный режим в основном используется для манипуляций с индивидуальными объектами, в то время как режим редактирования — для манипуляций с фактическими данными объекта. К примеру, для полигональной модели в объектном режиме мы можем перемещать, изменять размер и вращать модель целиком, а режим редактирования используется для манипуляции отдельных вершин конкретной модели. Также имеются несколько других режимов, таких как Vertex Paint и UV Face select.

Широкое использование горячих клавиш. Большинство команд выполняется с клавиатуры. До появления 2.x и особенно 2.3x версии, это был единственный путь выполнять команды, и это было самой большой причиной создания репутации Blender как сложной для изучения программы. Новая версия имеет более полное графическое меню.

Управление рабочим пространством. Графический интерфейс Blender’а состоит из одного или нескольких экранов, каждый из которых может быть разделён на секции и подсекции, которые могут быть любой частью интерфейса Blender’a. Графические элементы каждой секции могут контролироваться теми же инструментами, что и для манипуляции в 3D пространстве, для примера можно уменьшать и увеличивать кнопки инструментов тем же путём, что и в 3D просмотре. Пользователь полностью контролирует расположение и организацию графического интерфейса, это делает возможным настройку интерфейса под конкретные задачи, такие как редактирование видео, UV mapping и текстурирование, и сокрытие элементов интерфейса которые не нужны для данной задачи. Этот стиль графического интерфейса очень похож на стиль, используемый в редакторе UnrealEd карт для игры Unreal Tournament.

Рабочее пространство Blender’а считается одним из самых новаторских концепций графического интерфейса для графических инструментов и вдохновлённым дизайном графического интерфейса патентованных программ, таких как Luxology’s Modo.

1.3 Технология трёхмерного моделирования

Трёхмерная графика - раздел компьютерной графики, совокупности приемов и инструментов предназначенных для изображения объёмных объектов.

3D-моделирование — это процесс создания трехмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования — разработать визуальный объемный образ желаемого объекта. С помощью трехмерной графики можно и создать точную копию конкретного предмета, и разработать новое, даже нереальное представление до сего момента не существовавшего объекта.

Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности.

Самое широкое применение — во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.

Для получения трёхмерного изображения требуются следующие шаги:

1. Моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней.

Моделирование сцены (виртуального пространства моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

· Геометрия (построенная с помощью различных техник (напр., создание полигональной сетки) модель, например, здание).

· Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например, цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон).

· Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения).

· Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции).

· Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации).

· Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)

2. Текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.).

Текстурирование подразумевает проецирование растровых или процедурных текстур на поверхности трехмерного объекта в соответствии с картой UV-координат, где каждой вершине объекта ставится в соответствие определенная координата на двухмерном пространстве текстуры.

Как правило, многофункциональные редакторы UV-координат входят в состав универсальных пакетов трехмерной графики. Существуют также автономные и подключаемые редакторы от независимых разработчиков, например, Unfold3D magic, Deep UV, Unwrella и др.

3. Освещение — установка и настройка источников света.

Заключается в создании, направлении и настройке виртуальных источников света. При этом в виртуальном мире источники света могут иметь негативную интенсивность, отбирая свет из зоны своего «отрицательного освещения». Как правило, пакеты 3D-графики предоставляют следующие типы источников освещения:

· Omni light (Point light) — всенаправленный;

· Spot light — конический (прожектор), источник расходящихся лучей;

· Directional light — источник параллельных лучей;

· Area light (Plane light) — световой портал, излучающий свет из плоскости;

· Photometric — источники света, моделируемые по параметрам яркости свечения в физически измеримых единицах, с заданной температурой накала.

4. Анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам.

Одно из главных призваний трехмерной графики — придание движения (анимация) трехмерной модели, либо имитация движения среди трехмерных объектов. Универсальные пакеты трехмерной графики обладают весьма богатыми возможностями по созданию анимации. Существуют также узкоспециализированные программы, созданные сугубо для анимации и обладающие очень ограниченным набором инструментов моделирования:

· Autodesk MotionBuilder

· PMG Messiah Studio

5. Динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом.

6. Рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью.

На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:

· Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX 10).

· Сканлайн (scanline) — он же Ray casting («бросание луча», упрощенный алгоритм обратной трассировки лучей) — расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности (иногда с учётом освещения и т. д.).

· Трассировка лучей — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей (то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки.

· Глобальное освещение — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.

7. Композитинг (компоновка) — доработка изображения.

8. Вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или принтер.

Глава 2. Создание трёхмерной цифровой модели Нарьян-Марского храма