Программа 3D Studio MAX версии 9.0 (в дальнейшем называемая просто МАХ 3.0) является собственностью компании Autodesk и разработана ее отделением - фирмой Discreet, специализирующейся на создании программных средств компьютерной графики и анимации.

Программа МАХ 9.0 относится к семейству программ трехмерной компьютерной графики или, как ее еще называют, ЗD_графики (3 Dimensional - трехмерная) и предназначена для синтеза отдельных изображений, имитирующих сцены из жизни реальных или вымышленных миров с фотографической детальностью и качеством, а также последовательностей кадров таких изображений, воспроизводящих движения объектов и называемых анимациями.

Вот лишь некоторые возможности, обеспечиваемые программой МАХ 9.0 при создании отдельных изображений и анимаций:

- моделирование геометрической формы любых трехмерных объектов - от простейших, наподобие сферы, цилиндра или прямоугольного параллелепипеда, до таких сложных по форме объектов природного происхождения, как тела животных, деревья или поверхность взволнованной воды;

- имитация физических свойств материалов объектов, таких как шероховатость, блеск, прозрачность, свечение и т.п., явлений многократного зеркального отражения и преломления световых лучей, атмосферных явлений, таких как дымка или туман, природных явлений, таких как снег, пламя или дым;

- имитация освещения трехмерной сцены практически для любых условий, от глубокого космоса до яркого солнечного дня, и визуализация моделируемых объектов на реальном фотографическом фоне с тенями, отбрасываемыми на этот фон;

- анимация практически всех параметров объектов: их формы, размеров, пространственного положения, цвета и характеристик материалов и т.п.;

- реализация различных способов управления перемещением или изменением свойств объектов в процессе анимации, обеспечивающих возможность достоверной имитации самых разных типов движений;

- создание связанных иерархических цепочек объектов и их анимация по методам прямой или обратной кинематики, когда движение одного объекта вызывает согласованные перемещения остальных объектов цепочки;

- моделирование постепенных превращений одних объектов в другие, отличающиеся по форме и внешнему виду (морфинг);

- моделирование динамических свойств движущихся объектов с учетом их соударений, сил тяжести, ветра или упругости;

Основными областями использования МАХ 9.0 являются:

- архитектурное проектирование и конструирование интерьеров;

- подготовка рекламных и научно-популярных роликов для телевидения;

- и компьютерная мультипликация и съемка игровых фильмов с фантастическими сюжетами;

- разработка компьютерных игр;

- подготовка иллюстраций для книг и журналов;

- художественная компьютерная графика, Web_дизайн;

- досуг и развитие пространственного воображения;

- судебно-медицинская экспертиза.

Термин объект (object) в МАХ 9.0 относится к любым элементам виртуального трехмерного мира, которые могут включаться в состав сцен и к которым могут применяться преобразования и модификаторы. Объекты МАХ 3.0 делятся на категории, разновидности и типы. Всего имеется семь категорий объектов: Geometry (Геометрия), Shapes (Формы), Lights (Источники света), Cameras (Камеры), Helpers (Вспомогательные объекты), Space Warps (Объемные деформации) и Systems (Системы), а также три отдельных типа объектов, не относящихся к данным категориям - Editable Spline (Редактируемый сплайн), Editable Patch (Редактируемый кусок) и Editable Mesh (Редактируемая сетка). За исключением объектов этих трех типов, все остальные объекты МАХ 9.0 являются параметрическими, то есть при создании приобретают определенный набор характеристических параметров, таких как координаты положения объекта, его размеры по длине, ширине и высоте, число сегментов или сторон и т.п. Эти параметры в дальнейшем можно легко изменять, поэтому в процессе создания объектов необязательно стремиться к обеспечению высокой точности.

Ниже приводится классификация основных объектов МАХ 3.0. Число типов используемых объектов может увеличиваться за счет применения дополнительных модулей.

