Воронезького державного університету
КАФЕДРА І.Т. і М.М.Е.
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 прискореннявирішення завдань. Донедавна вся комп'ютерна техніка була лишедопоміжним пристроєм для людини. Комп'ютер проводив різніобчислення, а основна робота лежала все рівно на людині. Передлюдством же стояли задачі масштабних будівництв, проектів намайбутнє, випробувань, яких комп'ютер вирішити не міг. З появою потужнихграфічних станцій, а так само комп'ютерів, здатних вирішувати не тількиматематичні завдання, але й візуалізувати складні технологічніпроцеси на екрані, починається нова ера в комп'ютерній промисловості.
Найбільша радість для програміста - це бачити і знати, щокористувачі знаходять для його дітища найрізноманітніші застосування.
Особливо це стосується таких продуктів, як 3D Studio MAX, який, увідміну від текстового процесора або електронної таблиці, дозволяє здопомогою образотворчих засобів утілити самі фантастичні ідеї і мріїв життя. [1] Комп'ютерне тривимірне моделювання, анімація і графіка вцілому не знищують у людині щирого творця, а дозволяють йомузвільнити творчу думку від фізичних зусиль, максимально налаштувавшисьна плід свого творіння. Звичайно, поки неможливо займатися графікою безпевних навичок, але технологія не стоїть на місці і, можливо, внедалекому майбутньому утвір людини буде залежати тільки від його думки.
2
Існує величезна кількість областей, де застосовується тривимірнемоделювання та анімація. Наприклад, при випробуванні програми 3D Studio MAXкористувачі виконали колосальну роботу, застосовуючи цю програму врізних галузях: від створення статичної реклами та динамічних заставокдля телеканалів до моделювання катастроф та тривимірної анімації. Донедавнього часу роботу зі створення спецефектів в кінематографіївиконували у спеціальних павільйонах з використанням фізичних моделей,методів прозорою фотографії і дорогих оптичних принтерів. Тепер цяпроблема вирішена за допомогою сучасних програм. Вже не треба витрачати тисячілюдино-годин на побудову моделей, наприклад динозаврів, які потрібнопотім встановити на сцені, освітити, відзняти і скомбінувати з рештоюучасниками епізоду. Достатньо посадити одну людину за звичайнийперсональний комп'ютер, щоб створити спецефекти, що створюють повневідчуття реальності. Нашестювізуальних ефектів вже ніхто не дивується. Ефекти в блокбастерах
(бойовиках) і романтичних казках, іграх і мультимедійних презентаціях,помітні і непомітні, в кіно і на телебаченні, тривимірні імультиплікаційні. Всіх їх об'єднує лише одне: вони створені за допомогоюкомп'ютерів. Сьогодні ми вже можемо говорити про результати праці не тількизаокеанських, але російських розробників. З 19 по 23 травня в Центріміжнародної торгівлі проходив щорічний Російський фестиваль комп'ютерноїграфіки та анімації. На виставці була представлена новинка - телевізійнавіртуальна студія. Перед режисерами і продюсерами відкриваютьсянеобмежені можливості: можна обійтися без величезних павільйонів ідорогих декорацій і зробити оригінальну передачу. Можна зніматиактора чи ведучого телепрограми на синьому або зеленому фоні, а потімпомістити його в комп'ютерне простір і дозволити взаємодіяти зним. З вересня 1997 року компанія «Б.С. Графіка »оформляє московськийканал «ТВ Центр» і випускає там дві телепередачі: «Інтернет КАФЕ» і
«Віртуальний світ». Це найбільш технічно оснащена студія в Росії. Роботав реальному часі, коли «живий» ведучий вільно переміщається всерединітривимірної сцени, ходить навколо об'єктів і може взаємодіяти з ними, --це вже невід'ємною ознакою сучасної віртуальної студії. Наприкладведучий може заходити у «віртуальні» двері, Брати «віртуальні» предметиі т.