ПРОГРАММЫ ТРЁХМЕРНОЙ ГРАФИКИ

Программа создания и обработки трехмерной графики 3D Studio Max фирмы Kinetix изначально создавалась для платформы Windows. Этот пакет считается «полупрофессиональным». Однако его средств вполне хватает для разработки качественных трехмерных изображений объектов неживой природы. Отличительными особенностями пакета являются поддержка большого числа аппаратных ускорителей трехмерной графики, мощные световые эффекты, большое число дополнений, созданных сторонними

фирмами. Сравнительная нетребовательность к аппаратным ресурсам позволяет работать даже на компьютерах среднего уровня. Вместе с тем по средствам моделирования и анимации пакет 3D Studio Max уступает более развитым программным средствам.

Программа Softimage 3D компании Microsoft изначально создавалась для рабочих станций SGI и лишь сравнительно недавно была конвертирована под операционную систему Windows NT. Программу отличают богатые возможности моделирования, наличие большого числа регулируемых физических и кинематографических параметров. Для рендеринга применяется качественный и достаточно быстрый модуль Mental Ray. Существует множество дополнений, выпущенных “третьими” фирмами, значительно расширяющих функции пакета. Эта программа считается стандартом “де-факто” в мире специализированных графических станций SGI, а на платформе IBM PC выглядит несколько тяжеловато и требует мощных аппаратных ресурсов.

Наиболее революционной с точки зрения интерфейса и возможностей является программа Мауа, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). Пакет существует в вариантах для разных операционных систем, в том числе и Windows NT. Инструментарий Мауа сведен в четыре группы: Animation (анимация), Modeling (моделирование), Dynamic (физическое моделирование), Rendering (визуализация). Удобный настраиваемый интерфейс выполнен в соответствии с современными требованиями. На сегодняшний день Мауа является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.

3ds Max

3ds Max- полнофункциональная профессиональная программная система для работы с трёхмерной графикой, разработанная компанией Autodesk. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32-битных, так и в 64-битных). В 2009 выпущена двенадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2010».

3ds Max располагает обширными средствами по созданию разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей реальных или фантастических объектов окружающего мира с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие: полигональное моделирование в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) - этот метод самый распространенный метод моделирования, используется для создания сложных моделей и моделей для игр; моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS) - в 3ds max этот метод моделирования не очень хорошо реализован, и довольно-таки неудобен; моделирование на основе порций поверхностей Безье - подходит для моделирования тел вращения; моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.

Методы моделирования могут сочетаться друг с другом. Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов. 3ds Max располагает библиотекой следующих объектов:

Список стандартных встроенных объектов: прямоугольный параллелепипед, сфера, цилиндр, тор, чайник, конус, труба, пирамида, плоскость, геосфера.

Список дополнительных встроенных объектов: многогранник, прямоугольный параллелепипед с фаской, цистерна, веретено, многогранная призма, призма, тороидальный узел, цилиндр с фаской, капсула, L-образное тело выдавливагия, С-образное тело выдавливания.

Каждый из них обладает набором параметров, однозначно определяющих форму трёхмерного тела. Например, объект «Труба» определяется такими параметрами как внутренний и наружный радиусы, высота; кроме того существует ряд параметров, позволяющих управлять точностью построения. После создания объекта каждый из параметров может быть изменён так, что это моментально отразится на внешнем виде объекта в окне редактирования. Подавляющее большинство параметров могут быть впоследствии подвергнуты анимации. Стандартный объект «Чайник» входит в этот набор в силу исторических причин: он используется для тестов материалов и освещения в сцене, и давно стал своеобразным символом трёхмерной графики.

В 3ds Max реализована возможность создания нескольких основных источников частиц. Начиная с 8 версии имеется 6 основных источников частиц (не включая Particle Flow), демонстрирующих различное

поведение. Традиционными источниками частиц в 3ds Max являются Брызги, Снег, Метель, Массив частиц, Облако частиц и Супербрызги.