В данную категорию входят объекты, предназначенные для построения геометрической модели трехмерной сцены и подразделяемые на следующие разновидности:

- Standard Primitives (Стандартные примитивы) - это трехмерные тела правильной геометрической формы, такие как параллелепипед, сфера или тор. В число стандартных примитивов исторически входит также объект, представляющий собой чайник с носиком, ручкой и крышкой (рис. 1);

- Extended Primitives (Улучшенные примитивы) - это также трехмерные тела, но обладающие несколько более сложной формой и характеризуемые большим числом параметров, чем стандартные примитивы. К их числу относятся такие объекты, как параллелепипед, цилиндр с фаской, многогранник и тороидальный узел;

Рис. 1. Стандартные примитивы

Compound Objects (Составные объекты) - это трехмерные тела, составленные из нескольких простых объектов, как правило, объектов-примитивов (рис. 2). В данную разновидность входят также объекты типа Loft (Лофтинговые) - трехмерные тела, которые строятся методом лофтинга, то есть путем формирования оболочки по опорным сечениям, расставляемым вдоль заданной траектории (рис. 3);

Рис. 2. Составные объекты

- Particle Systems (Системы частиц) - это источники множества мелких двумерных или трехмерных частиц, призванных имитировать такие природные объекты, как пыль, дым, снег, брызги воды, воздушные пузырьки или искры огня;

- Patch Grids (Сетки кусков) - это поверхности, состоящие из кусков Безье и создаваемые изначально как фрагменты плоскости прямоугольной формы. В дальнейшем форма и кривизна таких поверхностей может регулироваться за счет манипулирования управляющими точками. С помощью сеток кусков Безье удобно моделировать поверхности с плавно меняющейся кривизной;

Рис. 3. Объекты, построенные методом лофтинга

Рис. 4. Динамические объекты

- NURBS Surfaces (NURBS_поверхчости) - это поверхности, форма которых описывается неоднородными рациональными В-сплайнами (Non-Uniform Rational B-Splines - NURBS). В зависимости от типа NURBS_поверхностей они или проходят через все точки, заданные в пространстве сцены, или плавно огибают их. Такие поверхности наилучшим образом подходят для моделирования объектов сложной формы, свойственных живой и неживой природе;

- Dynamics Objects (Динамические объекты) - это специфическая разновидность стандартных объектов, позволяющая с легкостью моделировать два типа механических устройств: пружины и амортизаторы (рис. 4). Эти объекты не просто похожи на свои реальные прототипы по виду, при анимации они физически правдоподобно реагируют на действующие на них воображаемые силы;

- Doors (Двери) и Windows (Окна) - разновидности стандартных объектов, позволяющие с легкостью моделировать такие довольно сложные архитектурные элементы, как двери и окна различных типов, которые к тому же могут открываться и закрываться в процессе анимации.

К данной категории относятся различные типы линяй, образующих разомкнутые или замкнутые двумерные фигуры. Некоторые типы линий (например, спираль) могут размещаться не на плоскости, а в трехмерном пространстве. Формы используются в качестве заготовок, которые могут различными способами преобразовываться в трехмерные тела, и подразделяются на следующие разновидности:

- Splines (Сплайны) - это стандартные двумерные геометрические фигуры, такие как прямоугольник, эллипс или звезда, а также линии произвольной кривизны и контуры текстовых символов (рис. 5);

Рис. 5. Примеры двумерных сплайнов

- NURBS Curves (NURBS_кривые) - это разновидность линий, позволяющих строить плавные, не имеющие изломов кривые. NURBS_кривые или проходят через точки, обозначенные в пространстве сцены, или плавно огибают их.

В данные категории входят объекты, предназначенные для имитации различных источников освещения сцены и для наблюдения сцены через объективы воображаемых съемочных камер. На показано, как выглядят подобные объекты на экране МАХ 9.0.

Источники света и камеры могут быть нацеленными и свободными. Нацеленные источники света и камеры характеризуются наличием мишени (target) - точечного объекта, на который нацелена ось пучка световых лучей или линия визирования камеры. Свободные источники света и камеры не имеют мишеней.

