Погружение в третье измерение

Успешное развитие в последние годы рынка настольных приложений для создания трехмерных иллюстраций привело к появлению широкого выбора пакетов как для новичков, так и для опытных профессионалов.

Источники

Специальные 3D-приложения

Наверняка вам уже доводилось, встречая впечатляющие трехмерные изображения, говорить себе: "Вот бы сделать такое самому!". Для вас есть отличные новости: теперь это стало возможным. Появилось много великолепных программ создания трехмерных иллюстраций, среди которых можно выбрать пакет на любой вкус и кошелек. Даже новички в объемном мире смогут, подобрав себе подходящее приложение, реализовать свои задумки. В предлагаемой вашему вниманию статье описываются некоторые популярные программы. Возможно, знакомство с этим материалом поможет вам оценить сильные и слабые стороны этих пакетов.

Вначале терминология и перечень возможностей продуктов старшего класса могут звучать пугающе. Например, для начинающего пользователя назначение "модельщика на базе непропорциональных рациональных B-сплайнов (nonuniform rational B-splines, NURBS) с интерактивными булевыми отношениями" может оказаться тайной за семью печатями. Инструменты с такими сложными специальными возможностями предназначены для опытных пользователей, что находит свое отражение и в их стоимости. Многие продукты из категории "больше 3000 долл." обладают полным набором функций для создания игрового фильма. С другой стороны, пакеты, которые стоят менее 100 долл., гораздо легче использовать, но они лишены некоторых ценных функций, таких, например, как анимация и трассировка лучей. Но перед тем, как мы приступим к обсуждению возможностей конкретных пакетов создания трехмерных изображений, рассмотрим некоторые основы разработки объемной графики.

Создание трехмерных иллюстраций обычно представляет собой трехступенчатый процесс: построение трехмерной модели (или моделей); применение атрибутов поверхностей и, наконец, рендеринг композиции в файл и отображение ее на экране. Четвертый (необязательный) шаг, который поддерживают многие трехмерные программы, - это анимация композиции. В состав некоторых пакетов входят средства языка моделирования виртуальной реальности (Virtual Reality Modeling Language, VRML) для создания объемной анимации в сети Web.

Обычно большую часть времени отнимает построение модели. В абсолютном выражении это может быть и час, и несколько недель. Добавление деталей поверхности, таких, как цвета и карты поверхностей, может занять еще один или два дня. Рендеринг сцены с разрешением печати (выше 1000 dpi) может занять от нескольких минут до многих часов, в зависимости от производительности аппаратного обеспечения и сложности изображения.

Насколько велики трудности создания трехмерной модели "с нуля"? Для разработки сцены, в которой единственным персонажем является объемный текст, даже начинающему пользователю может понадобиться менее часа. Создание несколько более сложной модели типа простой сцены с домом может занять от пары дней до недели. Построение продвинутой модели - спортивного автомобиля или ландшафта из научно-фантастического фильма - отнимет гораздо больше времени. Создание органических моделей, таких, как растения, животные или люди, - с повышенными требованиями к реалистичности - наиболее сложная работа, которая независимо от используемой программы или навыков пользователя может занять несколько недель напряженного труда.

Сцена оживает на следующем этапе - при задании атрибутов поверхности или "отображении". Например, можно преобразовать простую поверхность в каменную стену с египетскими иероглифами на ней, задав для нее подходящее растровое изображение, - этот процесс называется "наложение текстуры" (texture mapping). Сходный процесс, "наложение рельефа" (bamp mapping), позволяет вытягивать или гравировать поверхность, превращая ее в пересеченную местность с холмами и оврагами. В дальнейшем сцену можно улучшить, добавив источники освещения, задав расположение камеры или оживив фон изображения растровым изображением либо текстурой. Хотя эти процессы довольно просты, настоящий художник может часами возиться с картинкой, доводя ее до совершенства или до абсурда.

