3D моделювання анімація віртуальні світи

3D МОДЕЛЮВАННЯ. АНІМАЦІЯ. ВІРТУАЛЬНІ СВІТИ.

ВИКОНАВ:

студент 1 курсу

економічного факультету

В'язове Дмитро Сергійович

ПЕРЕВІРИВ:

доц.

Іщенко Валентина Олександрівна

ВОРОНІЖ 1998

Зміст

1 Вступ 3

2 Застосування програм тривимірного моделювання 4

3 Сучасні програмні та апаратні засоби 8

4 Висновок 14

5 Список літератури 15

6 Додаток 16

1

Застосування комп'ютерної техніки в сучасному житті стало незамінним. Величезна кількість галузей використовують обчислювальні машини для прискорення рішення задач. До недавнього часу вся комп'ютерна техніка була лише допоміжним пристроєм для людини. Комп'ютер проводив різні обчислення, а основна робота лежала все одно на людині. Перед людством же стояли задачі масштабних будівництв, проектів на майбутнє, випробувань, яких комп'ютер вирішити не міг. З появою потужних графічних станцій, а так само комп'ютерів, здатних вирішувати не тільки математичні задачі, але й візуалізувати складні технологічні процеси на екрані, починається нова ера в комп'ютерній промисловості. Найбільша радість для програміста - це бачити і знати, що користувачі знаходять для його дітища найрізноманітніші застосування. Особливо це стосується таких продуктів, як 3D Studio MAX, який, на відміну від текстового процесора або електронної таблиці, дозволяє за допомогою образотворчих засобів утілити самі фантастичні ідеї і мрії в життя. ¹ Комп'ютерне тривимірне моделювання, анімація і графіка в цілому не знищують у людині щирого творця, а дозволяють йому звільнити творчу думку від фізичних зусиль, максимально налаштувавшись на плід свого творіння. Звичайно, поки неможливо займатися графікою без визначених навичок, але технологія не стоїть на місці і, можливо, в недалекому майбутньому творіння людини буде залежати тільки від його думки.

2

Існує величезна кількість областей, де застосовується тривимірне моделювання та анімація. Наприклад, при випробуванні програми 3D Studio MAX користувачі виконали колосальну роботу, застосовуючи цю програму в різних галузях: від створення статичної реклами та динамічних заставок для телеканалів до моделювання катастроф та тривимірної анімації. До недавнього часу роботу зі створення спецефектів в кінематографії виконували у спеціальних павільйонах з використанням фізичних моделей, методів прозорою фотографії і дорогих оптичних принтерів. Тепер ця проблема вирішена за допомогою сучасних програм. Вже не потрібно витрачати тисячі людино-годин на побудову моделей, наприклад динозаврів, які потрібно потім встановити на сцені, висвітлити, відзняти і скомбінувати з іншими учасниками епізоду. Досить посадити одну людину за звичайний персональний комп'ютер, щоб створити спецефекти, створюють повне відчуття реальності. Нашестя

