99376

Сплайновое моделирование

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

В конечном итоге создание модели при помощи сплайнов трехмерных кривых сводится к построению сплайнового каркаса на основе которого создается огибающая трехмерная геометрическая поверхность Ключевые слова: MAX инструментарий объект визуализация INTERPOL интерполяция ПО отображение объекта переключатель radial сплайн параметр сечение длина оптимизация радиус b-spline меню vertex вершина сегменты списокgeometry геометрия выделенная вершина lathing sweep degree welding лофтинг Что такое сплайновые примитивы...

Русский

2016-09-12

564.28 KB

0 чел.

Лекция 5: 

Сплайновое моделирование

Аннотация: Один из эффективных способов создания трехмерных моделей - использование техники сплайнового моделирования. В конечном итоге создание модели при помощи сплайнов (трехмерных кривых) сводится к построению сплайнового каркаса, на основе которого создается огибающая трехмерная геометрическая поверхность

Ключевые слова: MAXинструментарийобъектвизуализацияINTERPOLинтерполяцияПОотображение объекта,переключательradialсплайнпараметрсечениедлинаоптимизациярадиусb-splineменюvertexвершинасегментысписок,geometryгеометриявыделенная вершинаlathingsweepdegreeweldingлофтинг

Что такое сплайновые примитивы

Сплайновые примитивы представляют собой такой же рабочий материал, как и простейшие трехмерные объекты, создаваемые в 3dsMax. Сплайновый инструментарий программы включает в себя следующие фигуры ( рис. 5.1):

  1.  Line (Линия);
  2.  Circle (Окружность);
  3.  Arc (Дуга);
  4.  NGon (Многоугольник);
  5.  Text (Сплайновый текст);
  6.  Section (Сечение);
  7.  Rectangle (Прямоугольник);
  8.  Ellipse (Эллипс);
  9.  Donut (Кольцо);
  10.  Star (Многоугольник в виде звезды);
  11.  Helix (Спираль).


Рис. 5.1. Простые сплайновые формы

В 3ds Max есть также дополнительные сплайновые объекты, которые отличаются сложной формой и гибкими настройками. Благодаря этому, изменяя значения параметров, можно получать объекты самой разнообразной формы. Объекты такой формы часто используются в архитектуре ( рис. 5.2).


Рис. 5.2. Усложненные сплайновые формы

  1.  WRectangle (Прямоугольник за стеной) - позволяет создавать закрытые сплайны, состоящие из двух концентрических прямоугольников.
  2.  Channel (С-образный) - позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы C, напоминающие канавки.
  3.  Angle (L-образный) - позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы L, напоминающие уголки.
  4.  Tee (T-образный) - позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы T.
  5.  Wide Flange (I-образный) - позволяет создавать закрытые сплайны в форме буквы I.

Чтобы создать сплайновый объект, перейдите на вкладку Create (Создание) командной панели , в категории Shapes (Формы) выберите строку Splines (Сплайны) и нажмите кнопку создаваемого примитива. Для создания сложных сплайновых объектов, находясь в категории Shapes (Формы), выберите строку Extended Splines (Усложненные сплайны).

Все сплайновые примитивы имеют схожие настройки. Например, каждый описанный объект содержит два обязательных свитка настроек: Rendering (Визуализация) и Interpolation (Интерполяция) ( рис. 5.3).


Рис. 5.3. Настройки сплайна Circle (Окружность)

По умолчанию сплайновые примитивы не отображаются на этапе визуализации и используются как вспомогательные объекты для создания моделей со сложной геометрией. Однако любой сплайновый примитив может выступать в сцене как самостоятельныйобъект. За отображение объекта в окне проекции и на этапе визуализации отвечает свиток настроек Rendering (Визуализация). Если установить флажок Enable In Renderer (Показать при визуализации), то объект на этапе визуализации становится видимым. Установленный флажок Enable In Viewport (Показывать в окне проекции) позволяет визуализировать сплайновый примитив в окне проекции с учетом формы сплайна, которую можно выбрать округлой или прямоугольной, установивпереключатель в положение Radial (Округлый) или Rectangular (Прямоугольный) ( рис. 5.4.).


