3D Studio VIZ -инструмент проектировщика

3D Studio VIZ - инструмент проектировщика

Александр Россоловский

3D Studio VIZ  -  второй продукт семейства 3D Studio, предназначенный для 32-разрядной многозадачной среды Windows NT/95. Выход 3D Studio MAX R1 весной 1996 г. стал событием в мире трехмерной графики, ознаменовавшим начало освоения платформы PC полнофункциональными, профессиональными, дружественными по отношению к пользователю графическими пакетами, реализованными ранее только на графических платформах верхней ценовой категории. К новым возможностям можно отнести, наряду с мощными инструментами для создания объектов и манипулирования ими, тонирование и возможность текстурированного представления объектов в рабочих окнах, редактирование объектов в тонированном или текстурированном представлении, единый интерфейс, единые принципы воздействия на различные объекты, интерактивность рабочего процесса, соответствие рабочего поля привычному интерфейсу Windows. Перечисленные особенности сделали продукт доступным для широкого круга пользователей, а не только для избранных.

3D Studio MAX предназначался специалистам в области производства кино/видеопродукции, разработчикам интерактивных приложений и игр, а также дизайнерам и проектировщикам в качестве средства технической визуализации и анимации. Несмотря на то что в момент создания продукт аккумулировал в себе лучшие доступные на платформе PC средства для каждой из перечисленных категорий потребителей и получил признание огромной армии пользователей (25 000 продаж за год), ясно, что дальнейшее развитие требовало более узкой ориентации на решение каждой отдельной группы задач. Если первые две группы пользователей решают близкие, подчас пересекающиеся задачи и используют массу одинаковых инструментов, то проблемы технического дизайна и строительного проектирования имеют ряд особенностей, а главное, не нуждаются во многих мощных средствах (жизненно необходимых создателям спецэффектов или боевых симуляторов), которые все же приходится оплачивать.

3D Studio VIZ, вышедший через год после 3D Studio MAX R1 и унаследовавший от него интерфейс и основные свойства, адресован проектировщикам и дизайнерам. Он положил начало второй ветви продуктов семейства 3D Studio для платформы Windows NT/95. Продукт сей принес с собой нововведения не менее революционные, нежели представленные в свое время 3D Studio MAX R1. И хотя в большинстве своем средства эти в той или иной форме были впоследствии включены в 3D Studio MAX R2, 3D Studio VIZ не потерял сегодня своего значения, поскольку превосходно и полно отвечает требованиям и задачам, для которых был создан. Наряду с этим продукт отличает цена, составляющая половину от стоимости 3D Studio MAX и делающая 3D Studio VIZ более доступным, а его приобретение  -  экономически более целесообразным. К слову сказать, по субъективному мнению автора, отдельные детали организации рабочей среды 3D Studio VIZ лучше отвечают проектным задачам, нежели их аналоги в последней версии 3D Studio MAX, ориентированной теперь главным образом на производителей кино/видеопродукции и интерактивных приложений и подгоняющей интерфейс и идеологию рабочего процесса к их нуждам.

Приобретение 3D Studio MAX R2 для решения проектных задач оправданно лишь в том случае, если предъявляются уникальные, выходящие за рамки обычной проектной практики требования к результатам. Позволю себе парадоксальное на первый взгляд утверждение, что применение чрезмерно мощных средств способно снизить эффективность автоматизированного проектирования и даже привести к отрицательным результатам. Например, при создании спецэффектов в кино для достижения реальности требуется вводить эффект глубины резкости, что совершенно неприемлемо для архитектурной визуализации интерьера, где все детали должны быть отчетливо различимы по всей глубине сцены. Избыток этих средств и более сложная технология их использования требуют дополнительных затрат времени как на освоение, так и в процессе применения, в результате чего излишне высокое качество результата может вступать в противоречие с соображениями экономической целесообразности.

Основная часть новых возможностей 3D Studio VIZ превосходно решает проблему повышения продуктивности труда проектировщиков и дизайнеров. Это дает возможность освоить больший объем работ либо сосредоточиться на решении творческих задач.

