Образовательная программа 6B06102 Информационные системы

• Название: Образовательная программа 6B06102 Информационные системы
• Анкор: komplex
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 66.14 Kb.
• Имя файла: LEKTsIONNYJ_KOMPLEKS_VAGO_IS_2_chast_6_semestr_1__1.docx
• Тип: Образовательная программа; #1083402

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС
Дисциплина VAGO 3217 − «Визуализация, анимация графических объектов»
Модуль RPIS 07 − «Разработка прикладных ИС»
Образовательная программа 6B06102 – «Информационные системы»
Факультет инновационных технологий
Кафедра информационно-вычислительных систем

2021

Тема 1 Общие сведения о трехмерной графике. Определение и сфера применения компьютерной трехмерной графики (2 час)
План лекции:

1. Сведения о трехмерной графике.

2. Сфера применения компьютерной трехмерной графики.

3. Программы з-х мерной графики.
Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объёмных объектов в трёхмерном пространстве.

Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например, в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации.

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;

• 
  текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);
  
• 
  освещение — установка и настройка источников света;
  
• 
  анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам;
  
• 
  динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом;
  
• 
  рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;
  
• 
  композитинг (компоновка) — доработка изображения;
  
• 
  вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или специальный принтер.
  

Существует 3 вида трехмерной графики:

- Полигональная.

- Аналитическая.

- Фрактальная.

Объект задается набором полигонов. Полигон - это плоский многоугольник. Каждый полигон задается набором точек. 3-мерный объект задается как массив или структура.

Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие, как:

• 
  Autodesk 3ds Max
  
• 
  Autodesk Maya
  
• 
  Autodesk Softimage
  
• 
  Blender
  
• 
  Cinema 4D
  
• 
  Houdini
  
• 
  Modo
  
• 
  LightWave 3D
  
• 
  Caligari Truespace.
  

Рекомендуемая литература [1-7]
Контрольные задания для СРС (темы 1) [1, 2, 6]

1.Что такое трехмерная компьютерная графика?

2. Где она используется?

3. Какие этапы создания трехмерной графики существуют?

4. Какие шаги необходимы для получения трехмерного изображения?

Тема 2. Основы компьютерного моделирования (2 час)

План лекции:

1. Понятие модели и моделирования.

2. Иерархия моделей.

3. Основные принципы моделирования.

4. Понятие компьютерной модели.

5. Общие требования, предъявляемые к моделям.
Модель - это такой материальный или мысленно представляемый, то есть информационный объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал, обладая его существенными информационными свойствами (качественно-логическими и количественно-математическими), то есть характером отношений между элементами изучаемого объекта и его отношений к другим объектам физической реальности, так, что изучение модели дает новые знания об объекте-оригинале.

Моделирование - процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез. Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей.

Иерархия моделей

 1. Пассивные системы - это системы, которые никак не влияют на процесс моделирования и процесс моделирования никак не влияет на целевую систему.

2. Управляемые системы - системы, в которых происходят реакции на внешнее управляющее воздействие.

3. Управляющие системы - системы, которые производят управление какими-либо процессами или объектами и имеющие обратные связи.

4. Интеллектуальные системы - распознающие системы с собственной системой принятия решений (инициативного действия), то есть такие системы, как правило, составляют "игровую систему" с другими подобными системами, самостоятельно моделируя ситуацию и отвечая на внешние воздействия соответственно собственной модели.

 Основные принципы моделирования

 1. Принцип информационной достаточности - При полном отсутствии информации об объекте построить модель невозможно. При наличии полной информации моделирование лишено смысла. Существует уровень информационной достаточности, при достижении которого может быть построена модель системы.

2. Принцип осуществимости - Создаваемая модель должна обеспечивать достижение поставленной цели исследования за конечное время.

3. Принцип параметризации - Некоторые подсистемы моделируемой системы могут быть охарактеризованы единственным параметром: вектором, матрицей, графиком, формулой.

4. Принцип множественности моделей - Любая конкретная модель отражает лишь некоторые стороны реальной системы. Для полного исследования необходимо построить ряд моделей исследуемого процесса, причем каждая последующая модель должна уточнять предыдущую.

5. Принцип системности - Исследуемая система представима в виде совокупности взаимодействующих друг с другом подсистем, которые моделируются стандартными математическими методами. При этом свойства системы не являются суммой свойств ее элементов.

