Изучение 3D моделирования на факультативах в школе

Министерство образования  омской области 

ГОУ СПО "Тарский  педагогический колледж" 

Курсовая  работа 

Изучение 3D моделирования  на факультативах в школе 

Штейнбах Антон  Александрович 

Специальность 050202 

Информатика 

Курс II, группа 22 

Научный руководитель: 

Фролова Наталья  Николаевна 

Тара - 2008 
 

Содержание 

Введение 

1. Изучение основ  3D моделирования в программе Autodesk 3ds Max 2008 

1.1 Основные понятия  трехмерной графики 

1.2 Элементы интерфейса 3ds Max 2008 

2. Моделирование  трехмерных объектов в 3ds Max 2008 

2.1 Создание моделей  при помощи примитивов 

2.2 Создание моделей  при помощи сплайнов 

2.3 Создание моделей  при помощи редактируемых поверхностей 

Заключение 

Библиография 

Введение 

Стремительное развитие технологий в последнее десятилетие  привело к такому же быстрому росту  в области компьютерной техники  и программного обеспечения. Еще  совсем недавно незначительный по сегодняшним  меркам эпизод из фильма, созданный  при помощи спецэффектов, вызывал  бурю восторга и обсуждений. Сегодня  спецэффектами в кино и на телевидении  никого не удивишь. Они стали обыденным  явлением благодаря массовому распространению  программ создания компьютерной графики  и, в частности, трехмерного моделирования. Программы трехмерной графики - самые  интересные по своим возможностям и  сложные по освоению приложения. 

Одно из лидирующих мест среди таких программ занимает 3ds Max. В силу своих уникальных возможностей и доступности в освоении эта  программа сегодня имеет наибольшее количество поклонников, как среди  любителей, так и среди профессионалов. Пожалуй, осталось очень мало сфер деятельности человека, связанных с трехмерной графикой, в которых не используется 3ds Max. Ее активно применяют для  создания игр и фильмов, в архитектуре  и строительстве, в медицине и  физике, а также во многих других областях. 

Трехмерная графика  уже настолько прочно вошла в  нашу жизнь, что мы, сталкиваясь с  ней, порой даже не замечаем ее. Разглядывая  интерьер комнаты на огромном рекламном  щите, янтарный блеск льющегося пива в рекламном ролике, наблюдая, как  взрывается самолет в остросюжетном  боевике, многие не догадываются, что перед ними не реальные съемки, а результат работы мастера трехмерной графики. Область применения трехмерной графики необычайно широка: от рекламы и киноиндустрии до дизайна интерьера и производства компьютерных игр. 

При создании рекламы  трехмерная графика помогает представить  продвигаемый товар в наиболее выгодном свете, например, с ее помощью можно  создать иллюзию идеально белых  рубашек, кристально чистой минеральной  воды, аппетитно разломленного шоколадного  батончика, хорошо пенящегося моющего  средства и т.д. В реальной жизни  рекламируемый объект может иметь  какие-нибудь недостатки, которые легко  скрыть, используя в рекламе трехмерных "двойников". Вы наверняка замечали, что после применения моющего  средства посуда блестит гораздо  более тускло, чем в рекламе, а  волосы после использования шампуня  не выглядят так красиво, как на экране телевизора. Причина этого проста: слишком чистая посуда - всего лишь просчитанное компьютером изображение, такие тарелки в реальности не существуют. 

Использование компьютерных технологий при проектировании и  разработке дизайна интерьера помогает увидеть конечный вариант задолго  до того, как обстановка будет воссоздана. Трехмерная графика позволяет создавать  трехмерные макеты различных объектов (кресел, диванов, стульев и т.д.), повторяя их геометрическую форму и  имитируя материал, из которого они  созданы. Чтобы получить полное представление  об определенном объекте, необходимо осмотреть  его со всех сторон, с разных точек, при различном освещении. Трехмерная графика позволяет создать демонстрационный ролик, в котором будет запечатлена  виртуальная прогулка по этажам будущего коттеджа, который только начинает строиться. Что же касается киноиндустрии, то в этой отрасли компьютерная графика  сегодня незаменима. Трудно поверить в то, что для одного из первых фильмов серии "Звездные войны" сцену падающего водопада создавали  при помощи обыкновенной соли. Сегодня  для создания подобных сцен не обязательно  заказывать килограммы соли. При помощи редактора трехмерной графики можно  без труда смоделировать любой  водопад, который зритель не отличит  от настоящего. 