В данную категорию входят объекты, которые не включаются в итоговое изображение сцены и предназначены для упрощения ее моделирования или анимации. Вспомогательные объекты делятся на следующие разновидности:

и Standard (Стандартные) - это объекты, используемые как вспомогательные при разработке и анимации геометрических моделей;

- Atmospheric Apparatus (Атмосферная оснастка) - объекты, предназначенные для локализации областей проявления эффектов окружающей среды;

- CameraMatch (Горизонт камеры) - это набор объектов, облегчающих согласование линии горизонта воображаемой съемочной камеры с линией горизонта фона сцены при визуализации моделей на фоне фотографии или кадров видеоклипа;

- VRML 1.0/VRBL и VRML97 - объекты, используемые при моделировании трехмерных сцен, предназначенных для экспорта в форматах языков описания виртуальной реальности.

В данную категорию входят объекты, предназначенные для имитации действия различных сил на геометрические модели или частицы, попадающие под влияние «силового поля». Это позволяет имитировать действие сил тяжести или ветра на системы частиц или, скажем, деформировать поверхность плоского объекта, изображающего воду, для моделирования ветровых волн или кругов от брошенного камня. Источники объемных деформаций изображаются в окнах проекций в виде условных значков, но не включаются в итоговое изображение сцены. В МАХ 9.0 имеется пять разновидностей объемных деформаций:

- Geometric/Deformable (Деформируемая геометрия) и Modifier-Based (На базе модификаторов) - различным образом деформируют геометрические модели объектов:

- Particles & Dynamics (Частицы и динамика) и Particles Only (Только частицы) - оказывают силовые воздействия на отдельные частицы в системах частиц, а также используются для имитации действия на объекты сил тяжести или ветра;

- Dynamics Interface (Динамическое окружение) - служат для оказания воздействий на динамические системы (так называются в МАХ 9.0 наборы объектов, для которых программ:) может, например, достоверно воспроизводить результаты столкновений с учетом сил упругости).

Каждый тип систем представляет собой совокупность связанных между собой объектов, снабженных набором параметров, обеспечивающих анимацию системы. Данная категория изначально предназначена для включения в нее объектов, создаваемых дополнительными программными модулями. В комплект поставки МАХ 9.0 входят три типа систем:

- Bones (Кости) - позволяет создавать иерархически связанные цепочки рычагов, напоминающих кости скелета и используемых при анимации моделей живых существ или механических устройств. Эти объекты не могут визуализироваться и видны только в окнах проекций;

Рис. 6. «Хоровод» из 20 объектов

- Ring Array (Хоровод) - позволяет создавать набор из заданного числа объектов, упорядочение расположенных по окружности указанного радиуса, и выполнять анимацию движений этих объектов (рис. 6);

- Sunlight (Солнечный свет) - позволяет создать источник параллельных световых лучей, имитирующий солнечное освещение, а также воспроизводящий движение солнца с учетом географического положения, времени года и суток моделируемой сцены.

К объектам типа Editable Spline (Редактируемый сплайн) относятся сплайновые кривые, не имеющие характеристических параметров, допускающих модификацию. В редактируемые сплайны могут быть преобразованы параметрические сплайновые формы, такие как Circle (Окружность), Ellips (Эллипс) или Rectangle (Прямоугольник). После такого преобразования параметрические объекты утрачивают свои характеристические параметры и могут модифицироваться только как сплайновые кривые на уровне вершин или сегментов. Кроме того, тип Editable Spline (Редактируемый сплайн) автоматически приобретают импортируемые сплайновые объекты, такие как формы DOS_версии программы 3D Studio, сохраняемые в файлах типа shp.