 Понятие компьютерной модели

 Компьютерная модель - компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая абстрактную модель некоторой системы.

Компьютерные модели стали обычным инструментом численно-математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и проч. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для логико-аналитического исследования.

Общие требования, предъявляемые к моделям

 Модель должна обладать следующими внешними свойствами:

Актуальность. Это значит, что модель должна быть нацелена на текущие, предстоящие, важные проблемы для лиц, принимающих решения.

Результативность. Это значит, что полученные результаты моделирования могут найти успешное применение. Данное требование может быть реализовано только в случае правильной формулировки требуемого результата.

Достоверность. Это значит, что результаты моделирования не будут ложными, модель будет соответствовать моделируемому целевому объекту, процессу или системе. Данное требование тесно связано с понятием адекватности, то есть, если модель неадекватна, то она не может давать достоверных результатов.

Экономичность. Это значит, что эффект от использования результатов моделирования превышает расходы ресурсов на ее создание и исследование.

Внешние свойства выполнимы при условии обладания моделью внутренними свойствами.

Модель должна быть:

• существенной, т. е. пoзвoляющeй вcкpыть cyщнocть поведения системы, вcкpыть неочевидные, нетривиальные детали;

• мoщнoй, т. е. пoзвoляющeй пoлyчить шиpoкий набop существенных cвeдeний;

• пpocтoй, прозрачной для изyчeния и иcпoльзoвaния, лeгкo пpocчитывaeмoй на компьютере;

• открытой, т.е. позволяющей ее модификацию, расширение.

х
Рекомендуемая литература [1, С. 6-25; 2, С. 9-12; 6]
Контрольные задания для СРС (темы 2) [1,2,6]

1. Дайте понятие модели и моделирования.

2. Опишите основные принципы моделирования.

3. Изучите общие требования, предъявляемые к моделям.

Тема 3. Методы моделирования объектов (2 час)

План лекции

1. Понятие модели и моделирования.

2. Классификация моделей

3. Иерархия моделей.

4. Основные принципы моделирования.

5. Понятие компьютерной модели.

6. Общие требования, предъявляемые к моделям.

7. Основные этапы моделирования.

Основные понятия моделирования

Человек часто имеет дело с объектами, процессами и явлениями, недоступными для непосредственного восприятия. Причины этого могут быть разными:

молекулы слишком малы для наблюдения;

процесс формирования горных цепей на поверхности Земли идет слишком медленно;

условия в центре атомного взрыва исключают присутствие человека;

архитекторы, конструкторы, работники многих других профессий должны представлять себе объекты, которых еще не существует.

Модели позволяют в наглядной форме представить такие объекты, явления и процессы.

Модель — это представление исходного реального объекта, процесса и явления, отражающего определенные его особенности.

Процесс с создания модели называется моделированием.

Моделирование - это один из основных методов познания, который заключается в том, что, ввиду большой сложности реальных систем и процессов, исследуются их упрощенные копии, схемы образы, заменители или аналоги, которые и называют моделями.

Главное свойство модели — адекватность, т. е. соответствие моделируемым особенностям оригинала.

Способы классификации моделей зависят от того, какие признаки считать наиболее важными.

По области использования:

а) Учебные (глобус - учебная модель Земли)

б) Опытные (модель самолета для испытаний в аэродинамической

трубе)

в) Научно-технические (модель автомобиля)

г) Игровые (военные маневры - модель боевых действий)

д) Имитационные (Клавиатурный тренажер)

2) С учетом фактора времени:

а) Динамические – модель имеет временной параметр, т.е. отражает

свойства объекта во времени (раскачивающийся груз на нити).

б) Статические - не имеет временного параметра. Статическая модель в каждый момент времени дает лишь "фотографию" системы, ее срез (неподвижный груз на нити).

3) По способу представления:

а) Натурные модели реализуют физическое подобие объекта (макет, муляж), воспроизводят физические, геометрические и др. свойства объектов в материальной форме.

б) Информационные модели представляются описанием объекта, процесса или явления, отражают знания человека о моделируемом объекте. Представляют информационные объекты в образной и знаковой форме.

в) Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, кино-, фотопленке и т. п.). Широко используются в образовании (учебные плакаты) и науках, где требуется классификация объектов по внешним признакам (биология).

г) Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем).

Компьютерное моделирование

Исторически случилось так, что первые работы по компьютерному моделированию, или, как говорили раньше, моделированию на ЭВМ, были связаны с физикой, где с помощью моделирования решался целый ряд задач гидравлики, фильтрации, теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела 1 т.д.