д. Причому частина комп'ютерної сцени може готуватися заздалегідь, а частина --прораховуватися одночасно зі зйомкою живого персонажа (тут вжепотрібні значні обчислювальні потужності). Застосування тривимірноїанімації і віртуальних технологій в кінематографі, оформленні телевізійнихпередач і в різних частинах шоу-бізнесу стало обов'язковим, однакіснують і інші приклади застосування новітніх технологій: 6-8 травня 1998року в м. Осло проходив Перший міжнародний симпозіум з візуалізації,організований компаніями Silicon Graphics і Telenor. На даній конференціїширокої аудиторії були продемонстровані різні технічні засобидля подання віртуальних об'єктів, Особливий інтерес представили проектизі створення так званих віртуальних міст - містять не один, адесятки тисяч віртуальних об'єктів. З моменту виникнення такого поняття,як колективне планування міського будівництва, всі його учасники --фахівці з планування, проектувальники, інвестори, представникивлади та просто зацікавлені городяни - прагнули знайти новуметодологію обговорення будівельних проектів, що дозволяють оцінити їхвплив на міський ландшафт ще до реального втілення. Був потрібенефективний спосіб, що дозволяє зримо уявити і проаналізувати
«Фізичні наслідки» проекту до початку його реалізації та інвестуваннякоштів. Згодом з'явився проект «Віртуальне місто». Група міськогомоделювання UCLA скористалася даною технологією візуальноготривимірного моделювання для розвитку інтегрованого середовища міськогомоделювання. За допомогою унікальної системи та методології комп'ютерногомоделювання група будує віртуальні моделі реального часу міськихрайонів. Ці моделі, з точністю до написів на стінах і фіранок у вікнах,конструюються шляхом поєднання фотографій, отриманих за допомогоюаерофотозйомки, з стереометричних «уявленнями» вулиць дляреалістичного тривимірного моделювання. Інший приклад: до недавньогочасу такі серйозні проекти, як будівництво мостів, дамб, гребель НЕпроходило без будь-яких несподіванок навіть у країнах з дуже розвиненимибудівельними технологіями. У наш час будівельні компанії багатьохдержав стали користуватися системами інженерного проектування звізуальним відображенням. Сучасні програми інженерної графіки не тількиздійснюють різні будівельні розрахунки (втім це могли робити іпрограми попереднього покоління), але й візуалізувати відбуваютьсябудівельні процеси. Програми показують не тільки можливу навантаження наокремі частини конструкцій, а й розраховують різні непередбаченіявища, пов'язані наприклад з явищами резонансу в процесі будівництва.
Приклад з абсолютно побутової сфери: компанії з продажу квартир, а так самодизайну і пов'язаних з ним ремонтом стали використовувати комп'ютерніпрограми тривимірного моделювання для представлення клієнтові найбільшточної інформації про майбутній проект. Тим самим дохід цих компаній ставзбільшуватися за рахунок економія часу, що витрачається на непотрібнікреслення. Перевага комп'ютерного моделювання оцінили не тільки люди,пов'язані з нерухомістю, а й великі компанії, які бажають скоротити своївитрати за рахунок застосування сучасних програм комп'ютерногоконструювання, а також автоматизації процесу виробництва. Таккомпанія IBM пропонує систему автоматизації дизайнерської іконструкторської діяльності Catia (про цей продукт буде розказано внаступному розділі). Скажемо тільки, що система допоможе створити плоскікреслення, провести об'ємне твердотільне моделювання, спроектуватискладні поверхні, багатокомпонентні збирання, тру-, пневмопроводи,електромережу, розрахувати міцність. Ось конкретний приклад роботи системи: нарозробку автомобіля Neon, випущеного в кінці 1994 року, американськакомпанія Chrysler Motors витратила всього 31 місяць, випередивши японськікомпанії, що довгий час тримали планку на позначці в 36 місяців. Так самосистемою були повністю створено електронні прототипи автомобілів Jeep
Cherokee, Volvo-960, SAAB-900, ВАЗ 2110 і літака Boeing 777. До речі востанньому випадку система дала змогу заощадити 15 відсотків від всієї сумикоштів - приблизно 8 млн. доларів. Можна ще довго приводити прикладизастосування цих програм, але краще розглянути їх з точки зорукористувача, їх продуктивність, актуальність в різних галузях.