Particle Flow - изощрённая нелинейная событийно-управляемая система частиц. Подобно большинству систем частиц, доступных в современных пакетах трёхмерной графики Particle Flow позволяет пользователю моделировать поведение частиц на основании серий предопределённых процедур (событий) средствами удобного наглядного интерфейса. 3ds Max также включает механизм расчёта физики реактора. Reactor позволяет моделировать поведение твёрдых тел, мягких тел, ткани с учётом силы тяжести и других воздействий. Так же как и в других программах имитации динамики в реакторе используются упрощённые выпуклые оболочки объектов, которые могут быть настроены на использование всех вершин объекта, ценою времени обработки. Однако, полноценного модуля динамики и симуляции в 3dsmax нет. Тем не менее, это компенсируется большим количеством сторонних разработок. Начиная с версии 8, в среду встроены модули Cloth и Hair&Fur.

Собственный рендер (ScanLine) постоянно критикуется за его «пластмассовые» изображения. Хотя при грамотной настройке можно получить достаточно качественные изображения. Для 3dsmax существует много сторонних визуализаторов в виде встраиваемых модулей или в виде трансляторов для Stand Alone визуализаторов. Исходным методом визуализации в 3DS Max является сканирующий построчный алгоритм (Scanline). Некоторые расширенные возможности были добавлены в сканирующий визуализатор спустя годы, такие как расчёт всеобщего освещения, анализ излучательности и трассировка лучей, однако большинство функций перешло к нему от других визуализаторов (Например - RadioRay).

Mental ray является пригодной для производственного применения высококачественной системой визуализации, разработанной компанией Mental Images. Mental ray встроен в последние версии 3DS Max, это мощный инструмент визуализации, поддерживающий сегментную визуализацию (подобно механизму сопровождающей визуализации, реализованному в Maya), а также технологию распределённой визуализации, позволяющую рационально разделять вычислительную нагрузку между несколькими компьютерами. Включаемая в 3ds Max версия mental ray поставляется с набором инструментария, позволяющим относительно просто создавать множество различных эффектов.

Рис. 4.Пример работы программы 3ds Max (атомный реактор ВВЭР-1500)

N-Ray - популярнейший в русскоязычном пространстве внешний визуализатор компании Chaos Group. RenderMan - стороннее средство подключения к конвейеру RenderMan, также полезно в тех случаях, когда требуется интеграция 3DS Max с системой визуализации Renderman. Конект с 3DS Max происходит с помощью DoberMan. FinalRender - внешний визуализатор компании Cebas. Является наиболее полным фотон-основанным визуализатором, уступая по своим возможностям только MentalRay. Преимущество заключается в плотной интеграции с другими решениями Cebas, обеспечивающими широкий спектр разнообразных атмосферных, линзовых эффектов и пр., чего нет у других визуализаторов.

Первая версия пакета под названием 3D Studio DOS выпущена в 1990. Разработками пакета занималась студия Yost Group, созданная программистом Г. Йостом; Autodesk на первых порах занимался только изданием пакета. Первые четыре релиза носили наименование 3D Studio DOS (1990-1994). Затем пакет был переписан заново под Windows NT и переименован в 3D Studio MAX (1996-1999). В 2000-2004 пакет выпускается под маркой Discreet 3dsmax, а с 2005 - Autodesk 3ds MAX. Актуальная версия носит название Autodesk 3ds MAX 2010 (индекс 12.0).

Maya

Maya –редактор трёхмерной графики. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении и существует как для 32, так и для 64-битных систем.