Моделирование в основном представляло собой решение сложных нелинейных задач математической физики с помощью итерационных схем, и по существу было оно моделированием математическим.

Успехи математического моделирования в физике способствовали распространению его на задачи химии, электроэнергетики, биологии и некоторые другие дисциплины, причем схемы моделирования не слишком отличались друг от друга. Сложность решаемых на основе моделирования задач всегда ограничивалась лишь мощностью имеющихся ЭВМ.

Этапы моделирования

Этап 1. Постановка задачи.

Этап 2. Разработка модели.

Этап 3. Компьютерный эксперимент.

Этап 4. Анализ результатов моделирования.

Методы 3D моделирования

Методы трехмерного моделирования делятся на 3 вида:

Каркасное (проволочное) моделирование;

2. Поверхностное (полигональное) моделирование;

3. Твердотельное (сплошное, объемное) моделирование.
Рекомендуемая литература [5, Глава 1]
Контрольные задания для СРС (темы 3) [1..15]

1. Иерархия моделей.

2. Понятие компьютерной модели.

3. Основные этапы моделирования.
Тема 4. Текстурирование. Общее понятие о материалах. Текстурные карты (2 час)

План лекции

1. 
   Основы редактирования материалов
   
2. 
   Типы материалов
   
3. 
   Наложение текстур и операции с ними.
   
4. 
   Стандартные текстуры.
   
5. 
   Назначение текстур различным каналам материалов.
   

В 3DS Мax материалы следует представлять как практически "живые" вещи. Каждый материал индивидуален, обладает невероятной персональностью, эволюционирующей во времени. Материалы начинаются с достаточно простой базы, которую можно усложнять путем ветвления.

На самом глубоком уровне находится тип материала (Material type). Тип материала содержит все начальные каналы проецирования, от которых можно ветвиться - несколько запутанная концепция, поскольку большинство программ имеют эквивалент только одного "типа" материала. Используя в качестве примера 3DS Max, можно сказать, что весь его модуль Materials Editor на самом деле манипулирует с эквивалентом одного типа материала. Этот один тип в 3DS Мax эволюционировал в стандартный тип материала (Standard material type).

Material Editor имеет два вида: компактный и расширенный (имеет те же функции, но более удобен визуально). Для знакомства советуется использовать компактный вид.

Назначение материалов на объекты.

Назначать материалы объектов можно при помощи команды меню или перетаскиванием - это довольно быстрый способ. Когда вы назначаете материал, он становится «горячим» (hot). Это означает, что данный материал используется в сцене. Любые изменения «горячего» материала мгновенно влияют на объект, которому он назначен.

Типы материалов

В первом окне находится список материалов в виде таблицы сфер, нажимая на одну из них мы переходим к редактированию материала (рис. 1).

В первую очередь нужно выбрать тип материала, изначально выбрано Standart, далее присвоить материалу имя.



рис. 1

Основные типы материалов

Standard (Стандартный) — Обычный материал.
2. Architectural (Архитектурный) — Материал с расширенными настройками.
3. Blend (Смешиваемый) — Состоит из двух материалов, которые смешиваются друг с другом по определенной маске.
4. Composite (Составной) — Похоже на Blend, позволяет смешивать до 9 материалов с основным.
5. Double Sided (Двухсторонний) — Два материала, один - для передней стороны, другой - для задней
6. Ink 'n Paint (Нефотореалистичный) — очень интересный материал, имитирует 2D, эффект рисованности.
7. Matte/Shadow (Матовое покрытие/Тень) — Принимает только тени, сам материал прозрачен.
8. Mutti/Sub-Object (Многокомпонентный) — состоит из двух и более материалов, каждый материал соответствует своему ID и будет отображаться на полигонах с таким же ID.

Текстурирование – неотъемлемый этап 3D моделирования и визуализации трехмерного объекта. Создание текстуры и ее наложение на 3D модель определяют ее качество, реалистичность и точность. Однако, если разобраться с основными принципами текстурирования и правильно их применять, можно качественно и быстро текстурировать модели любой сложности.

С помощью наложения текстур можно легко и быстро создавать высококачественные материалы. Для этого можно использовать практически любые 2D изображения. Их можно создавать самому в графических редакторах или искать в Сети. Ниже мы разберем, как задавать свойства материала CoronaMtl с помощью текстур и различные способы настройки.