К объектам типа Editable Mesh (Редактируемая сетка) относятся геометрические модели трехмерных тел, представленных оболочками в виде сеток с треугольными или четырехугольными ячейками и не имеющих характеристических параметров, допускающих модификацию. Модификация формы таких объектов возможна только путем редактирования самой сетки на уровне вершин, ребер или граней. Любой параметрический трехмерный объект МАХ 9.0 из категории Geometry (Геометрия), кроме объектов разновидности Particle Systems (Системы частиц), может быть преобразован в объект типа Editable Mesh, (Редактируемая сетка). При этом такой объект перестает быть параметрическим и в дальнейшем должен модифицироваться как сетка. Кроме того, при импорте любых геометрических моделей трехмерных объектов, имеющих формат, отличный от формата МАХ 9.0, эти модели также преобразуются к типу Editable Mesh (Редактируемая сетка).

Объекты типа Editable Patch (Редактируемый кусок) могут создаваться на базе любых параметрических объектов категории Geometry (Геометрия), кроме объектов разновидностей Particle Systems (Системы частиц) и NURBS Surfaces (NURBS_поверхности). Кроме того, к типу Editable Patch (Редактируемый кусок) можно преобразовать объекты типа Editable Mesh (Редактируемая сетка). После преобразования в редактируемый кусок Безье любого параметрического объекта, например одного из стандартных или улучшенных примитивов, этот объект перестает быть параметрическим и должен модифицироваться как совокупность кусков Безье на уровнях соответствующих подобъектов - вершин, ребер или отдельных кусков.

Объекты, создаваемые в МАХ 9.0, живут и действуют в воображаемом, или виртуальном, трехмерном пространстве, существующем в памяти компьютера. Чтобы получить возможность видеть эти объекты на экране компьютерного дисплея, нужны специальные программные средства. Такими средствами в программе МАХ 9.0 являются окна проекций (viewports).

Общие сведения об окнах проекций

Трехмерные объекты не могут быть отображены на двумерном экране дисплея иначе как в виде проекций на плоскость. Чтобы эффективно пользоваться окнами проекций, необходимо представлять себе типы проекций, используемых в МАХ 9.0, их особенности и различия.

В МАХ 3.0 используются два вида проекций: параллельные (аксонометрические) и центральные (перспективные). При построении аксонометрической проекции трехмерного объекта его отдельные точки сносятся на плоскость проекции параллельным пучком лучей (рис. 7, а), а при построении центральной проекции - пучком лучей, исходящих из одной точки, соответствующей положению глаза наблюдателя (рис. 7, б).

Рис. 7 Аксонометрическая проекция строится с помощью параллельных лучей (а), а центральная - с помощью лучей, исходящих из одной точки (б)

Плоскость аксонометрической проекции располагается перпендикулярно всей совокупности проекционных лучей, а плоскость центральной проекции - перпендикулярно только одному, центральному лучу, соответствующему линии визирования сцены. При аксонометрической проекции не происходит искажения горизонтальных и вертикальных размеров, но искажаются размеры, характеризующие «глубину» объекта. При центральной проекции оказываются искаженными все размеры объекта. Примером перспективной проекции может служить любая фотография, сделанная обычным фотоаппаратом.

Частным случаем аксонометрических проекций являются проекции ортографические, при построении которых плоскость проекции выравнивается параллельно одной из координатных плоскостей трехмерного пространства, в котором размещена сцена. К ортографическим проекциям относятся знакомые вам по школьному курсу черчения «вид сверху», «вид слева» и т.п.

Перспективная проекция окружающего мира привычна и естественна для наших глаз, так как в жизни мы все предметы видим в перспективе. При такой проекции чем дальше объект расположен от глаз наблюдателя, тем меньше он кажется по размерам. При параллельной проекции размеры объектов на изображении не зависят от их удаления от глаз наблюдателя. Это непривычно, но очень удобно: можно точно сопоставлять размеры объектов, на каких бы расстояниях они ни находились.

Каждое окно проекции имеет рамку и имя, располагающееся в левом верхнем углу окна. Одновременно на экране МАХ 9.0 может присутствовать не более четырех окон проекций, расположение и размеры которых выбираются пользователем из числа заранее заготовленных вариантов. По умолчанию на экране МАХ 9.0 располагаются три окна ортографических проекций - Тор (Вид сверху), Front (Вид спереди) и Left (Вид слева), а также окно центральной проекции Perspective (Перспектива).