візуальних ефектів вже ніхто не дивується. Ефекти в блокбастерах (бойовиках) і романтичних казках, іграх та мультимедійних презентаціях, помітні і непомітні, в кіно і на телебаченні, тривимірні і мультиплікаційні. Всіх їх об'єднує лише одне: вони створені за допомогою комп'ютерів. Сьогодні ми вже можемо говорити про результати праці не тільки заокеанських, але російських розробників. З 19 по 23 травня в Центрі міжнародної торгівлі проходив щорічний Російський фестиваль комп'ютерної графіки та анімації. На виставці була представлена ​​новинка - телевізійна віртуальна студія. Перед режисерами і продюсерами відкриваються необмежені можливості: можна обійтися без величезних павільйонів і дорогих декорацій і зробити оригінальну передачу. Можна знімати актора чи ведучого телепрограми на синьому або зеленому фоні, а потім помістити його в комп'ютерне простір і дозволити взаємодіяти з ним. З вересня 1997 року компанія «Б.С. Графіка »оформляє московський канал« ТВ Центр »і випускає там дві телепередачі:« Інтернет КАФЕ »та« Віртуальний світ ». Це найбільш технічно оснащена студія в Росії. Робота в реальному часі, коли «живої» ведучий вільно переміщається усередині тривимірної сцени, ходить навколо об'єктів і може взаємодіяти з ними, - це вже невід'ємна ознака сучасної віртуальної студії. Наприклад ведучий може заходити у «віртуальні» двері, Брати «віртуальні» предмети і т.д. Причому частина комп'ютерної сцени може готуватися заздалегідь, а частина - прораховуватися одночасно зі зйомкою живого персонажа (тут вже потрібні значні обчислювальні потужності). Застосування тривимірної анімації і віртуальних технологій в кінематографі, оформленні телевізійних передач і в різних частинах шоу-бізнесу стало обов'язковим, однак існують і інші приклади застосування новітніх технологій: 6-8 травня 1998 року в м. Осло проходив Перший міжнародний симпозіум з візуалізації, організований компаніями Silicon Graphics і Telenor. На даній конференції широкої аудиторії були продемонстровані різні технічні засоби для представлення віртуальних об'єктів, Особливий інтерес представили проекти зі створення так званих віртуальних міст - містять не один, а десятки тисяч віртуальних об'єктів. З моменту виникнення такого поняття, як колективне планування міського будівництва, всі його учасники - фахівці з планування, проектувальники, інвестори, представники влади та просто зацікавлені городяни - прагнули знайти нову методологію обговорення будівельних проектів, які дозволяють оцінити їх вплив на міський ландшафт ще до реального втілення . Був потрібен ефективний спосіб, що дозволяє зримо уявити і проаналізувати «фізичні наслідки» проекту до початку його реалізації та інвестування коштів. Згодом з'явився проект «Віртуальне місто». Група міського моделювання UCLA скористалася даною технологією візуального тривимірного моделювання для розвитку інтегрованої середовища міського моделювання. За 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 у вікнах, конструюються шляхом поєднання фотографій, отриманих за допомогою аерофотозйомки, зі стереометричних «уявленнями» вулиць для реалістичного тривимірного моделювання. Інший приклад: до недавнього часу такі серйозні проекти як будівництво мостів, дамб, гребель не проходило без будь-яких несподіванок навіть в країнах з дуже розвиненими будівельними технологіями. У наш час будівельні компанії багатьох держав стали користуватися системами інженерного проектування з візуальним відображенням. Сучасні програми інженерної графіки не тільки здійснюють різні будівельні розрахунки (втім це могли робити і програми попереднього покоління), але й візуалізувати відбуваються будівельні процеси. Програми показують не тільки можливе навантаження на окремі частини конструкцій, а й розраховують різні непередбачені явища, пов'язані наприклад з явищами резонансу в процесі будівництва. Приклад з абсолютно побутової сфери: компанії з продажу квартир, а так само дизайну і пов'язаним з ним ремонтом стали використовувати комп'ютерні програми тривимірного моделювання для представлення клієнту найбільш точної інформації про майбутній проект. Тим самим дохід цих компаній став збільшуватися за рахунок економія часу, що витрачається на непотрібні креслення. Перевага комп'ютерного моделювання оцінили не тільки люди, пов'язані з нерухомістю, а й великі компанії, які бажають скоротити свої витрати за рахунок застосування сучасних програм комп'ютерного конструювання, а так само автоматизування процесу виробництва. Так компанія IBM пропонує систему автоматизації дизайнерської і конструкторської діяльності Catia (про цей продукт буде розказано в наступному розділі). Скажемо тільки, що система допоможе створити плоскі креслення, провести об'ємне твердотільне моделювання, спроектувати складні поверхні, багатокомпонентні збірки, трубо-, пневмопроводу, електромережа, розрахувати міцність. Ось конкретний приклад роботи системи: на розробку автомобіля Neon, випущеного в кінці 1994 року, американська компанія Chrysler Motors затратила всього 31 місяць, випередивши японські компанії, довгий час тримали планку на позначці в 36 місяців. Так само системою були повністю створені електронні прототипи автомобілів Jeep Cherokee, Volvo-960, SAAB-900, ВАЗ 2110 і літака Boeing 777. До речі в останньому випадку система дозволила заощадити 15 відсотків від усієї суми коштів - приблизно 8 млн. доларів. Можна ще довго наводити приклади застосування цих програм, але краще розглянути їх з точки зору користувача, їх продуктивність, актуальність у різних галузях.