Прежде всего необходимо создать объект, на который будет применен материал с текстурами. Также сразу стоит создать пол и источник света для рендеринга. Для тестовой сцены в качестве пола используется Plane, а в качестве света CoronaLight. Объектом будет полусфера, на которую будет накладываться материал плетенной корзины (Рис. 5). Для удобства можно также поставить Standard Camera.

Перейдя в Material Editor, нажав клавишу «M» или кнопку на панели Main Toolbar, и создав материал CoronaMtl. Добавим все карты в рабочую область перетаскиванием картинок или создавая карту Maps – General – Bitmap.

Большинство карт свойств представлены в черно-белом виде. Если вам недостает как-либо карт, то можно назначить одну и ту же разным свойствам. Можно изменить их с помощью карт Color Correction и Output. Причем, назначить в любое из свойств можно и карту цвета Diffuse color, и она будет работать.

Работа с модификатором карты материала - UVW Map.

Для использования модификатора Unwrap UVW (Развертка UVW) создайте трехмерный объект и преобразуйте его в редактируемую сетку (полисетку) или примените к нему модификатор Edit Mesh (Правка сетки). При необходимости разметьте грани объекта с целью применения к нему многокомпонентного материала, назначив группам граней различные идентификаторы материала (ID).

Проецирование карт.

Выбор типа проецирования текстурных карт производится группой переключателей в разделе Mapping.

Ниже приводятся основные свойства и особенности типов проецирования: Planar - применяется к объектам типа плоскостей или им подобным. Проецирование текстуры без нежелательных искажений и деформаций происходит только в плоскости Alignment

Материал с трассировкой лучей.

Карта текстуры типа Raytrace позволяет генерировать эффекты зеркального отражения и преломления световых лучей, как показано на рис. 10.9, с большим визуальным правдоподобием, чем карта текстуры типа Reflect/Refract. Используемый при этом алгоритм трассировки лучей аналогичен тому, который применяется в случае использования материала типа Raytrace, рассмотренного в предыдущей главе.
Рекомендуемая литература [4, С. 147-216]
Контрольные задания для СРС (темы 4) [4, С. 147-216]

1. Редактор материалов.

2. Настройка базовых параметров материалов.

3. Создание материалов (пластик, металл, полировка, зеркало).

4. Материал с трассировкой лучей.

5. Основы редактирования материалов

6. Виды материалов

7. Текстурирование

Тема 5. Типы источников света и теней. Настройка освещения, теней и камер (2 часа)

План лекции

1. Освещение. Типы источников света.

2. Настройка теней.

3. Камеры в сцене.
Создание реалистичного освещения в сцене - одна из самых больших проблем при разработке трехмерной графики.

В реальности падающий луч света претерпевает огромное количество отражений и преломлений, поэтому очень редко можно встретить резкие, неразмытые тени.

Другое дело - компьютерная графика. Здесь количество падений и отражений луча определяется только аппаратными возможностями компьютера. До определенного момента в трехмерной графике преобладали резкие тени.

Сцена, с которой работает дизайнер, является лишь упрощенной физической моделью, поэтому визуализированное изображение далеко не всегда походит на настоящее. Но несмотря на это, освещение в трехмерной сцене все же можно приблизить к реальному.

Для этого нужно соблюсти два правила:

- установить источники света и подобрать их яркость (параметры) таким образом, чтобы сцена была равномерно освещена;

- задать настройки визуализации освещения.

Проблема освещения в изображениях возникла задолго до появления трехмерной графики. Первыми задачу правильного освещения решали художники и фотографы, позже - кинооператоры, теперь она стала насущной и для разработчиков трехмерной графики.

Самым распространенным способом является освещение из трех точек (трехточечная система). Такой подход удачен при освещении одного объекта (например, портреты в фотостудии), для сложных трехмерных сцен он может не подойти. Выбор освещения зависит от количества объектов, отражательных свойств их материалов, а также от геометрии сцены.

Для освещения также является важным, какой тип источника света используется. Например, направленный источник света позволяет сконцентрировать внимание на каком-то определенном объекте, а всенаправленный точечный источник - осветить сцену целиком.

Как правильно расставить источники света в сцене

Существует множество приемов, с помощью которых можно осветить сцену таким образом, чтобы скрыть мелкие недостатки и подчеркнуть важные детали.