Maya (санскрит – иллюзия) существовала в трёх версиях: Maya Unlimited - самый полный и самый дорогой пакет. Содержит расширения Hair, Fur, Maya Muscule, Fluid Effects, Cloth и некоторые другие. Maya Complete - базовая версия пакета, в которой присутствует полноценные блок моделирования и анимации, но отсутствуют модули физической симуляции. Maya Personal Learning Edition - бесплатный пакет для некоммерческого использования. Есть функциональные ограничения, ограничение на размер визуализированного изображения, пометка водяными знаками финальных изображений. Теперь предлагается одно решение Maya 2010, которое содержит все возможности Maya Unlimited 2009 и Maya Complete 2009, включая Maya Nucleus Unified Simulation Framework, Maya nCloth, Maya nParticles, Maya Fluid Effects, Maya Hair, Maya Fur. В новой версии представлена новая система композитинга Maya Composite, основанная на программе Autodesk Toxik, которая больше не будет доступна в виде отдельного приложения. Кроме этого, в Maya 2010 включена система Autodesk MatchMover, менеджер для составления заданий сетевой визуализации Autodesk Backburner, пять узлов визуализации для пакетного рендеринга средствами mental ray.

Изначально Maya была разработана Alias Systems Corporation и выпущена для операционных систем Microsoft Windows, GNU/Linux, IRIX и Mac OS X. В 2007 была выпущена новая версия, получившая имя Maya 2008. В 2005 компания Alias влилась в Autodesk. Представители компании подтвердили, что не будут сливать Maya и 3ds Max в один продукт.

Рис5. .Пример изображения, созданного с помощью Maya.

Важная особенность Maya - её открытость для сторонних разработчиков, которые могут преобразовать её в версию, которая более удовлетворяет требованиям больших студий, которые предпочитают писать код, специфичный для их нужд. Даже не взирая на присущую Maya мощь и гибкость, этой особенности достаточно для того, чтобы повлиять на выбор.

В Maya встроен мощный интерпретируемый кросс-платформенный язык: Maya Embedded Language (MEL), очень похожий на Tcl. Это не просто скриптовый язык, это способ настроить основную функциональность Maya. В частности, пользователь может записать свои действия как скрипт на MEL, из которого можно быстро сделать удобный макрос. Так аниматоры могут добавлять функциональность к Maya даже не владея языками C или C++, оставляя при необходимости такую возможность. Для написания расширений на языке C++ имеется подробно документированный C++ API. Так же для разработчиков теперь имеется возможность написания дополнений на языке Python. Язык MEL не привязан к платформе, поэтому код, написанный на нем, будет исполнятся в любой операционной системе.

Файлы проектов, включая все данные о геометрии и анимации, сохраняются как последовательности операций MEL. Эти файлы могут быть сохранены в текстовом файле (.ma - Maya ASCII), который может быть отредактирован в любом текстовом редакторе. Это обеспечивает непревзойденный уровень гибкости при работе с внешними инструментами.

Maya - результат совмещения трёх программных продуктов: Wavefront The Advanced Visualizer (Калифорния, США), Thomson Digital Image (TDI) Explore (Франция) и Alias Power Animator (Торонто, Канада). Объединенная компания Alias|Wavefront позднее была переименована в Alias. В 2003 Alias была продана SGI частной инвестиционной фирме Accel-KKR. В 2005 Alias была снова перепродана, на сей раз компании Autodesk. В 2006 Autodesk закончил слияние и теперь Alias Maya известна как Autodesk Maya.

В самом начале своей разработки Maya использовала интерпретируемый язык Tcl. Однако уже в первой версии ему на смену пришёл внутренний скриптовый язык MEL (Maya Embeded Language), который стал связующем звеном между пользователем и ядром программы, так как MEL является, например, средством программирования интерфейса программы, задания и связывания множества атрибутов нод (узлов), средством процедурной анимации и многого другого. В версии Maya 8.5 был также включен скриптовый язык Python. В Maya 2008 включена версия Python 2.5.

Визуализация осуществляется подпрограммами: Software render, Hardware render, Vector render mental ray, V-Ray RenderMan (PhotoRealistic или PRMan) finalRender, 3Delight, Gelato Turtle Maxwell Render, Fryrendet Idigo Render, Brazil R/S.