3

Компанія Autodesk розробила 3D Studio. найбільшого поширення цей продукт одержав у версії 4.0 для DOS. Дана програма використовувалася для створення реалістичних ігор, а так само перших моделей і спецефектів у фільмах. Програма хороша своїм виконанням, невеликий вимогливістю до апаратних ресурсів, а так само порівняно низькою ціною (бл. 400 дол.) Звичайно з часом ця програма стала неактуальною через несумісність з сучасними системами і досить слабких можливостей для втілення думки. Прийшов час найпотужнішої системи тривимірного моделювання та анімації 3D Studio MAX для Windows NT. Даний продукт використовується для створення сучасних фільмів, комп'ютерних програм із застосуванням складної графіки і спецефектів. Звичайно апаратні засоби для цього продукту повинні бути винятковими, та й ціна не для пересічного користувача (бл. 800 дол. За стандартну версію, 2000 дол. За більш професійну версію і бл. 4000 дол. За мережеву версію). Підрозділ Kinetix створювало цей продукт для професійних користувачів, хоча любитель, що дозволив собі придбання цього продукту, може втілити невигадливі мрії в реальність, вивчивши деякі тонкощі роботи з програмою. Для таких користувачів буде досить IBM сумісного комп'ютера з процесором MMX або Pentium II з частотою від 166 і більше МГц. Знадобиться потужна графічна карта. До речі графічні карти для програм 3D моделювання мають зовсім інші характеристики ніж потужні карти для сучасних ігор. Наприклад професіонали використовують дорогі карти Elsa Gloria або ексклюзивні карти компанії Diamond. Природно 3D Studio MAX не призначена для інженерних робіт. Для цих завдань компанія Autodesk створила AutoCAD. Даний продукт займає лідируючу позицію в світовому списку програм такого класу. Не дивно, адже він здатний виконувати практично всі операції, пов'язані з інженерними системами. Робота цієї програми обслуговується тисячами вузлів всесвітньої мережі Internet. Система призначена для професіоналів CAD. Робота в системі розглядається як спільна робота декількох комп'ютерів, що виконують окремі функції. Під апаратні засобами маються на увазі найпотужніші персональні системи, а так само комп'ютери на базі RISC процесорів. Відома компанія з виробництва CAD програм Bentley Systems представила програму MicroStation (система інтерактивного графічного проектування IGDS), яка посідає друге місце після вище описаного AutoCAD. Основне призначення MicroStation - виконання високопрофесійних проектних робіт у машинобудуванні, транспорті, електроніці, геодезії і картографії, архітектурі та управлінні. Продукт реалізований для платформ Intel PC, Apple PowerMac, IBM Power PC і RS/6000, SPARCStation, DEC Alpha і можуть використовуватися в середовищах DOS, Windows, OS / 2 Warp і Unix.

