3D Studio MAX Изнутри

ГЛАВА 3

Методы трехмерного просмотра

Все в нашем мире имеет три размера, но мы обычно вынуждены представлять все в двух размерах. Независимо от того, рисунок ли это, фотография или экран компьютера, три размера превращаются в двухмерную плоскость. Работая при таких ограничениях, необходимо установить много соглашений для описания и проектирования объектов, которые требуется создать или отобразить. При компьютерном моделировании выполняется тот же анализ, которым на протяжении веков занимались чертежники, проектировщики и художники; но в отличие от них, у вас имеется динамический выбор способов просмотра своей информации в любой данный момент времени, поскольку информацию в пределах трехмерной модели можно просмотреть в любое время с любой выгодной точки. В этом смысле компьютерное моделирование больше всего похоже на скульптуру, но при создании скульптуры ее следует абстрагировать до сцены с двумя размерами. В результате возникает тенденция попеременного и одновременного использования традиционных и перспективных видов по мере перехода от чертежных методов к скульптурным.

Практически все, что было создано или создается, начинается с рисунка. Некоторые рисунки не представляют собой ничего более, чем набросок салфетки, в то время как другие требуют труда сотен инженеров. Независимо от того, что рисуется - простое зубчатое колесо или очень сложный самолет - нужен один или несколько рисунков, определяющих конструкцию. Большинство создаваемого в 3DS МАХ явно или косвенно появляется из рисунков. Наброски, который сделает режиссер студии, нужно будет интерпретировать, синьки и чертежи с размерами потребуется транслировать, а рисунки в цифровой форме (из других программ CAD) могут стать естественными шаблонами для создания ЗО-моделей в 3DS МАХ. В любом случае, знание терминов рисунка и способов их использования имеет важное значение, обеспечивающее возможность связывания традиционно созданной информации с компьютерной графикой. Вы увидите, что большинство стандартных соглашений о рисунках может относиться к работе в окнах 3DS МАХ, которые позволяют применять установленные методы конструирования во время просмотра в более естественной перспективе.

Ортографический просмотр

Большинство рисунков создаваемых элементов являются ортогональными - эти рисунки представляют собой виды предмета, сделанные точно под углом в 90° безо всякой перспективы. Ортографические виды играют важную роль ввиду того, что показывают точное соотношение между высотой и шириной. Все части предмета изображаются параллельно плоскости просмотра и предмет становится объемным в случае просмотра его в перспективе. На ортогональном изображении все имеет одинаковый масштаб, тогда как в перспективе приближенные предметы кажутся увеличенными, а удаленные - уменьшенными. Характерные для ортогонального изображения перпендикулярные виды образуют вокруг предмета "куб" (рис. 3.1).

Во многих случаях (например, при массовом производстве) детали изображаются в трех проекциях и, возможно, дополняются аксонометрическим видом. В других случаях (например, в архитектуре) стремятся показать все виды, даже если они избыточны, и дополняют их поперечными сечениями, чтобы показать соотношения между ними и структурные детали.

Виды проекций

#P3D Studio MAX определяет шесть ортографичсских проекций: сверху, снизу, спереди, сзади, справа и слева (для этого служат горячие клавиши Т, В, F, К, R, L), которые ортогонально связаны с мировыми (World) осями X, Y, Z. Эти термины похожи на используемые в массовом производстве, где имеет смысл описывать виды по отношению к объекту. В архитектуре для таких же видов используются другие термины, поскольку в строительстве применяется универсальная система ссылок. В терминах архитектуры виды сверху и снизу называются планами, а виды спереди, сзади, слева и справа называются профилями. Эта терминология показана на рисунке 3.2 по отношению к видам 3D Studio MAX. Термин "план" обычно сопровождается определением, для чего этот план (план этажа, план потолка, план местности, план крыши и т.д.), а названия профилей связаны с компасным направлением, по которому они обращены (север, юг, северо-запад и пр.). #PВид сбоку или профиль, который берется внутри пространства объекта, называется профилем интерьера и показывает только то, что можно видеть, стоя в этом пространстве. Если на виде также показана ширина окружающих/стен (и, может быть, структура) он называется секцией. Секция, в основном, является профилем объекта на данном его срезе, как будет показано позже в этой главе. Хотя часто трудно концептуализировать, секционные рисунки играют важную роль для создающего модель 3D Studio МАХ ввиду того, что являются совершенными формами для лофтинга. (Дополнительная информация о моделировании объектов лофтинга приведена в главе 10, "Создание объектов лофтинга".) В 3DS МАХ можно создавать динамический секционный вид своей модели за счет уточнения проекций отсечения камеры.