После того как жажда творчества будет утолена, можно приступать к рендерингу сцены. Рендеринг - это процесс, в результате которого двухмерная иллюстрация переходит в новое, трехмерное качество, наполненное правильным содержанием по всем трем плоскостям. Существует два основных способа рендеринга изображений: метод сканирования строк (scan-line) и метод трассировки лучей (ray tracing). Наиболее распространен метод сканирования строк; с его помощью изображение обрабатывается гораздо быстрее, но чаще всего получается менее реалистичным. Трассировка лучей дает более фотореалистичные изображения, поскольку позволяет имитировать взаимные отражения от объектов, например отражение стекла в стекле. Кроме того, что этот метод работает медленнее, трассировка лучей имеет еще один недостаток: с ее помощью обычно нельзя создать "мягкие" тени. Это ограничение можно преодолеть с помощью "затенения по Фонгу" (или "рендеринга по Фонгу"), которое создает затененную поверхность, вычисляя правильный цвет и освещение для каждого пиксела. Независимо от используемого в программе метода для выбора оптимального баланса между скоростью и качеством во многих пакетах имеются специальные средства настройки затенения.

Если вы собираетесь анимировать модели, то вам следует знать, какие выходные форматы поддерживает пакет. Для дизайнеров сети Web важна поддержка VRML 2.0 и анимированных файлов GIF. Создателям цифровых фильмов не обойтись без форматов AVI, PIC или QuickTime, а также таких возможностей высшего класса, как "инверсная кинематика", которая связывает компоненты таким образом, чтобы они могли двигаться согласованно, и "ротоскопинг" (rotoscoping) фильмов (раскраска, рисование или наложение изображений на анимационные кадры).

Выбор программы трехмерного моделирования, которая удовлетворяет всем требованиям пользователя, - часто нелегкая задача. Перечисление возможностей типичного трехмерного приложения старшего класса похоже на чтение учебника по высшей математике. Поэтому необходимо ориентироваться на те программы, возможности которых вам действительно необходимы, а решение принимать, учитывая свои финансовые возможности и временные затраты на освоение пакета. Ниже приводится обзор возможностей отдельных приложений в порядке возрастания их цены.

Micrografx Simply 3D 2.0

Simply 3D компании Micrografx - одна из самых простых программ (и самая дешевая). Она обладает массой возможностей, которых обычно не ожидают от продукта с такой ценой. Программа поддерживает VRML 2.0, а также форматы GIF, AVI и PIC для сети Web и мультимедийных приложений. Совместимость с технологией "drag-and-drop" OLE 2.0 облегчает ее взаимодействие с другими приложениями. Выборочная трассировка лучей позволяет имитировать прозрачность и отражение. Справочная система программы в стиле "вопрос-ответ" сопровождает пользователя на всех стадиях создания сцены. Визуальные примеры возможных эффектов, таких, как "скашивание" и освещение, позволяют решить, какой из них выбрать. Тем, кому не нужны исключительно сложные эффекты, пакет Simply 3D предложит быструю, высококачественную и, что немаловажно, недорогую графику.

Extreme 3D 2

Пакет Extreme 3D компании Macromedia можно купить как отдельное приложение либо в составе одного из наборов программ FreeHand Graphics Studio 7 (449 долл.) или Director 6 (999 долл.). Его преимуществами являются интеграция с другими продуктами компании Macromedia и способность выполнять рендеринг изображений в смешанных многоплатформенных сетях. Он позволяет перетаскивать двухмерные профили в Extreme 3D из пакета FreeHand и применять к ним трехмерные эффекты. В пакете Extreme 3D реализован быстрый высококачественный рендеринг Фонга, а также рендеринг в режиме реального времени. Сейчас программа поддерживает форматы VRML 2.0, progressive JPEG, PNG и 3DMF компании Apple. Новый инструмент генерации частиц позволяет создавать эффекты пламени и раскаленной поверхности. Большой набор возможностей и функций - неоспоримое преимущество пакета Extreme 3D при реализации большинства проектов.