Например, чтобы придать объем трехмерной модели, ее достаточно осветить сзади. При этом появится отчетливая граница, визуально отделяющая объект от фона.

Другой пример: если требуется осветить половину объекта, то вторая его половина должна быть также подсвечена источником света с малой интенсивностью. Иначе затененный участок трехмерной модели будет неестественно скрыт в абсолютной темноте. Особенно это будет заметно, если объект расположен темной стороной к стене. В этом случае свет должен отразиться от стены и слабо подчеркнуть контур затененной стороны объекта (так происходит в реальности).

Наряду с такими приемами существуют и общие рекомендации, как не нужно освещать сцену.

Настройка теней

Стандартные источники света (Spot, Direct и Omni) позволяют нам выбрать тип просчитываемых теней.

Рассмотрим следующие типы теней:

• 
  Advanced ray-traced shadows;
  
• 
  Area shadows;
  
• 
  Ray-traced shadows;
  
• 
  Shadow maps.
  

Shadow Map самый простой и нетребовательный к расчетным ресурсам тип теней. Очень высока скорость расчёта, но неспособность учитывать прозрачность объектов.

Отображение теней в окне проекции

До выхода 3ds Max 2008 просмотр теней был возможен только на визуализированном изображении. В последней версии программы появилась возможность просматривать тени в окне проекции, а также наблюдать за тем, как влияет изменение настроек источников света на конечный результат.

Для отображения теней задействуются возможности видеокарты. Соответственно, то, увидите ли вы тени, зависит от того, насколько она является мощной. Для отображения теней она должна поддерживать графическую архитектуру SM (Shader Model) 2.0 или более новую.

Отображение теней может происходить в двух режимах - Good (Хорошее) и Best (Наилучшее). Отличие этих режимов состоит в том, что во втором случае отображение теней происходит более качественно, с учетом прозрачности материала.

Если видеокарта поддерживает только стандарт Shader Model 2.0, вы сможете увидеть тени только в режиме Good (Хорошее), а наилучший вариант их отображения будет просто недоступен. Чтобы увидеть тени в режиме Best (Наилучшее), необходима поддержка графической архитектуры Shader Model 3.0.
Рекомендуемая литература [3, С. 152-160, 336-384; 4, С. 327-357]
Контрольные задания для СРС (темы 5) [3,4]

1. Типы источников света.

2. Отображение теней в окне проекции.

3. Атмосферные эффекты.
Тема 6. Анимация. Типы контроллеров анимации (2 часа)

План лекции

1. 
   Базовые инструменты управления анимацией
   
2. 
   Технология создания анимации на базе ключевых кадров
   
3. 
   Создание анимации в режиме автоматической установки ключевых кадров
   
4. 
   Создание анимации в режиме ручной установки ключевых кадров
   
5. 
   Редактирование ключей
   

Нередко моделирование, текстурирование и освещение сцены представляют собой лишь подготовительные этапы для более важного процесса — анимации. Анимация характеризуется изменением сцены во времени и в простейшем случае представляет собой автоматизированный процесс визуализации некоторой последовательности изображений, каждое из которых фиксирует определенные изменения состояния сцены. Эти изменения могут касаться положения объектов, их формы, свойств материалов объектов (цвет, блеск, прозрачность и пр.), состояния внешней среды и многих других компонентов сцены, допускающих анимацию.

Панель управления содержит кнопки для перехода с кадра на кадр, воспроизведения/остановки анимации, определения режима ее воспроизведения и создания ключей. Настройка режима воспроизведения анимации происходит в окне Time Configuration (Конфигурация шкалы времени) вызываемом щелчком по одноименной кнопке.

Частота кадров является одним из основных параметров анимации, поскольку от нее напрямую зависит продолжительность и плавность воспроизведения. По умолчанию в 3D Studio MAX установлен американский стандарт телевизионного сигнала (NTSC), который обеспечивает воспроизведение с частотой 30 кадров в секунду — это означает, что каждую секунду демонстрируются 30 кадров. При желании возможно использование европейского стандарта PAL (25 кадров в секунду) и киностандарта Film (24 кадра в секунду), а также пользовательского стандарта Custom, позволяющего задавать собственную частоту воспроизведения.