Вищенаведена програма Catia розрахована на платформи S/390, UNIX, AS/400 і PC. Продукт розроблений французькою авіаційною компанією Dassault Aviation і пропонується компанією IBM для проектування і виготовлення деталей на верстатах з ЧПК. У шоу-бізнесі провідну роль у створенні рекламних роликів та відеокліпів займає компанія Glassworks. Ядро цієї команди складають фахівці з 3D-моделювання і анімації. Своїм успіхом вони вважають використання SoftImage. Програма класу 3D Studio, але більш пристосована для створення відеокліпів. Для використання цієї програми компанія оснащена робочими станціями Impact, а так само двома машинами Onyx з графічними картами RE2 + 1 GB RAM і 90 GB дискового простору. Вище розповідалося про проект «Віртуальне місто». Цей унікальний продукт створений за допомогою пакета тривимірного моделювання в реальному часі MultiGen II Pro. Інтерфейс і програмне забезпечення, що реалізує власне моделювання, функціонують на всій лінії устаткування Silicon Graphics, O2, робочих станцій Octane і Onyx. Зараз на світовому ринку починає міцно зміцнюватися програма проектування компанії CAD house підрозділи Consistent Software - Pro / Engineer (Про-інженер). Програма виграє в ціні (1000 дол. З робочого місця) в інших аналогічних програм, але її нерозкрученість залишає її на третьому місці після двох вищенаведених програм комп'ютерного конструювання. Всі наведені програми відносяться до ряду високопрофесійних, дорогих, що вимагають великих апаратних ресурсів програм. Далі наведено програми, які не поступаються за своїми можливостями професійними програмами, для пересічного користувача, що бажає зайнятися 3D моделюванням. Наприклад компанія Fractal Design розробила Fractal Design Detailer - програму обробки поверхонь тривимірних об'єктів. Програма допомагає створити цілком реалістичні об'єкти зі створених в інших програмах, де обробити їх складно з яких-небудь причин. Ціна продукту цілком прийнятна (300 дол.)

Апаратні вимоги: Pentium 6-го покоління, 20 мб. RAM. Іноді створення окремих об'єктів для охочих небагато поекспериментувати стає неможливим через невміння використовувати ту або іншу систему, а у вміє робити що-небудь не завжди є засоби для швидкої обробки хоча б десятка об'єктів нескладної форми. Для користувачів таких категорій компанія MetaTools створила нехитрий генератор ландшафтів