Sculpt 3D 4.2

Пакет Sculpt 3D популярен среди создателей цифровых иллюстраций, которые разрабатывают сложные скульптурные объекты и выполняют рендеринг результатов с высокими разрешениями для вывода на печать. Программа предоставляет более полутора кубических километров рабочего пространства с точностью в пределах 0,01 мм. Для облегчения предварительного просмотра во всех измерениях функция Quick Spin отображает модель со всех сторон. Художники-иллюстраторы должны оценить мощные инструменты Sculpt 3D, с помощью которых задается освещенность и калибруются поверхности; им понравятся и возможности управления кривыми, определяющими прозрачность и отражения. Результаты можно обработать пятью методами, включая полную трассировку лучей, используя для этого 64-разрядный механизм, который выполняет рендеринг с разрешением 4096x32 768. По заявлению компании Byte by Byte, пакет Sculpt 3D обладает самой быстрой анимацией с трассировкой лучей среди всех приложений на платформе Macintosh. Анимацию можно выводить в формате QuickTime.

Ray Dream Studio 4.2

В пакет Ray Dream Studio компании Fractal Design входят приложения Ray Dream Designer 4.1 (199 долл.) и Ray Dream Animator (которое не продается отдельно). Подобно программе Simply 3D, в приложении Designer для облегчения процесса создания трехмерной композиции используется развитая справочная система. Механизм рендеринга с трассировкой лучей позволяет управлять такими характеристиками, как отражение, прозрачность и преломление. С помощью функции 3D Paint можно отображать изображения на поверхности моделей. Среди возможностей приложения Animator - инверсная кинематика, "ротоскопинг" фильмов и анимированные деформации, которые позволяют сгибать, сжимать и перекручивать модели во времени. Временная шкала программы позволяет интегрировать анимационные ролики и музыкальное сопровождение.

TrueSpace3

Пакет TrueSpace3 компании Caligari совместим с VRML 2.0 и содержит встроенный браузер VRML, а также анимацию, инверсную кинематику и функцию обнаружения коллизий (когда два пересекающихся во время движения объекта реалистично взаимодействуют между собой). В программе реализовано затенение Фонга и используется метод рендеринга с трассировкой лучей. Программа позволяет манипулировать объектами в полностью трехмерной перспективе. Пластичные поверхности объектов (plastiform surface) и меташары реального времени (real-time metaballs) - сферы, которые ведут себя подобно жидкости с высоким коэффициентом натяжения поверхности, - позволяют создавать пластичные объекты, такие, как выпуклая мускулатура. Более того, подобные сложные для разработки объекты можно наблюдать прямо в процессе их построения. Пакет TrueSpace3 позволяет рисовать непосредственно на трехмерных объектах, а также поддерживает 32-разрядные дополнительные модули к пакету Adobe Photoshop.

Specular Infini-D 4.0

Пакет Infini-D 4.0 компании Specular International обладает такими возможностями, присущими приложениям высшего класса, как регулируемое освещение, обнаружение коллизий и системы генерации частиц с рендерингом в режиме реального времени. Регулируемые эффекты основываются на алгоритмах, а не на файлах изображений и требуют меньше памяти, поэтому их рендеринг выполняется быстрее. Программа позволяет выполнять как рендеринг со сканированием строк, так и фотореалистичную трассировку лучей, а также затенение Фонга для создания реалистичных отражений. Архитектура с возможностью использования дополнительных модулей пакета Infini-D позволяет применять анимированные фильтры для пакетов Photoshop и Adobe After Effects. Благодаря контролю цветов и цветокоррекции для эфирного вещания видеосигнала этот продукт особенно подходит для разработки видеороликов. Кроме того, Infini-D может выполнять рендеринг по полям, эта техника используется также для сглаживания движения быстро перемещающихся объектов. А анимированные деформации позволяют морфировать и искажать объекты. Возможность "предварительного просмотра поверх видео" показывает, насколько анимация вписывается в фоновый видеофрагмент. Секвенсор аудиодорожки позволяет синхронизировать анимированные события со звуковым сопровождением.