3
Компанія Autodesk розробила 3D Studio. найбільшого поширення цейпродукт одержав у версії 4.0 для DOS. Дана програма використовувалася длястворення реалістичних ігор, а так само перших моделей і спецефектів вфільмах. Програма хороша своїм виконанням, невеликий вимогливістю доапаратних ресурсів, а також порівняно низькою ціною (близько 400 дол.)
Звичайно з часом ця програма стала неактуальною через несумісністьз сучасними системами і досить слабких можливостей для втіленнядумки. Настав час найпотужнішої системи тривимірного моделювання та анімації
3D Studio MAX для Windows NT. Даний продукт використовується для створеннясучасних фільмів, комп'ютерних програм із застосуванням складної графікиі спецефектів. Звичайно апаратні засоби для цього продукту повинні бутивинятковими, та й ціна не для пересічного користувача (бл. 800 дол. застандартну версію, 2000 дол. за більш професійну версію та бл. 4000дол. за мережеву версію). Підрозділ Kinetix створювало цей продукт дляпрофесійних користувачів, хоча любитель, що дозволив собіпридбання цього продукту, може втілити невигадливі мрії вреальність, вивчивши деякі тонкощі роботи з програмою. Для такихкористувачів буде достатньо IBM сумісного комп'ютера з процесором
MMX або Pentium II з частотою від 166 і більш Мгц. Знадобиться потужнаграфічна карта. До речі графічні карти для програм 3D моделюваннямають зовсім інші характеристики ніж потужні карти для сучасних ігор.
Наприклад професіонали використовують дорогі карти Elsa Gloria абоексклюзивні карти компанії Diamond. Природно 3D Studio MAX НЕпризначена для інженерних робіт. Для цих завдань компанія Autodeskстворила AutoCAD. Даний продукт займає лідируючу позицію у світовомусписку програм такого класу. Не дивно, адже вона здатна виконуватипрактично всі операції, пов'язані з інженерними системами. Робота цієїпрограми обслуговується тисячами вузлів всесвітньої мережі Internet. Системапризначена для професіоналів CAD. Робота в системі розглядається якспільна робота декількох комп'ютерів, що виконують окремі функції.
Під апаратні засобами маються на увазі найпотужніші персональні системи, атак само комп'ютери на базі RISC процесорів. Відома компанія звиробництва CAD програм Bentley Systems представила програму
MicroStation (система інтерактивного графічного проектування IGDS),яка займає друге місце після вище описаного AutoCAD. Основнепризначення MicroStation - високопрофесійних виконання проектних робітв 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 можутьвикористовуватися в середовищах DOS, Windows, OS/2 Warp та Unix.