Актуальность выбранной  темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики  в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для  полноценного развития личности. 

Проблема: как организовать изучение 3D моделирования на факультативах  в школе. 

Объектом моей курсовой работы является изучение основ 3D моделирования  в программе Autodesk 3ds Max 2008. 

Предметом - моделирование  трехмерных объектов в 3ds Max 2008. 

Цель моей курсовой работы: изучить основы моделирования  при помощи примитивов, сплайнов и  редактируемых поверхностей в Autodesk 3ds Max 2008. 

Для достижения этой цели, необходимо решить следующие  задачи: 

Рассмотреть основные понятия трехмерной графики; 

Изучить элементы интерфейса 3ds Max 2008; 

Рассмотреть основы моделирования при помощи примитивов, сплайнов и редактируемых поверхностей. 

1. Изучение основ  3D моделирования в программе Autodesk 3ds Max 2008 

 

1.1 Основные понятия  трехмерной графики 

Для создания трехмерной графики используются специальные  программы, которые называются редакторы  трехмерной графики, или 3D-редакторы.3ds Max 2008 является одной из таких программ. 

Результатом работы в любом редакторе трехмерной графики, в том числе и в  приложении 3ds Max 2008, является анимационный ролик или статическое изображение, просчитанное программой. Чтобы получить изображение трехмерного объекта, необходимо создать в программе  его объемную модель. 

Замена одного объекта (процесса или явления) другим, но сохраняющим  все существенные свойства исходного  объекта (процесса или явления), называется моделированием, а сам заменяющий объект называется моделью исходного  объекта [13, 85]. 

Модель объекта  в 3ds Max 2008 отображается в четырех  окнах проекций. Такое отображение  трехмерной модели используется во многих редакторах трехмерной графики и  дает наиболее полное представление  о геометрии объекта. Если вы видели чертежи деталей, то могли заметить, что на чертеже объект представлен  сверху, сбоку и слева. 

Интерфейс 3ds Max 2008 напоминает такой чертеж. Однако, в отличие  от чертежа на бумаге, вид объекта  в каждом окне проекции можно изменять и наблюдать, как выглядит объект снизу, справа и т.д. Кроме этого, можно вращать все виртуальное  пространство в окнах проекций вместе с созданными в нем объектами. Работа в 3ds Max 2008 напоминает компьютерную игру, в которой пользователь передвигается  между трехмерными объектами, изменяет их форму, поворачивает, приближает и  т.д. 

Виртуальное пространство, в котором работает пользователь 3ds Max 2008, называется трехмерной сценой. То, что вы видите в окнах проекций, - это отображение рабочей сцены. 

Работа с трехмерной графикой очень похожа на съемку фильма, при этом разработчик выступает  в роли режиссера. Ему приходится расставлять декорации сцены (то есть создавать трехмерные модели и  выбирать положение для них), устанавливать  освещение, управлять движением  трехмерных тел, выбирать точку, с которой  будет производиться съемка фильма, и т.д. 

Любые трехмерные объекты  в программе создаются на основе имеющихся простейших примитивов - куба, сферы, тора и др. Создание трехмерных объектов в программе 3ds Max 2008 называется моделированием. Для отображения  простых и сложных объектов 3ds Max 2008 использует так называемую полигональную  сетку, которая состоит из мельчайших элементов - полигонов. Чем сложнее  геометрическая форма объекта, тем  больше в нем полигонов и тем  больше времени требуется компьютеру для просчета изображения. Если присмотреться  к полигональной сетке, то в местах соприкосновения полигонов можно  заметить острые ребра, поэтому, чем  больше полигонов содержится в оболочке объекта, тем более сглаженной выглядит геометрия тела. Сетку любого объекта  можно редактировать, перемещая, удаляя и добавляя ее грани, ребра и вершины. Такой способ создания трехмерных объектов называется моделированием на уровне подобъектов [5, 18]. 