LightWave 3D 5.0

LightWave - это одна из немногих действительно независимых от платформы программ. Она работает на компьютерах PC, Macintosh и Amiga, рабочих станциях Sun и Silicon Graphics, а также на Digital Equipment Alpha и MIPS. В список "бескомпромиссных" пользователей пакета LightWave входят создатели таких известных телесериалов, как "Морские приключения", "Вавилон 5" и "Звездный путь: Вояджер". Пакет поддерживает трассировку лучей, поэтому дает возможность управлять преломлением света и глубиной поля. Версия для Macintosh поддерживает технологию QuickDraw 3D, позволяющую реализовать движение графики с тенями в режиме реального времени. Но главное достоинство этой программы - функция MetaNURBS, смесь многоугольников и сплайнов, которая позволяет создавать сложные объекты. В числе других возможностей LightWave - встроенные эффекты линз, раскаленной поверхности и генерации частиц.

Strata StudioPro 2.0/Strata Vision 3d 4.0

Пакет Strata StudioPro - это профессиональный полнофункциональный инструмент, обладающий широким набором возможностей по моделированию, рендерингу и анимации трехмерных композиций в интерактивном режиме. Эта программа, существующая только в версии для Macintosh, позволяет выводить файлы VRML и подключать URL или адрес AppleScript к моделям VRML. (В августе ожидается выход версии пакета для Windows NT.) Настраиваемые возможности генерации частиц включают в себя имитацию огня, дыма и волос, а построители теней позволяют создавать реалистичные эффекты освещения и затенения. В программе используется быстрый метод рендеринга сканированием строк. При помощи рендеринга полей можно создавать пригодные для передачи в эфир видеоролики. Strata Vision 3d 4.0 - еще один пакет компании, предназначенный для трехмерного моделирования, рендеринга и анимации, - разрабатывался для менее опытных дизайнеров объемных иллюстраций. Он позволяет создавать трехмерные модели и применять к ним фотореалистичные текстуры, а также эффекты освещения; для рендеринга используется метод трассировки лучей. Кроме того, программа предлагает средства создания анимации с возможностью обработки событий.

3D Studio Max

Пакет 3D Studio Max - это 32-разрядное, многопоточное приложение, разработанное с учетом всех преимуществ платформы Windows NT и ориентированное на рынок инструментов старшего класса, где очень важна точность. Функция Track View управляет анимационными эффектами вплоть до интервала в четверть миллисекунды. Встроенный метроном позволяет синхронизировать анимацию со звуковым сопровождением в стереорежиме. Пакет 3D Studio Max обладает уникальной возможностью под названием "история данных"; эта функция позволяет рассматривать любой этап работы независимо от того, как давно она была выполнена: минуты или месяцы назад. В программе реализованы также объемное освещение, генератор частиц и анимированные функции деформации. Для рендеринга применяется 64-разрядный механизм сканирования строк с полным гамма-контролем до 10 000 строк. Поддерживаются также механизмы рендеринга третьих фирм. Пакет 3D Studio Max, разработанный для создания профессионального видео, включает в себя средства инверсной кинематики, ротоскопирования и цветокоррекции видео.

Изобилие программ при недостатке времени

Если вы решили с головой погрузиться в трехмерный мир, не бойтесь: он не так сложен, как может показаться на первый взгляд. Однако вы должны быть готовы часть своего времени потратить на выбор подходящего программного обеспечения и его освоение. Кроме того, необходимо вооружиться адекватными аппаратными средствами: быстрым процессором, большим объемом оперативной памяти и графическим ускорителем, которые окажутся достаточно производительными, чтобы программное обеспечение не "задыхалось".

Источники

Специальные 3D-приложения

Кроме приложений, предназначенных для выполнения основных операций моделирования и рендеринга, существуют также специализированные программы, которые могут повысить вашу производительность при решении специфических трехмерных задач. Например, есть несколько программ, которые позволяют раскрашивать поверхности объектов, созданных пакетами трехмерного моделирования. К ним относятся пакеты Detailer компании Fractal Design (449 долл., для Macintosh и Windows), MeshPaint 3D компании Positron (500 долл., для Windows), Media Paint компании Strata (695 долл., для Macintosh и Windows) и 4D Paint компании 4DVision (795 долл., для Windows). Все эти программы могут открывать файлы популярного формата DXF, в который делают вывод большинство трехмерных пакетов.