увеличить изображение
Рис. 5.4. Один и тот же сплайн с округлым (слева) и прямоугольным (справа) типами сечения

При выборе округлого сечения сплайна ( Radial (Округлый)) толщина регулируется параметром Thickness (Толщина). Сплайнхарактеризуется также количеством сторон (параметр Sides (Количество сторон)) и углом их расположения ( Angle (Угол)). Минимальное количество сторон сплайна - 3 (такой сплайн имеет треугольное сечение).

В другом случае - при выборе прямоугольного сечения Rectangular (Прямоугольный) - устанавливаются значения Length(Длина) и Width (Ширина), определяющие толщину сплайна. Параметр Aspect (Соотношение) обозначает соотношение длины и ширины прямоугольного профиля сплайна. Если нажать кнопку с изображением замка, расположенную рядом с этим параметром, то при изменении длины или ширины профиля, автоматически будет изменяться и другой параметр так, чтобы их соотношение оставалось неизменным. При выборе прямоугольного сечения, как и при выборе округлого, есть возможность управлять параметромAngle (Угол).

Свиток настроек Interpolation (Интерполяция) определяет количество шагов интерполяции сплайна (количество сегментов между вершинами объекта). Установленный флажок Optimize (Оптимизация) служит для оптимизации сплайна.

Для сплайнов группы Extended Splines (Усложненные сплайны) доступны также дополнительные параметры, позволяющие определять форму их внешних и внутренних углов ( Corner Radius 1 (Радиус углов 1) и Corner Radius 2 (Радиус углов 2)).

Как работать с редактируемыми сплайнами

Любой сплайновый примитив можно преобразовать в так называемый Editable Spline (Редактируемый сплайн), который позволяет изменять форму объектов.

Внимание. В отличие от всех сплайновых примитивов, объект Linе (Линия) по умолчанию обладает всеми свойствами редактируемого сплайна, поэтому конвертировать его в редактируемый сплайн не имеет смысла.

Для преобразования сплайна в редактируемый щелкните на нем правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выберите команду Convert To>Convert to Editable Spline (Преобразовать>Преобразовать в редактируемый сплайн).

Совет. Можно не преобразовывать сплайновую фигуру в Editable Spline (Редактируемый сплайн), а назначить объекту модификатор Edit Spline (Редактировать сплайн). В результате применения этого модификатора объект наделяется всеми свойствами редактируемого сплайна.

Форма сплайнового объекта, преобразованного в редактируемый сплайн, может быть откорректирована на следующих уровнях субобъектов: Vertex (Вершина), Segments (Сегменты) и Spline (Сплайн). Для перехода в один из этих режимов редактирования выделите объект, перейдите на вкладку Modify (Изменение) командной панели и, развернув список в стеке модификаторов, переключитесь в нужный режим редактирования.

Совет. Переключаться между режимами редактирования можно при помощи кнопок в свитке Selection (Выделение), который присутствует в каждом режиме.

Редактируемый сплайн имеет большое количество настроек, которые позволяют вносить любые изменения в структуру объекта. Например, при помощи кнопки Attach (Присоединить) в свитке Geometry (Геометрия) настроек объекта вы можете присоединить к данному объекту любой другой имеющийся в сцене.

В режиме редактирования субобъектов Vertex (Вершина) можно изменить характер поведения кривой в точках изломов. Точки излома - это участки, в которых кривая изгибается. Они могут выглядеть по-разному: в виде острых углов или закругленных участков. Для каждой вершины можно установить свой тип излома. Для этого выделите одну или несколько вершин, щелкните правой кнопкой мыши в окне проекции и выберите один из вариантов: Smooth (Сглаженный), Corner (Угол), Bezier (Безье) или Bezier Corner (Угол Безье). Вершины, для которых выбран тип Bezier (Безье) и Bezier Corner (Угол Безье), имеют больше возможностей для управления формой, благодаря специальным маркерам, положение которых можно изменять ( рис. 5.5).


увеличить изображение
Рис. 5.5. Управление формой сплайна на уровне редактирования вершин

В зависимости от характера излома выделенные вершины по-разному отображаются в окне проекции - вершины типов Bezier(Безье) и Bezier Corner (Угол Безье) имеют специальные маркеры, с помощью которых можно управлять формой искривления.

Сплайн можно разбить в точках излома при помощи команды Break (Разбить) в свитке Geometry (Геометрия). В этом случае в точках излома вместо одной вершины будет образовано две, и вы получите сегменты сплайна, положение которых можно изменять независимо друг от друга.