Этому способствует интерфейс drag and drop, позволяющий простыми действиями помещать в сцену геометрические примитивы, сложные библиотечные объекты, а также присваивать текстуры поверхностям объектов в сцене, выбирая их из графических палитр. Такой метод может заменить традиционный порядок действий при создании стандартных примитивов. Параметры объектов, помещенных таким образом, доступны через панель редактирования. Текстуры, присвоенные поверхностям объектов, немедленно отображаются в рабочем окне. Создание иерархически организованных палитр не требует дополнительных затрат времени, поскольку состоит в размещении нужных объектов или текстур в одной из папок на жестком диске. Аналогичным образом можно создавать библиотеки различных моделей. Модели могут быть предварительно настроены и пригодны для окончательной визуализации без какой-либо дополнительной обработки. Они допускают использование в своем составе объектов различных типов. Например, торшеры или люстры могут содержать настроенные источники света, создающие требуемый уровень освещенности сразу после размещения модели в сцене.

Проект интерьера выполнен архитекторами С. Поповым

и А. Третьяковым, художник-дизайнер А. Амелин

Корректность представления текстур в сцене контролируется специальными объектами, именуемыми MapScaler. MapScaler, будучи связанным с одним или несколькими объектами, влияет на масштаб отображения присвоенных им текстур и материалов как в рабочих окнах, так и в окончательном представлении, сохраняя при этом пропорциональность рисунка текстуры. Масштабный коэффициент объекта MapScaler может изменяться посредством аналогового (графического) или цифрового ввода. При графическом вводе масштабного коэффициента изменения динамически отображаются в рабочем окне, делая этот процесс интерактивным. Тот же принцип действует при работе с любыми аналогичными полями ввода.

Для того чтобы любое действие влияло сразу на несколько однотипных объектов, они могут объединяться в группы. Объединив в группу все элементы, составляющие стены помещения (простенки, перемычки, подоконники), а также сгруппировав другие части интерьера, чрезвычайно легко подбирать варианты отделки в присутствии заказчика.

Создавать стены помещений для описанной выше процедуры проще всего из сплайнов, применяя к ним различные модификаторы, выбор которых зависит от способа решения задачи. При формировании стен в плане к линейным сплайнам могут применяться 2D-модификаторы Trim/Extend для удлинения и обрезки, Fillet/Champfer для скругления и снятия фасок, а также Outline для придания стенам требуемой толщины. Применив к результатам этих операций 3D-модификатор Extrude, несложно получить участки стен нужной высоты, которые должны быть дополнены подоконниками и перемычками, ограничивающими проемы по вертикали. Участки стен со сложной формой проемов, фронтонов и аттиков могут создаваться путем применения модификатора Extrude к сплайнам, состоящим из нескольких замкнутых контуров, соответствующих рисунку фасада стены. Возможно использовать и булевы операции. Каждый из перечисленных способов обеспечивает гибкий контроль над геометрией в течение всего цикла работы над проектом, а выбор конкретного способа зависит от уровня сложности задач, доступных системных ресурсов и личных предпочтений. Все описанное, а также множество других средств и методов позволяют создавать объекты любой сложности.

Для работы над архитектурными проектами в 3D Studio VIZ включены различные виды готовых дверей и окон со множеством настраиваемых параметров.

Как видно, технология создания планировки чрезвычайно проста и естественна. Пользователю на любом этапе работы доступен стек модификаций для изменения параметров любого ранее примененного модификатора, что позволяет чрезвычайно гибко управлять создаваемой геометрией. Ошибочные действия могут быть отменены на любое число шагов в текущем или предшествующих сеансах работы, поскольку программа сохраняет протокол всех действий начиная с момента создания файла. Точность построений и взаимного позиционирования объектов обеспечивается механизмом объектных привязок в стиле AutoCAD R14. Набор нужных видов привязок, размеры и цвет маркеров назначаются в соответствующем диалоге. 3D Studio VIZ позволяет скрывать отдельные объекты и даже целые категории объектов, что способствует как удобству манипулирования видимыми объектами, так и ускорению рабочего процесса, поскольку скрытые объекты освобождают системные ресурсы.