Пакет 3D Dizzy компании Vertigo (88 долл., для Macintosh) обладает новыми необычными возможностями. Эта программа позволяет импортировать модель, сгенерированную любым пакетом трехмерного моделирования, в популярные продукты компании Adobe, такие, как Photoshop, Premiere, After Effects или PhotoDeluxe. Dizzy позволяет изменять освещение, масштаб, цвет или текстуру модели при помощи любого из приведенных "плоских" приложений.

Пакет Poser 2 компании Fractal Design (249 долл., для Macintosh и Windows) содержит библиотеку объемных человеческих фигур в различных позах и одежде, позволяя перемещать их в определенную позицию, ориентировать камеру, менять освещение и выполнять рендеринг результатов. Время рендеринга изображения в программе измеряется минутами.

Пакет KPT Bryce 2 компании MetaTools (179 долл., для Macintosh и Windows) - это программа, которая специализируется на создании трехмерных ландшафтов. С ее помощью можно получать естественные и даже сверхъестественные композиции, используя возможности по описанию неба, освещения, поверхностей камней, рек, плато, заснеженных вершин и воды с отражениями. Эта отличная программа обладает странным пользовательским интерфейсом, но способна "выдать" поистине ошеломляющие результаты.

Существует несколько программ, которые разработаны специально для рендеринга трехмерного текста. Пакеты LogoMotion компании Specular International (149 долл., для Macintosh), Crystal Flying Fonts Pro компании CrystalGraphics (149 долл., для Macintosh и Windows), Font F/X компании DCSi (79 долл., для Windows) и Strata Type 3D (49 долл., для Macintosh) позволяют быстро и легко экструдировать и наклонять текст из шрифтов Type 1 и TrueType, а также применять к нему текстурированные поверхности, например металл. Кроме того, пакеты LogoMotion и Flying Fonts выполняют отличную анимацию шрифтов.

Пакеты PhotoSynthesis 1.0 компании SilverCreek Software (400 долл., для Macintosh) и Adobe Dimensions 3.0 (199 долл., для Macintosh и Windows) - это программы для тех пользователей, которым нужно создавать обычные модели (а не целые композиции) и у которых нет времени или необходимости осваивать сложные трехмерные приложения. В пакет PhotoSynthesis входит приложение RenderMan 1.35 компании Pixar, которое необходимо для выполнения рендеринга. (Обладатели пакета RenderMan могут приобрести PhotoSynthesis отдельно за 350 долл.) PhotoSynthesis включает обычные трехмерные примитивы, такие, как сферы, конусы и кубы, а также параболоиды, диски, кольца и объекты в форме песочных часов (называемые "гиперболоиды"). Из пакета PhotoSynthesis экспорт можно выполнять только в формат RenderMan Interface Bytestream (RIB); он не поддерживает формат метафайла QuickDraw 3D (3DMF) компании Apple.

В отличие от PhotoSynthesis пакет Adobe Dimensions может импортировать двухмерные иллюстрации из других программ. Продукт разработан по образу и подобию типичных иллюстративных приложений; если вы используете Illustrator или другие продукты компании Adobe, то работая с Dimensions, будет чувствовать себя как рыба в воде. Однако уникальным продукт делает его способность выполнять рендеринг трехмерных объектов в независимый от разрешения формат на базе языка PostScript, который можно использовать в любом двухмерном иллюстративном файле.

Во всех описанных программах для повышения производительности труда широко применяются "быстрые" сочетания клавиш. Большинство из этих пакетов разработаны с упором на легкость использования, так что даже новички не будут испытывать особых затруднений с их освоением. Поэтому, если вы сейчас часами сражаетесь с непокорной графической программой, пытаясь добиться правильного эффекта для трехмерного изображения, попробуйте найти пакеты, которые смогут справиться с подобной задачей гораздо быстрее.