Аксонометрические виды

Когда виды отклоняются от перпендикуляра, они начинают каждый раз отображать более одной стороны и вид становится перекошенным. Виды такого типа называются аксонометрическими, а в 3DS МАХ они называются еще пользовательскими видами (User Views).

ПРИМЕЧАНИЕ

Аксонометрические пользовательские виды полезны ввиду того, что обеспечивают связь между параллельными линиями. Линии не превращаются в исчезающие точки, как это бывает при нашем ежедневном видении, но остаются параллельными. Связи легко идентифицировать, поскольку положение любой детали можно спроектировать обратно в любую другую область вида. На рисунке 3.3 вы обратите внимание, что характеристики каждого куба остаются параллельными, а относительный масштаб характеристик изменяется в соответствии с вращением.

Легко обнаружить, что пользовательские виды более предпочтительны по сравнению с видами перспективы, потому что элементы сцены пропорциональны друг другу, связи можно просто идентифицировать и элементы управления просмотром те же, что и для случая ортогональных видов. Несмотря на то, что иногда работа в перспективе может быть совершенно естественной, расстояние часто трудно оценить, а опция Zoom Window (изменить масштаб окна) отсутствует.

Просмотр перспективы и камеры

В повседневном смысле перспектива является видом объектов в глубину, как это воспринимается обычным человеческим зрением. Мы наблюдаем все вокруг себя в перспективе. Камеры, телевидение и фильм отображают мир на двухмерных плоскостях пленки, стекла или экрана так, как они его видят в перспективе. В то время, как эти устройства воспроизводят изображения автоматически, художники традиционно должны создавать собственную перспективу вручную, транслируя видимый трехмерный мир в двухмерную плоскость на бумаге или на холсте. Способ, в соответствие с которым художники создают перспективу, важно знать, понимать его влияние на композицию, а терминологию можно заменить той, которая применяется людьми, незнакомыми с компьютерной графикой. #PВ контексте рисунка перспектива относится к различным методам, созданным художниками для представления трехмерных объектов и создания перспективы на двумерной поверхности. Некоторые эмпирические, механические и основанные на конструкции методы используются ежедневно. Эти методы включают совершенно конкретные шаги и процедуры для создания перспективы, нарисованной от руки. К счастью, 3DS МАХ делает все это в окне Camera с большей точностью, чем может обеспечить большинство чертежников. Приведенное ниже рассмотрение относится к терминам перспективы, традиционно используемыми художниками для аналогии с камерой 3DS МАХ. В традиционной теории перспективы глаз наблюдателя помещается в отправную точку и смотрит на точку на расстоянии, которая называется центром видения. В 3DS МАХ это эквивалентно размещению камеры и ее мишени. Корреляция между двумя моделями показана на рисунке 3.4.

Линия, проходящая между вашим глазом и центром видения, часто называется линией взгляда. 3DS МАХ визуально рисует эту линию для соединения камеры и цели. Этот вектор отслеживает центр вашего зрения и показывает, что может видеть глаз. Если упомянутая линия блокируется объектом, невозможно увидеть то, что за ним находится. Эту линию взгляда можно использовать при просмотре сцены сверху до расположения своих камер и мишеней, зная то, что можно увидеть.

Линии взгляда могут проходить между вашим глазом и каждым объектом на сцене. Эти линии вычерчиваются на теоретической плоскости, которая подвешена между вами и сценой и называется плоскостью изображения. Для художника последнее эквивалентно листу бумаги, на котором рисуется сцена. Для 3DS МАХ - это каркас окончательного изображения и именно таковым является видовое окно Camera.

ПРИМЕЧАНИЕ

Высота вашего глаза (отправная точка) или расположение камеры является также высотой горизонта сцены. Линия горизонта вычерчивается через отправную точку параллельно плоскости грунта. Все линии, параллельные подложке, преобразуются в точки на горизонте. Горизонт можно считать бесконечно большой плоскостью, которая находится на расстоянии, всегда сохраняющем постоянную высоту от плоскости грунта. Когда объекты удаляются на расстояние, они кажутся лежащими на горизонте.