Bryce 2, а потім і Bryce 3D. За допомогою цих програм можна створювати цілком реалістичні пейзажі, керувати часом доби, погодними умовами і т.д. Основним плюсом даного продукту є нехитре управління, ясна якщо не з першого, то з другого спілкування з інтерфейсом. Можливість анімації, погляду з різних точок на проекцію. Все дуже зручно і красиво, а головне доступно. При ціні в 300 - 400 дол. програма вимагає Pentium процесор з графічною картою, що підтримує 3D рендеринг, і близько 32 мб. RAM. Останнім часом на арені з'явилися відразу два продукти, які вразили уяви не лише любителів, а й професіоналів. Animatek's World Builder 2.0 - пакет, що створює воістину реалістичні пейзажі, з набором функцій, властивому тільки професійними програмами. Відмінна інтеграція з 3D Studio MAX дозволяє повністю реалізувати пліт уяви. Тим не менш продукт вважається напівпрофесійним і доступний багатьом любителям. Основне апаратне вимога - потужна відеокарта. Другий продукт - World Construction Set 3.0. Пакет знову ж генерує ландшафти, але в такій мірі, що окрім нього вже не будуть потрібні інші пакети 3D моделювання, хоча і використовується підтримка 3D Studio MAX. Пакет розрахований на професійного користувача і залишає далеко позаду Bryce 3D, перебуваючи на рівних хіба що з Animatek's World Builder. Перевершує всі попередні пакети в ступеня інтеграції з 3D Studio MAX, а так само за наявністю власних високотехнологічних засобів візуалізації. Пакет працює на платформах PC / DEC ALPHA / MAC / SGI. Даний продукт повертає нас до професійних систем тривимірного моделювання, а точніше до апаратних засобів для цих систем. Апаратні засоби на RISC-платформі. Платформа Silicon Graphics Inc. (SGI) оновилася виробництвом моделі PowerONYX, що відноситься до старшого сімейства випускаються компанією графічних станцій. У цих комп'ютерах встановлюються процесори R8000 (інша назва - TFP), що випускаються Mips Technologies. За попередніми даними, їх продуктивність в чотири рази перевершує швидкодію найпотужнішого з раніше розроблених процесорів фірми Mips - R4400.В результаті показники продуктивності моделі PowerONYX з однієї мікросхемою R8000 (тактова частота 75 МГц) приблизно аналогічні таким для графічної станції ONYX Extreme Deskside з двома процесорами R4400, кожен з яких працює на частоті 150 МГц, а ціна її навіть трохи нижче: 102 тис. проти 107 тис. дол - в конфігурації з 64 Мбайт ОЗУ, жорстким диском об'ємом 2 Гбайт і графічною системою Extreme. При цьому нова станція явно перевершує своїх попередників по можливостях розширення апаратної конфігурації, а заявлена ​​компанією продуктивність при установці в цей комп'ютер 12 процесорів (максимально можливе число) складає 3.6 Гфлоп. Модель PowerONYX поставляється з графічною системою Reality Engine 2 (RE2) або Extreme. Нарощуючи обчислювальні потужності високопродуктивних графічних станцій, SGI не забуває і про молодших моделях. Так, фірма анонсувала перенесення на комп'ютери Indy графічного прискорювача XZ і запропонувала увазі відвідувачів демонстраційний варіант нової системи. Був показаний і рідкокристалічний екран для станцій Indy, що забезпечує дозвіл 1280 * 1024 пікселів при 24 - розрядному кодуванні кольору. У цілому ці розробки явно вказують на прагнення SGI реалізувати швидку високоякісну графіку на порівняно недорогих моделях робочих станцій. Тим часом питання про те, наскільки успішним буде просування на ринок комп'ютерів Indy, поки залишається відкритим: вартість системи при наявності графічного прискорювача XZ складає 33 тис. дол, тоді як за 38 тис. дол вже можна придбати станцію наступного класу-Indigo 2 , яка вигідно відрізняється від Indy широкими можливостями розширення (за допомогою установки додаткових плат), а також наявністю спеціальної системи охолодження. Indigo 2 допускає і використання нового процесора R8000. Була продемонстрована також відеосистема Sirius Video для платформи Silicon Graphics, яка здатна взаємодіяти з графічними прискорювачами VTX і RE2, забезпечують накладення текстур на тривимірні об'єкти з можливістю подальшого прорахунку кадрів в реальному часі, причому всі ці функції реалізовані на апаратному рівні. Нова вартість в якості текстури "пропонує" системам VTX і RE2 "живе" відео, яке потім можна піддати будь-яких операцій, які можуть застосовуватися до звичайної текстурі. З інших відмінних особливостей Sirius Video слід згадати підтримку будь-яких типів відеосигналів, включаючи цифрові, а також одночасне обслуговування при їх введенні і виведенні двох зовнішніх пристроїв. Єдина проблема, пов'язана із застосуванням цієї відеосистеми, полягає у відсутності на сьогоднішній день спеціального ПЗ, яке забезпечило б виконання всього спектру операцій з відеосигналами і зробило непотрібним монтажне обладнання, захаращують сучасні студії.

4

Підводячи підсумок огляду апаратного забезпечення класу high-end, слід підкреслити явне домінування платформи SGI. Незважаючи на наявність окремих розробок у інших відомих виробників (IBM, DEC), панування компанії Silicon Graphics в даному секторі ринку залишається непорушним. Про це свідчить постійне зростання обсягів продажів продукції фірми, який, в 1993 р. склав 36% (по відношенню до 1992 р.). Тим не менш Silicon Graphics прагнути поширити свій вплив і на інші області обчислювальної індустрії, випускаючи сервери для локальних мереж, а також пропонуючи рішення для САПР. Не дивлячись на це ПК з процесором Intel продовжує залишатися найбільш поширеною платформою в сфері комп'ютерної графіки і анімації.

5

1. "Computer World-Moscow" 01.1997

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

3. Джон А. Белл 3D Studio MAX спецефекти у голлівудському стилі

4. Компьютерра 13.05.96

Додаток

Bryce2 rendering із застосуванням Anti-aliasing (згладжування)

3D Studio MAX геосфера з накладеною текстурою