Наведена вище програма Catia розрахована на платформи S/390, UNIX, AS/400і PC. Продукт розроблений французькою компанією авіаційної Dassault
Aviation і пропонується компанією IBM для проектування і виготовленнядеталей на верстатах з ЧПУ. У шоу-бізнесі провідну роль у створенні рекламнихроликів і відеокліпів займає компанія Glassworks. Ядро цієї командискладають фахівці з 3D-моделювання та анімації. Своїм успіхом вонивважають використання SoftImage. Програма класу 3D Studio, але більшпристосована для створення відеокліпів. Для використання цієї програмикомпанія оснащена робочими станціями Impact, а також двома машинами Onyx зграфічними картами RE2 + 1 GB RAM і 90 GB дискового простору. Вищерозповідалося про проект «Віртуальне місто». Цей унікальний продуктстворений за допомогою пакета тривимірного моделювання в реальному часі
MultiGen II Pro. Інтерфейс та програмне забезпечення, що реалізуєвласне моделювання, функціонують на всій лінії устаткування Silicon
Graphics, O2, робочих станцій Octane і Onyx. Зараз на світовому ринкупочинає міцно зміцнюватися програма проектування компанії CAD houseпідрозділи Consistent Software - Pro/Engineer (Про-інженер). Програмавиграє в ціні (1000 дол. з робочого місця) в інших аналогічнихпрограм, але її нерозкрученого залишає її на третьому місці після двохвищенаведених програм комп'ютерного конструювання. Всі наведеніпрограми відносяться до ряду високопрофесійних, дорогих, що вимагаютьвеликих апаратних ресурсів програм. Далі наведено програми, непоступаються за своїми можливостями професійними програмами, для пересічногокористувача, що бажає зайнятися 3D моделюванням. Наприклад компанія
Fractal Design розробила Fractal Design Detailer - програму обробкиповерхонь тривимірних об'єктів. Програма допомагає створити цілкомреалістичні об'єкти, які були створені в інших програмах, де обробити їхскладно з яких-небудь причин. Ціна продукту цілком прийнятна (300 дол.)
Апаратні вимоги: Pentium 6-го покоління, 20 мб. RAM. Інодістворення окремих об'єктів для бажаючих трохи поекспериментуватистає неможливим через невміння використовувати ту або іншу систему, а ущо вміє робити що-небудь не завжди є засоби для швидкої обробки хочаб десятка об'єктів нескладної форми. Для користувачів таких категорійкомпанія MetaTools створила нехитрий генератор ландшафтів
Bryce 2, а потім і Bryce 3D. За допомогою цих програм можна створювати цілкомреалістичні пейзажі, керувати часом доби, погодними умовами і т.д.
Основним плюсом даного продукту є нехитре управління, яснаякщо не з першого, то з другого спілкування з інтерфейсом. Можливістьанімації, погляду з різних точок на проекцію. Все дуже зручно і красиво, аголовне доступно. При ціні в 300 - 400 дол. програма вимагає Pentiumпроцесор з графічною картою, що підтримує 3D рендеринг, і близько 32 мб.
RAM. Останнім часом на арені з'явилися відразу два продукти, що вразилиуяви не тільки аматорів, але й професіоналів. Animatek's World
Builder 2.0 - пакет, який створює справді реалістичні пейзажі, з наборомфункцій, що властивий тільки професійними програмами. Відмінна інтеграція з
3D Studio MAX дозволяє повністю реалізувати пліт уяви. Тим неменше продукт вважається напівпрофесійним і доступний багатьом любителям.
Основне апаратне вимога - потужна відеокарта. Другий продукт - World
Construction Set 3.0. Пакет знову ж таки генерує ландшафти, але в такійступеня, що крім нього вже не будуть потрібні інші пакети 3D моделювання,хоча і використовується підтримка 3D Studio MAX. Пакет розрахований напрофесійного користувача і залишає далеко позаду Bryce 3D, перебуваючина рівних хіба що з Animatek's World Builder. Перевершує всі попередніпакети в ступені інтеграції з 3D Studio MAX, а також за наявностівласних високотехнологічних засобів візуалізації. Пакет працює наплатформах PC/DEC ALPHA/MAC/SGI. Даний продукт повертає нас допрофесійним системам тривимірного моделювання, а точніше до апаратнихзасобів для цих систем. Апаратні засоби на RISC-платформі.