Технология создания анимации на базе ключевых кадров

Существует несколько различных способов анимации объектов сцены. Наиболее распространенным методом является создание анимации путем определения последовательности ключевых кадров, под которыми понимаются моменты времени, когда наблюдаются какие-либо события анимации, отображающие начало неких преобразований объекта. Например, на рис. 7 представлена условная схема движения объекта по криволинейной траектории с отображением ключевых и промежуточных позиций объекта. С каждым событием анимации связан свой ключ анимации, поэтому кадры, в которых созданы ключи анимации, считают ключевыми. Законы изменения анимации между ключами описываются математическими, графическими или алгоритмическими функциями и запоминаются в контроллерах анимации, автоматически назначаемых каждому изменяемому параметру объекта.

Создание анимации в режиме автоматической установки ключевых кадров

В качестве первого примера попробуем получить анимацию изменения масштаба обычного шара, когда шар вначале будет увеличиваться в размерах до некой максимальной величины, а затем так же плавно уменьшаться. Создайте новую сцену с шаром в центре. Задайте требуемую частоту кадров (в нашем случае 24 кадра в секунду), щелкнув на кнопке Time Configuration и установив для параметра Frame Rate (Кадровая частота) вариант Film. Укажите диапазон анимации, введя требуемые значения в полях Start Time (Начало анимации) и End Time (Конец анимации), — для примера будем считать, что анимация должна длиться 3 секунды, а частота кадров равна 24 кадрам в секунду, поэтому в создаваемой анимации должно быть 72 кадра — с 0-го по 71-й.
Рекомендуемая литература [4, С. 219-292]

Контрольные задания для СРС (темы 6) [4, С. 219-292]

1. Анимация на основе ключевых кадров.

2. Понятие времени в 3D Studio Мах.

3. Настройка скорости и продолжительности сцены.

Тема 7. Модуль Video Post. Композитинг (1 часа)

План лекции

1. 
   Назначение модуля Video Post.
   

2. Композитинг.
Назначение модуля Video Post

Основное назначение модуля Video Post — видеомонтаж, то есть постобработка.

В 3D Studio MAX видеомонтаж — это объединение результатов визуализации с файлами изображений и визуальными эффектами, что позволяет получать изображения либо анимации, которые обычным образом создать достаточно трудоемко — например анимации с эффектами свечения, горения и т.п.

Возможны следующие типы событий:

· Image Input Event (Событие ввода изображения) — обеспечивает ввод произвольного растрового изображения, например в качестве фонового изображения сцены;

· Scene Event (Событие сцены) — осуществляет ввод изображения, полученного при визуализации сцены;

· Image Layer Event (Событие слоя изображения) — позволяет определенным образом (например, с подключением альфа-канала либо маски) комбинировать два изображения (одним из них может быть результат визуализации сцены);
·Image Filter Event (Событие фильтра изображения) — применяется для назначения изображению (растровому либо полученному при визуализации сцены) визуального эффекта;

·Image Output Event (Событие вывода изображения) — позволяет указать файл, в который будут выводиться результаты видеомонтажа.

Спектр допустимых визуальных эффектов довольно широк, но наиболее часто применяются следующие эффекты:

• Lens Effects Flare — имитирует блики на объективе, появляющиеся в линзах камеры, направленной на яркий источник света

• LensEffectsFocus — позволяет размывать объекты, расположенные вне фокуса камеры, что обеспечивает большую реалистичность изображений.

• LensEffectsGlow — добавляет сияющую ауру вокруг указанного объекта и полезен, например, при создании взрывов, огня и т.п.

• LensEffectsHighlight — создает сверкающие блики в форме звезд; такие блики нередко наблюдаются у сверкающих объектов при ярком освещении (например, у ограненных кристаллов, льдинок и т.п.)

• Starfield — создает реалистичное изображение звездного пространства.

Композитинг

Под композитингом (от англ. compositing — компоновка) понимают получение целостного изображения путем совмещения двух и более слоев отснятых на видеопленку объектов.

В Video Post предусмотрены следующие методы композитинга слоев:

1) Adobe Premiere Transition Filter — позволяет использовать для смешивания событий переходы Adobe Premiere. Эффект перехода - это один из наиболее часто используемых инструментов видеомонтажа. Эффект перехода - это способ совмещения двух и более участков видео. Создание transition-эффекта происходит по тому же принципу, что и фотомонтаж в редакторе для работы с графикой. Переход позволяет одному кадру "красиво" перейти во второй, например, свернуться в самолетик и улететь, превратиться в гармошку.