СОВЕТ

Горизонт является важным понятием, поскольку все горизонтальные линии (линии, которые лежат на плоскостях, параллельных плоскости грунта) визуально сходятся в исчезающие точки, расположенные на горизонте. Линии, лежащие на плоскостях ниже вашего глаза, сходятся в точку вверху на линии горизонта, а линии на плоскостях выше вашего глаза сходятся в точку внизу. Линии, которые расположены непосредственно на уровне вашего глаза, совпадают с горизонтом и рассматриваются как одна "линия". Понимая, что такое исчезающие точки, можно лучше расположить объекты внутри сцены и определить наилучшую точку, из которой их следует наблюдать. Исчезающие точки также имеют тенденцию притягивать глаз наблюдателя и в этой связи представляют интерес. Расположение их влияет на интенсивность композиции. #PУгол, под которым производится наблюдение от одной стороны до другой, называется конусом зрения или углом обзора, что эквивалентно полю обзора (FOV) в 3DS МАХ (рис. 3.5). При создании традиционных перспектив угол обзора часто равен 30° в каждую сторону от линии взгляда. В действительности это сделано из-за удобства использования треугольника с углами 30°-60°, а не из-за сохранения физической достоверности. Угол, при котором человеческий глаз может сфокусироваться, приближается к 45° - полю обзора, которое обеспечивают по умолчанию линзы 305 МАХ с размером 51.944 мм.

Одноточечная перспектива

Перспектива обычно описывается в соответствии с количеством первичных исчезающих точек, которые присутствуют на сцене. Мир, в котором мы живем, обычно основан на прямых углах. Вы пишете на прямоугольной бумаге, создаете объекты, состоящие из углов квадрата, строите большинство зданий перпендикулярно земле и размещаете их "квадратом к миру" на ортогональной сетке улиц и кварталов. Перспектива больше всего влияет на параллельные линии и прямые углы. В результате этого о перспективе принято говорить по отношению к простому кубу (рис. 3.6). Просмотр в одноточечной перспективе Приведенные ниже примеры относятся к рисункам игрушечного кубика, демонстрирующим различные принципы перспективы. При желании поэкспериментировать самостоятельно с видами загрузите сцену toyblok.max из CD-ROM.

1. Выберите File --> Open и затем toyblock.max из сопровождающего CD-ROM.
   Когда вы являетесь "квадратом" на стороне куба, перпендикулярные вам линии сходятся в точку на горизонте. Подобный эффект можно видеть в окне CameraOl, как показано на рисунке 3.6. Исчезающая точка на сторонах куба лежит на линии горизонта и совпадает с центром зрения. Другие линии куба имеют исчезающую точку на бесконечном расстоянии по обеим сторонам - таким образом исчезающей точки нет вообще. Эти линии не сходятся в точку и параллельны вам и вашему горизонту. Такой вид называется одноточечной перспективой, поскольку имеется только одна исчезающая точка.

2. Минимизируйте текущий вид с помощью нажатия на W или щелчка на пиктограмме Min/Max в нижнем правом углу.

3. Щелкните на пиктограмме Move и затем выберите камеру и ее цель в виде Тор.

4. На виде Тор переместите камеру на плоскости X,Y и отметьте результаты в видовом окне CameraOl.
   Вид камеры во время перемещения остается в одноточечной перспективе потому, что камера и мишень находятся на одном уровне и линия взгляда остается перпендикулярной грани куба. Одноточечная перспектива существует до тех пор, пока выполняются эти условия.

5. Нажмите на пробел, чтобы заблокировать свой выбор, и затем переместите камеру и мишень вокруг вида Front.

Линия взгляда камеры по-прежнему остается перпендикулярной кубу, поэтому результирующий вид остается в одноточечной перспективе.

Двухточечная перспектива

Если вы нс являетесь квадратом кубика, исчезающая точка имеется на каждой из двух видимых сторон. Эти исчезающие точки находятся вдали от камеры, на линии горизонта, слева от нее и справа. Результат можно просмотреть в видовом окне 2-Point Camera, показанном на рисунке 3.7. Такой вид называется двухточечной перспективой, поскольку теперь есть две исчезающие точки.

В то время, как одноточечный вид должен располагаться по перпендикуляру к одной из граней кубика, двухточечный вид можно сделать откуда угодно. Помните, что необходимо сохранять уровень линии взгляда (цель и камера должны находиться на уровне плоскости грунта), чтобы вертикальные линии оставались вертикальными. Чертежники могут совершенно просто определить расстояние с помощью двухточечной перспективы, потому что вертикальные плоскости остаются неизменными - это одна из причин, по которой двухточечная перспектива является наиболее общепринятой моделью перспективы, нарисованной вручную.

Изменение на двухточечную перспективу

Эффект двухточечной перспективы можно наблюдать посредством регулировки камеры в предыдущей сцене.

1. Разблокируйте свой выбор, нажав на пробел, и выберите только камеру в видовом окне Тор.

2. Перемещая камеру на виде Тор в плоскости X, Y, проанализируйте результаты в видовом окне CameraOl. Стороны блока, которые были параллельными, уменьшаются в перспективе. Теперь для сцены можно видеть две исчезающие точки - по одной на каждой стороне кубика. Также отметьте, что вертикальные стороны кубика остаются параллельными, поскольку при перемещении только камеры камера и цель остаются на одном уровне.