В этом же свитке есть командa Attach (Присоединить), которая часто используется, если нужно создать один сплайновый объектна основе двух. Для работы с данной командой нужно выделить один из сплайнов, нажать кнопку Attach (Присоединить), после чего указать в сцене второй сплайн. Если необходимо создать один сплайн на основе нескольких, используется кнопка Attach Mult. (Присоединить несколько). После ее нажатия появится окно Attach Multiple (Присоединить несколько) со списком всех сплайнов, которые имеются в сцене ( рис. 5.6). В нем следует выбрать кривые, которые нужно присоединить к исходной, и нажать кнопку Attach (Присоединить).


Рис. 5.6. В окне Attach Multiple (Присоединить несколько) можно выбрать сплайны, которые нужно присоединить к исходной кривой

Превращение сплайнов в трехмерные объекты

Как мы уже говорили выше, на основе сплайновых фигур можно создавать сложные геометрические трехмерные объекты. Для этого используются модификаторы Lathe (Вращение вокруг оси), Sweep (Выгнутость), Extrude (Выдавливание) и Bevel(Выдавливание со скосом), а также составной объект Loft (Лофтинг). Рассмотрим наиболее часто используемые способы создания трехмерных объектов на основе сплайнов.

Создание поверхностей вращения

Если присмотреться к объектам, которые нас окружают, то можно заметить, что многие из них обладают осевой симметрией. Например, плафон люстры, тарелки, бокалы, кувшины, колонны и т. д. Все эти объекты в трехмерной графике создаются как поверхности вращения сплайнового профиля вокруг некоторой оси при помощи модификатора Lathe (Вращение вокруг оси). Этот модификатор назначается созданному сплайну, после чего в окне проекции появляется трехмерная поверхность, образованная вращением сплайна вокруг некоторой оси. Сплайновая кривая может быть разомкнутой или замкнутой ( рис. 5.7).


увеличить изображение
Рис. 5.7. Объект, созданный на основе сплайнового текста, к которому был применен модификатор Lathe (Вращение вокруг оси)

В области Direction (Направление) настроек модификатора Lathe (Вращение вокруг оси) можно указать ось, вокруг которой будет происходить вращение, а параметр Degrees (Градусы) определяет, на сколько градусов объект будет повернут вокруг выбранной оси в диапазоне от 0 до 360 .

В области Align (Выравнивание) находится три кнопки, каждая из которых по-своему выравнивает ось вращения относительно кривой: по минимальной координате ( Min ), по максимальной координате ( Max ) и по центру ( Center ).

Флажок Flip Normals (Обратить нормали) нужно установить, если поверхность, созданная в результате применения модификатора, имеет вывернутую форму. Установка этого флажка поможет избавиться от этого недостатка.

Флажок Weld Core (Выполнить сварку в центре) используется, чтобы уменьшить количество артефактов, возникающих в точках, через которые проходит ось симметрии.

Настройки модификатора позволяют установить тип поверхности, получившейся в результате вращения сплайнового профиля. Это может быть Editable Mesh (Редактируемая поверхность), NURBS Surface (NURBS-поверхность) или Editable Patch(Редактируемая патч-поверхность). Кроме этого, при создании объекта можно устанавливать угол вращения профиля в диапазоне от 0 до 360 .

Создание трехмерных объектов методом лофтинга

Для построения трехмерной модели методом лофтинга необходимо создать два сплайна. Одна трехмерная кривая определяет сечение модели, а вторая - траекторию, вдоль которой это сечение будет располагаться ( рис. 5.8). Самый простой пример модели, выполненной с помощью этого метода, - картинная рама. Для ее создания нужно использовать два сплайна: прямоугольной формы и с формой уголка. Прямоугольная кривая в этом случае определяет форму рамки, а замкнутый сплайн в виде уголка - сечение.


Рис. 5.8. Для получения этого объекта в качестве сечения модели использовался сплайн NGon (Многоугольник), а для определения траектории - сплайн Arc (Дуга)

Для создания модели методом лофтинга нужно выделить один из сплайновых объектов, после чего щелкнуть на кнопке Geometry(Геометрия) на вкладке Create (Создание) командной панели , в раскрывающемся списке выбрать строку Compound Objects(Составные объекты) и нажать кнопку Loft (Лофтинг). После этого следует нажать кнопку Get Shape (Получить форму) илиGet Path (Получить путь) и щелкнуть на втором сплайне. То, какую кнопку вы выберете, зависит от того, какую форму нужно получить.