Из всех присутствующих на экране окон проекций только одно является активным, то есть находится в готовности к применению команд и инструментов МАХ 9.0. Рамка активного окна изображается белым цветом. Неактивные окна служат только для наблюдения за сценой. Для активизации окна проекции выполните одно из следующих действий:

- чтобы сделать окно активным, не заботясь о сохранении текущего выделения объектов сцены, щелкните левой кнопкой мыши в пределах окна на любой точке, кроме его имени;

- чтобы сделать окно активным, сохранив текущее выделение объектов, щелкните правой кнопкой мыши на любой точке окна, или щелкните левой кнопкой мыши на имени окна, когда курсор приобретет вид, соответствующий режиму активизации окна.

Все объекты сцены МАХ 3.0 размещаются в глобальной (World) системе координат. Условно можно считать, что ось Z этой системы направлена вертикально вверх, ось Х - вправо, а ось Y - в направлении от наблюдателя. Окна ортографических проекций МАХ 9.0 - Top (Вид сверху), Front (Вид спереди), Left (Вид слева) и т.п. - названы так именно по отношению к глобальной системе координат. Взгляд на сцену «спереди» означает наблюдение вдоль оси Y в ее положительном направлении. В соответствии с этим, например, на проекции «вид спереди» ось Х глобальной системы координат будет направлена вправо, ось Z - вверх по экрану, а ось Y - от наблюдателя, перпендикулярно экрану, как показано на рис. 8. На проекции «вид сверху» оси глобальных координат будут располагаться так: ось Х направлена вправо, Y - вверх по экрану, Z - на наблюдателя, перпендикулярно экрану. Плоскостями, на которых изображаются проекции объектов сцены, по умолчанию являются три плоскости, проходящие через оси глобальной системы координат. Для проекций «вид спереди» и «вид сзади» это будет плоскость ZX, проекций «вид сверху» и «вид снизу» - плоскость XY, а для проекций «вид слева» и «вид справа» - плоскость ZY.

Рис. 8. Положения осей глобальной системы координат виртуального трехмерного мира определяют понятия «сверху», «спереди», «слева» и т.п.

Координатная сетка, которая видна в окнах проекций после запуска МАХ 3.0, - это сетка соответствующей плоскости глобальной системы координат, Координатные плоскости глобальной системы координат носят название исходных координатных сеток (home grids). MAX 9.0 позволяет создавать вспомогательные объекты-сетки (Grid objects), которые могут располагаться под любым углом к плоскостям глобальной координатной системы. При этом имеется возможность построения ортографических проекций объектов сцены на плоскости, параллельные координатным плоскостям объектов-сеток.

В МАХ 9.0 поддерживаются следующие типы окон проекций:

- Тор (Вид сверху), Front (Вид спереди), Left (Вид слева), Back (Вид сзади), Right (Вид справа) и Bottom (Вид снизу) - шесть окон ортографических проекций объектов на плоскости, параллельные соответствующим плоскостям глобальной системы координат;

- Perspective (Перспектива) - окно центральной проекции, характеризующей вид сцены из точки, положение которой может изменяться пользователем;

- окно центральной проекции сцены на плоскость, перпендикулярную линии визирования съемочной камеры. Такие окна позволяют увидеть сцену из точки расположения каждой камеры и имеют имена, соответствующие именам камер, то есть по умолчанию Cameraft (Камерай), где # - порядковый номер камеры (01, 02 и т.д.);

- окно центральной проекции сцены на плоскость, перпендикулярную оси пучка лучей источника света. Такие окна позволяют увидеть сцену из точки расположения каждого направленного источника света или прожектора и имеют имена, соответствующие именам источников света, то есть по умолчанию Spot# (Прожектор#) или Direct# (Направленный#), где # - порядковый номер источника света (01, 02 и т.д.);