В реальной жизни  все предметы, окружающие нас, имеют  характерный рисунок поверхности  и фактуру - шершавость, прозрачность, зеркальность и др. В окнах проекций 3ds Max 2008 видны лишь оболочки объектов без учета всех этих свойств, поэтому  изображение в окне проекции далеко от реалистичного. Для каждого объекта в программе можно создать свой материал - набор параметров, которые характеризуют некоторые физические свойства объекта [1, 156]. 

Чтобы получить просчитанное изображение в 3ds Max 2008, трехмерную сцену  необходимо визуализировать. При этом будут учтены освещенность и физические свойства объектов. Созданная в окне проекции трехмерная сцена визуализируется  либо непосредственно из окна проекции, либо через объектив виртуальной  камеры. Виртуальная камера представляет собой вспомогательный объект, который  обозначает в сцене точку, из которой  можно произвести визуализацию проекта. Для чего нужна виртуальная камера? Визуализируя изображение через  объектив виртуальной камеры, можно  изменять положение точки съемки. Подобного эффекта невозможно добиться, визуализируя сцену из окна проекции. Кроме этого, виртуальная камера позволяет использовать в сценах специфические эффекты, похожие  на те, которые можно получить с  помощью настоящей камеры (например, эффект глубины резкости). 

Качество полученного  в результате визуализации изображения  во многом зависит от освещения сцены. Когда происходят съемки настоящего фильма, стараются подобрать наиболее удачное положение осветительных  приборов таким образом, чтобы главный  объект был равномерно освещен со всех сторон и при этом освещение съемочной площадки выглядело естественно. 

Программа 3ds Max 2008 позволяет  устанавливать освещение трехмерной сцены, используя виртуальные источники  света - направленные и всенаправленные. Источники света являются такими же вспомогательными объектами, как  виртуальные камеры. Их можно анимировать, изменять их положение в пространстве, управлять цветом и яркостью света. Еще одна важная деталь, благодаря  которой источники света придают  сцене большую реалистичность, - отбрасываемые объектами тени [15, 39]. 

Работать с источниками  света бывает порой очень сложно, поскольку не всегда удается правильно  осветить трехмерную сцену. Например, слишком яркие источники света  создают сильные и неправдоподобные блики на трехмерных объектах, а  большое количество теней, направленных в разные стороны, выглядит неестественно. 

Таким образом, рассмотрев понятийный аппарат трехмерной графики, я выделил определения: 3D-редакторы, трехмерная сцена, моделирование на уровне подобъектов. Самые необходимые  термины для изучения 3D моделирования  в 3ds Max рассматриваются на протяжении всей курсовой работы. 

 

1.2 Элементы интерфейса 3ds Max 2008 

Интерфейс обеспечивает доступ к управлению всеми возможностями  программы. Многие пользователи, пренебрегая  его изучением, впоследствии сталкиваются с трудностями даже при моделировании  простых сцен, не говоря о том, что  не могут применять потенциал  программы полностью. 

Программа 3ds Max имеет  очень гибкий интерфейс, позволяющий  выполнить одно и то же действие разными путями. Существует возможность  создавать собственные пользовательские меню, панели инструментов, назначать  сочетания клавиш операциям и  т.д. Все это не только облегчает  работу в программе, но и ускоряет процесс моделирования. 

Первое, что вы увидите  после запуска программы 3ds Max 2008, - ее основное окно. 

Наибольшее пространство окна программы занимают окна проекций. Это неудивительно: именно с их помощью  мы получаем доступ к объектам сцены. В окнах проекций можно настроить  отображение объектов различным  образом: например, задать компоновку экрана для управления видом и  ориентацией или указать способы  оптимизации прорисовки экрана во время  работы.