Строительные объекты имеют большое количество повторяющихся элементов, поэтому чрезвычайно полезными оказываются различные виды клонирования, позволяющие создавать независимые одиночные копии объектов, связанные копии и их массивы. Применение связанных копий существенно экономит время, избавляя пользователя от необходимости редактировать каждую копию отдельно.

3D Studio VIZ содержит унаследованный от 3D Studio MAX редактор материалов, возможности которого превосходят стандартные потребности дизайнеров и проектировщиков. Материалы, присваиваемые объектам, могут содержать карты текстур, отражения и преломления, прозрачности (матовости), бликов, деформаций поверхности и др. Можно использовать сложные материалы, как, например, материалы для дверей и окон, при этом автоматически распознаются различные части объекта и им присваиваются различные визуальные свойства. Использование карт в составе материала позволяет визуализировать чрезвычайно сложные элементы пластики стен, включая проемы без создания их на уровне геометрии. Средства работы с картами позволяют включать в сцену сложные объекты, не воспроизводя их геометрию, а лишь используя фотографии. Связав ориентацию такого объекта с камерой, можно заставить его в любой ситуации быть развернутым на зрителя. Помещая в сцену фотографии людей, растений, сложных кованых решеток и др., можно достичь высочайшего уровня достоверности сцены, экономя при этом время как на процессе моделирования, так и при визуализации.

3D Studio VIZ допускает использование растровых изображений в качестве фона как в рабочих окнах, так и при окончательной визуализации. Инструмент Camera Match позволяет совмещать объекты сцены с изображенным на фотографии реальным окружением. В результате назначения соответствия между контрольными точками в сцене и на фотографии программа создает новую или ориентирует выбранную камеру в полном соответствии с положением реальной камеры в момент создания фотографии. Используя ранее описанную технологию, можно распределять различные части фотографии между планами по глубине сцены, имитируя глубину фотографического окружения.

Мощные средства анимации 3D Studio VIZ чрезвычайно легки в использовании. Анимированы могут быть любые объекты сцены, включая камеры и источники освещения, а также присвоенные объектам материалы. Анимация может создаваться путем трансформации объектов в ключевых кадрах. Возможно также использование сплайна в качестве пути, вдоль которого объект будет перемещаться в течение заданного числа кадров. Назначив путь камере, “отснимается” проход через проектируемое здание. Предварительный рабочий просмотр анимации производится в рабочем окне, при этом используется адаптивная деградация, позволяющая управлять доступными системными ресурсами, выбирая между скоростью показа и качеством изображения. Адаптивная деградация не влияет на качество окончательно просчитанной анимации.

Для управления процессом “съемки” 3D Studio VIZ предусматривает обширный набор параметров, включая тонкую настройку фокусного расстояния, разрешения выводимого изображения (до 8000х8000 пикселов) и др. Камеры управляются простым перемещением и поворотом. Обрезая сцену по глубине, можно экономить время на процессе предварительной визуализации, просчитывая лишь необходимые участки сцены. Этот же метод может применяться для многопроходной визуализации с целью создания тонких визуальных эффектов.

Средства моделирования освещения, помимо исчерпывающего набора источников света и общего ненаправленного освещения, включают контроль над образованием теней, избирательным воздействием на объекты, зонами влияния, ослаблением светового потока в зависимости от удаленности от объекта, позволяют использовать эффекты дымки и тумана, в том числе с неоднородной слоистой структурой, а также делать потоки света видимыми. Растровые изображения сложных теней могут проецироваться на предметы в сцене. Таким образом формируются тени от крон деревьев в случае, если изображение самих деревьев в сцену не включается.