Трехточечная перспектива

Когда вы больше не смотрите на кубик вдоль линии взгляда, т.е. вы смотрите вверх и вниз, - вертикальные линии также сходятся в исчезающую точку. Такой результат можно наблюдать в видовом окне 3-Point Camera, показанном на рисунке 3.8. Все три плоскости кубика теперь имеют исчезающие точки, и такой вид с уверенностью можно назвать трехточечной перспективой. Вертикальные линии куба сходятся в исчезающую точку на линии, нарисованной по вертикали из центра зрения. Если смотреть вниз на точку, расположенную ниже горизонта, вертикальные линии кубика сходятся внизу. Эти линии сходятся вверху, когда вы смотрите на точку над горизонтом. Если смотреть на уровне горизонта, получается двухточечная перспектива.

Изменение на трехточечную перспективу

Трехточечная перспектива на текущей сцене легко получается следующим образом. Переместите выбранную камеру по вертикали в видовом окне Front. Стороны кубика, которые раньше были параллельными, теперь становятся наклонными и сходятся в исчезающую точку. При этом создается трехточечная перспектива, поскольку камера больше не находится на уровне линии взгляда на свою мишень.

Все линии имеют исчезающие точки. Показанный на рисунке 3.9 кубик имеет только три набора исчезающих точек, по одному для каждой группы его параллельных плоскостей.

В создаваемой сцене геометрия может иметь многочисленные углы и содержать сотни исчезающих точек. При рисовании такого рода сложных сцен чертежники и художники обычно сосредоточиваются на основных точках и делают аппроксимации для остальных. Каждая линия, которая параллельна плоскости подложки или равномерно опирается на пол, имеет исчезающую точку на горизонте. Если линии имеют вертикальный скос или наклон или наклонно выходят из плоскости грунта, они преобразуются в исчезающие точки, расположенные непосредственно выше или ниже горизонта. Как можно видеть, полная трехточечная перспектива иногда оказывается сложным испытанием. Именно эта сложность и является одной из причин, по которой художники предпочитают избегать подобных перспектив. Но не беспокойтесь об этом - 3DS МАХ позаботится о вычислениях и позволит потратить время только на композицию.

Понимание горизонтов

Основным понятием, которое следует помнить, является то, что уровень, на котором расположен ваш глаз, определяет горизонт. Из-за того, что данная высота для большинства людей отличается не более, чем на фут, их глаза будут наблюдать такой же горизонт, как и вы, если они находятся на такой же плоскости грунта, что и вы. Глаза толпы, таким образом, лежат на одной линии и находятся на уровне горизонта, как показано на рисунке 3.9. Если вы видите голову выше горизонта, вы знаете, что этот человек выше вас или он стоит на более высоком грунте. Если голова ниже горизонта, рост у этого человека меньше, чем у вас, или он стоит на более низком грунте.

Если уровень ваших глаз параллелен плоскости грунта, горизонт расположен совершенно по центру вида. Когда вы наклоняете голову и перемещаете центр своего зрения или камеру, горизонт в виде сдвигается вверх и вниз. При изменении положения горизонта в композиции, его высота от грунта не изменяется; он всегда находится на высоте вашего взгляда.

Очевидно, на компьютерной сцене линия горизонта имеется только в том случае, если на расстоянии существует достаточно объектов для определения этой линии. У большинства моделей нет достаточной геометрии, чтобы уменьшиться до естественного горизонта. Обычно для создания глубины и установления горизонта используется внешняя сцена. Будьте очень внимательны к линии истинного горизонта (высота вашей камеры) и линии горизонта, которую указывает фон. Если горизонты отдалены друг от друга, соответствующая сцена выглядит так, как будто она утонула в долине или вознеслась на возвышенность. Если подобные эффекты нежелательны, следует переместить свою камеру на уровень горизонта фона или отрегулировать изображение фона. На рисунке 3.10 показано, как перемещение головы вверх и вниз смещает горизонт, но не изменяет его соотношения с плоскостью грунта, что противоположно перемещению камеры на более высокий грунт.

Очень просто поместить в качестве фона изображение биржи только для того, чтобы обнаружить, что он не выровнен с высотой камеры - и чтобы определить, где находится линия горизонта. Объекты и линии на сцене правильно уменьшаются в перспективе, но исчезающие точки не попадают на горизонт. Это может показаться в некоторой степени тривиальным и иногда трудноуловимым, но большинство поймет, что изображение не вполне корректно.