Платформа Silicon Graphics Inc. (SGI) оновилася виробництвом моделі
PowerONYX, що відноситься до старшого сімейства що випускаються компанієюграфічних станцій. У цих комп'ютерах встановлюються процесори R8000
(інша назва - TFP), що випускаються Mips Technologies. За попереднімиданими, їх продуктивність в чотири рази перевершує швидкодіюнайпотужнішого з раніше розроблених процесорів фірми Mips - R4400.Врезультаті показники продуктивності моделі PowerONYX з одногомікросхемою R8000 (тактова частота 75 МГц) приблизно аналогічнітаким для графічної станції ONYX Extreme Deskside з двома процесорами
R4400, кожен з яких працює на частоті 150 МГц, а ціна її навітьтрохи нижче: 102 тис. проти 107 тис. дол - в конфігурації з 64 Мбайт
Оперативної пам'яті, жорстким диском об'ємом 2 Гбайт і графічною системою Extreme. Прие.тому нова станція явно перевершує своїх попередників за можливостямирозширення апаратної конфігурації, а заявлена компанієюпродуктивність при установці в цей комп'ютер 12 процесорів
(максимально можливе число) складає 3.6 Гфлоп. Модель PowerONYXпоставляється з графічною системою Reality Engine 2 (RE2) або Extreme.
Нарощуючи обчислювальні потужності високопродуктивних графічнихстанцій, SGI не забуває і про молодших моделях. Так, фірма анонсувалаперенесення на комп'ютери Indy графічного прискорювача XZ і запропонувала увазівідвідувачів демонстраційний варіант нової системи. Був показаний ірідкокристалічний екран для станцій Indy, що забезпечує дозвіл
1280 * 1024 пікселів при 24 - розрядному кодуванні кольору. В цілому ці розробкиявно вказують на прагнення SGI реалізувати швидку високоякіснуграфіку на порівняно недорогих моделях робочих станцій. Тим часом питанняпро те, наскільки успішним буде просування на ринок комп'ютерів Indy, покизалишається відкритим: вартість системи за наявності графічного прискорювача XZстановить 33 тис. дол, тоді як за 38 тис. дол вже можна придбатистанцію наступного класу-Indigo 2, яка вигідно відрізняється від Indyширокими можливостями розширення (за допомогою установки додатковихплат), а також наявністю спеціальної системи охолодження. Indigo 2 допускаєі використання нового процесора R8000. Була продемонстрована такожвідеосистема Sirius Video для платформи Silicon Graphics, яка здатнавзаємодіяти з графічними прискорювачами VTX і RE2, що забезпечуютьнакладення текстур на тривимірні об'єкти з можливістю подальшогопрорахунку кадрів в реальному часі, причому всі ці функції реалізовані наапаратному рівні. Нова плата в якості текстури "пропонує" системам
VTX і RE2 "живе" відео, яке потім можна поставити під будь-яким операціям,придатним до звичайної текстурі. З інших відмінних рис Sirius
Video слід згадати підтримку будь-яких типів відеосигналів, включаючицифрові, а також одночасне обслуговування при їх введенні і виведенні двохзовнішніх пристроїв. Єдина проблема, пов'язана із застосуванням цієївідеосистеми, полягає у відсутності на сьогоднішній день спеціального ПЗ,яке забезпечило б виконання усіх операцій з відеосигналів тазробило непотрібним монтажне обладнання, захаращувати сучасні студії.
4
Підводячи підсумок огляду апаратного забезпечення класу high-end, слідпідкреслити явне домінування платформи SGI. Незважаючи на наявністьокремих розробок у інших відомих виробників (IBM, DEC),панування компанії Silicon Graphics в даному секторі ринку залишаєтьсянепорушним. Про це свідчить постійне зростання обсягів продажівпродукції фірми, який, в 1993 р. склав 36% (по відношенню до 1992 р.).
Тим не менше Silicon Graphics прагнути поширити свій вплив і наінші галузі обчислювальної індустрії, випускаючи сервери для локальнихмереж, а також пропонуючи рішення для САПР. Не дивлячись на це ПК зпроцесором Intel продовжує залишатися найбільш поширеноюплатформою у сфері комп'ютерної графіки та 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 накладеним текстурою
-----------------------< br>[1] Том Хадсон Один з розробників 3D Studio/DOS і 3D Studio MAX