2) Alpha Compositor — смешивает два события с учетом альфа-канала второго из них;

3) Cross Fade Transition — задает смену одного события другим через постепенное проявление (применение данного метода имеет смысл только при проигрывании нескольких кадров)

4) Pseudo Alpha — создает альфа-канал для изображения, указанного в нижнем событии, таким образом, что в нем окажутся полностью прозрачными все те пикселы, цвет которых совпадает с цветом левого верхнего пиксела исходного RGB-файла; данный метод применяется для удаления фонового цвета; позволяет объединить два изображения, не имеющих канала прозрачности

5) Simple Additive Compositor — смешивает слои, используя для определения уровня прозрачности значение интенсивности (HSV) изображения переднего плана, при этом области полной интенсивности (255) будут абсолютно непрозрачны, области нулевой и промежуточной интенсивности полностью прозрачны.

6) Simple Wipe — задает смену одного события другим путем его постепенного выдвигания в нужном направлении (применение данного метода имеет смысл только при проигрывании нескольких кадров).
Рекомендуемая литература [1..7]

Контрольные задания для СРС (темы 7) [1..7]

1. Типы событий в Video Post.

2. Визуальные эффекты в Video Post.

3. Методы композитинга.

Тема 8. Рендеринг. Модули визуализации (2 часа)

План лекции

1. Понятие рендеринга.

2. Модули визуализации.

Рендеринг (англ. rendering — «визуализация») — термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.

Примером визуализации могут служить радарные космические снимки, представляющие в виде изображения данные, полученные посредством радиолокационного сканирования поверхности космического тела, в диапазоне электромагнитных волн, невидимых человеческим глазом.

В компьютерной графике под рендерингом (3D-рендерингом) понимают создание плоской картинки — цифрового растрового изображения — по разработанной 3D-сцене.

Визуализатор представляет собой самостоятельную программу, встроенную в 3ds Мах, которая содержит алгоритмы и правила создания готовых изображений. Общий внешний вид сцены, способ и порядок распределения света, внешний вид материалов на объектах все это зависит от конкретного визуализатора.

Существует множество разнообразных визуализаторов. Каждый из них является универсальным, но по сложившейся практике определенные визуализаторы используются при создании определенных видов продукта.

Модули визуализации

Scanline. Визуализатор по умолчанию в 3ds Max. По своим характеристикам, инструментарию и возможностям он достаточно слаб. Выполнить сколько-нибудь реалистичную картинку в нем сложно. Данный визуализатор использует текстуры стандартного типа, стандартные источники света и съемочные камеры. Какие-либо настройки атмосферы сцены у него практически отсутствуют. Поэтому изображение создается быстро, но качество его гораздо ниже, чем у других визуализаторов. 

Mental ray — более усовершенствованный и сильный визуализатор. Его алгоритмы позволяют создавать сравнительно более реалистичные изображения. По основным характеристикам он является полной противоположностью стандартного Scanline: продолжительность процедуры визуализации достаточно высока (от нескольких минут до нескольких часов), в работе используются специализированные текстуры и источники света, присутствует эффект атмосферы в сцене. Большим достоинством этого визуализатора является то, что он изначально присутствует в 3ds Мах, т. е. его не надо отдельно устанавливать и подключать.
Рекомендуемая литература [4, С. 359-431]
Контрольные задания для СРС (темы 8) [1-7]

1. Рендеринг.

2. Типы визуализаторов, их использование.

Список рекомендуемой литературы
1. Шпаков, Петр Сергеевич. Автор, Юнаков, Юрий Леонидович. Автор, Шпакова, Мария Владимировна. Дата публикации, 2014. ISBN, 978-5-7638-2838-2.

2 Боресков, А. В. Компьютерная графика : учебник и практикум для прикладного бакалавриата / А. В. Боресков, Е. В. Шикин. — Москва : Издательство Юрайт134, 2019. — 219 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-9916-5468-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/433144 (дата обращения: 03.04.2022).

3. Миловская О.С. 3ds Max 2018. Дизайн интерьеров и архитектуры. Издательство Питер, 2018 г. твердый переплет, 400 страниц

4. Александр Г. Горелик. Самоучитель 3ds Max 2018, 2018.

5. Тозик, Меженин, Звягин: 3ds Max. Трехмерное моделирование и анимация на примерах (+CD). Подробнее: https://www.labirint.ru/books/340533/

6. https://wm-help.net/lib/b/book/120467185/75

7. https://compress.ru/article.aspx?id=19298