В 3D Studio VIZ включено средство Sunlight для моделирования реальных условий солнечного освещения в зависимости от географического положения и времени года и суток. Оно может оказаться полезным для оценки условий инсоляции, однако следует учитывать, что падающие тени визуализируются только при рендеринге. 3D Studio VIZ содержит ряд полезных вспомогательных объектов, таких, как рулетка (Tape) для измерения расстояний, сетки (Grid) для ориентации объектов в пространстве, точки (Point) для привязки при моделировании, невидимые объекты (Dummy) для анимации движения объектов по сложным траекториям. Устанавливая между объектами иерархические связи, можно подчинять движения одних объектов другим, что полезно при создании моделей механизмов.

Проект интерьера выполнен архитектором

В. Бойцовым, художник-дизайнер А. Амелин

Хотя 3D Studio VIZ не является в прямом смысле CAD-пакетом, однако его средства позволяют организовать взаимодействие с такими пакетами, как например, AutoCAD. Созданная в 3D Studio VIZ сцена может быть сохранена в формате DWG и загружена в AutoCAD для оформления в виде чертежей. Чертежи, созданные в среде AutoCAD, могут быть импортированы в 3D Studio VIZ для визуализации, в том числе слиты с какой-либо сценой. При обмене файлами обеспечивается корректное распознавание объектов, учитывается организация слоев и групп, сохраняются назначенные источники освещения и камеры. В качестве информации, передаваемой в AutoCAD для создания чертежей, чрезвычайно эффективно использование контуров сечений, создаваемых соответствующим инструментом 3D Studio VIZ на основе объемных моделей любой сложности. По мнению автора чрезвычайно эффективно и экономически оправдано применение 3D Studio VIZ совместно с AutoCAD LT. AutoCAD LT обладает 3D-возможностями, достаточными для решения большинства стандартных задач строительного проектирования, и позволяет эффективно оформлять и распечатывать чертежи, в то время как 3D Studio VIZ обеспечивает высочайший уровень визуализации и анимации загруженной из AutoCAD LT геометрии, а также позволяет моделировать сложные геометрические объекты, главным образом поверхности двойной кривизны и их пересечения, которые невозможно создавать в среде AutoCAD LT, однако можно загружать для оформления в виде чертежей. Стоимость такого комплекта составляет $2840, что беспрецедентно мало, учитывая великолепную коллекцию возможностей, недоступную ни в одной другой системе соответствующей ценовой категории.

Выгодно отличаясь ценой, 3D Studio VIZ унаследовал от 3D Studio MAX R1 не все возможности. Среди “потерь” есть ряд средств, необходимых прежде всего производителям кино/видеопродукции и интерактивных приложений и обычно не используемых в техническом моделировании и анимации. 3D Studio VIZ не поддерживает анимацию объектов на подобъектном уровне, что не позволяет анимировать изменение геометрии объектов, тем не менее анимируются все виды трансформаций, включая масштабирование объектов, в том числе непропорциональное. 3D Studio VIZ не поддерживает инверсную кинематику, используемую для анимации биологических, антропоморфных и сложных механических объектов, однако доступна прямая кинематика на основе создаваемых пользователем иерархических связей между объектами. В 3D Studio VIZ не предусмотрен Video Post, применяемый для кино/видеомонтажа с использованием подключаемых спецэффектов, но включенный в пакет Track View позволяет чрезвычайно тонко управлять всеми доступными параметрами анимации, а также вводить в нее звуковое сопровождение. В 3D Studio VIZ не включены спецэффекты типа Bomb, что вполне логично, поскольку пакет создан для созидания, а не для разрушения, при этом сохраненный инструмент PathDeform успешно служит благой цели, позволяя легко анимировать сложные перемещения объектов.

Хотелось бы надеяться на дальнейшее развитие 3D Studio VIZ параллельно ветви продуктов 3D Studio MAX, поскольку решение любых специфических задач требует адекватных средств и соответствующей организации интерфейса, что было успешно реализовано в первой версии продукта.

С автором можно связаться по телефону: (095) 342-6309 или по адресу: clon@aha.ru.