- User (Специальный вид) - окно аксонометрической проекции на плоскость, не параллельную координатной плоскости, демонстрирующее вид сцены под углом, который может изменяться пользователем;

- Grid (Top) (Сетка (Вид сверху)), Grid (Front) (Сетка (Вид спереди)), Grid (Left) (Сетка (Вид слева)), Grid (Back) (Сетка (Вид сзади)), Grid (Right) (Сетка (Вид справа)), Grid (Bottom) (Сетка (Вид снизу)) и Grid (Display Planes) (Сетка (Показ плоскостей)) - шесть окон ортографических проекций объектов на плоскости, параллельные соответствующим плоскостям системы координат объекта-сетки, и окно, отображающее конструкционную плоскость объекта-сетки, выбранную в разделе Display (Показывать) свитка параметров вспомогательного объекта-сетки;

- Shape (Форма) - окно ортографической проекции на плоскость, параллельную плоскости XY локальной системы координат выделенного двумерного объекта-формы, то есть плоскости, в которой располагается эта форма.

Каждое из окон проекций может иметь любой из поддерживаемых в МАХ 9.0 типов. Кроме того, в любом окне проекции может размещаться окно диалога Track View (Просмотр треков) или Schematic View (Просмотр структуры), что бывает удобно при отладке анимации сцены, а также окно Asset Manager (Диспетчер ресурсов) или MAXScript Listener (Редактор MAXScript).

Выполнение каких-либо действий в окне Track View (Просмотр треков), размещенном в одном из окон проекций, не ведет к переключению активного окна проекции. При размещении в окне проекции окон Track View (Просмотр треков), Schematic View (Просмотр структуры) или MAXScript Listener (Редактор MAXScript) имя окна отсутствует, и для вызова меню окна проекции необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши, установив курсор на любой участок панели инструментов (строки меню) окна диалога, размещенного в окне проекции, вне кнопок панели (команд меню).

При размещении в окне проекции окна диалога Asset Manager (Диспетчер ресурсов) меню окна проекции не вызывается, и для переключения типа окна следует использовать вкладку Layout (Компоновка) окна диалога Viewport Configuration (Конфигурация окон проекций).

Возможность отображать объекты с различными уровнями качества предусмотрена в МАХ 9.0 с целью обеспечения оптимального быстродействия при перерисовке изображения в окнах проекций на этапах разработки модели сцены и отладки анимации. МАХ 9.0 обеспечивает семь основных уровней качества отображения объектов в окнах проекций:

- Bounding Box (Габаритный контейнер) - объекты изображаются в виде описанных вокруг них параллелепипедов со сторонами, параллельными плоскостям глобальной системы координат.

- Wireframe (Каркас) - объекты изображаются в виде «проволочных каркасов», образованных видимыми ребрами между соседними гранями, не лежащими в одной плоскости.

- Lit Wireframes (Освещенные каркасы) - объекты изображаются в виде каркасов, тонированных в соответствии с направлением лучей источников света.

- Facets (Грани) - объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней.

- Facets + Highlights (Грани + блики) - объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней с добавлением бликов.

- Smooth (Сглаживание) - объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями.

- Smooth + Highlights (Сглаживание + блики) - объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями и с добавлением бликов. В любом из вариантов тонированного отображения объектов - Facets (Грани), Facets + Highlights (Грани + блики), Smooth (Сглаживание) или Smooth + Highlights (Сглаживание + блики) - может быть дополнительно включен режим Edged Faces (Контуры граней), чтобы одновременно с тонированными оболочками демонстрировались каркасы объектов.

При выборе вариантов Smooth (Сглаживание) и Smooth + Highlights (Сглаживание + блики) в окнах проекций могут демонстрироваться текстуры материалов, назначенных объектам, если применительно к данным материалам в Редакторе материалов будет включен режим Show Map in Viewport (Показать текстуру в окне проекции).

4. Cоздание Вилки с помощью 3DS Max.