Преобразование сплайна при помощи модификатора Sweep

Модификатор Sweep (Выгнутость) - еще один инструмент для превращения сплайна в трехмерный объект. Настройки любой трехмерной кривой, которая создается в 3ds Max, дают возможность визуализировать ее с круглым или квадратным сечением. Модификатор Sweep (Выгнутость) позволяет визуализировать сплайн со значительно большим количеством профилей. Среди них профили в форме уголка ( Angle (Угол)), канавки ( Channel (Канавка)), полукруга ( Half Round (Полукруг)), полой круглой трубки ( Pipe (Труба )), полой квадратной трубки ( Tube (Трубка)) и др. ( рис. 5.9). Профиль можно выбирать из спискаBuilt-In Section (Встроенные профили) свитка Section Type (Тип профиля) настроек модификатора.


увеличить изображение
Рис. 5.9. Поверхность, созданная в результате применения модификатора Sweep (Выгнутость) к сплайну Helix (Спираль) с использованием в качестве профиля сплайнового текста

Возможности модификатора не ограничиваются применением профилей-заготовок. В качестве профиля можно использовать сплайновый профиль, созданный вручную. Для этого необходимо установить переключатель в положение Use Custom Section(Использовать пользовательский профиль), нажать кнопку Pick (Выбрать) и указать сплайн в окне проекции.

Геометрическими размерами профиля, а также углами можно управлять, используя настройки свитка Sweep Parameters(Параметры выгнутости).

Модификатор Sweep (Выгнутость) очень удобно использовать для архитектурного моделирования. Например, с его помощью можно быстро добавить плинтус, карнизы, оконные рамы и прочие элементы интерьера в трехмерную комнату.

Метод создания трехмерных объектов с помощью этого модификатора напоминает способ лофтинга.

Модификаторы Extrude и Bevel

При создании трехмерных моделей часто используются стандартные модификаторы Extrude (Выдавливание) и Bevel(Выдавливание со скосом), которые схожи по своему действию и применяются к любой сплайновой форме. Результатом действия этих модификаторов на сплайн является поверхность, созданная сечением выбранной сплайновой формы.

Разница между этими модификаторами заключается в том, что при использовании Bevel (Выдавливание со скосом) можно дополнительно управлять величиной скоса выдавливаемых граней. Кроме того, модификатор Bevel (Выдавливание со скосом) позволяет применять трехуровневое выдавливание, с помощью которого можно придавать красивую форму краям выдавленной фигуры.

Главной настройкой модификаторов Extrude (Выдавливание) и Bevel (Выдавливание со скосом) является амплитуда выдавливания. Для модификатора Bevel (Выдавливание со скосом) - это параметр Height (Высота), а для Extrude(Выдавливание) - Amount (Величина). Величину скоса задает параметр Outline (Масштаб) ( рис. 5.10).


увеличить изображение
Рис. 5.10. Поверхность, образованная после применения к сплайновому тексту модификатора Bevel (Выдавливание со скосом)

Модификатор Bevel Profile

Действие модификатора Bevel Profile (Выдавливание со скосом по заданному профилю) можно считать чем-то средним между модификатором Bevel (Выдавливание со скосом) и составным объектом Loft (Лофтинг). Он выдавливает сплайновую форму, используя в качестве профиля скоса другой сплайн, который указан в его настройках. На рис. 5.11 показана поверхность, созданная в результате воздействия модификатора Bevel Profile (Выдавливание со скосом по заданному профилю) на объект Circle(Круг) с использованием в качестве профиля сплайна Star (Многоугольник в виде звезды).


увеличить изображение
Рис. 5.11. . Поверхность, созданная в результате воздействия модификатора Bevel Profile (Выдавливание со скосом по заданному профилю)

Этот модификатор, как и Bevel (Выдавливание со скосом), чаще всего используется для создания объемного текста. В отличие отBevel (Выдавливание со скосом), он не имеет настроек, которые определяют величину скоса. В большинстве случаев для работы с модификатором достаточно использовать только кнопку Pick Profile (Выбрать профиль). Нажав ее, можно указать в окне проекции сплайн, который будет использоваться в качестве профиля скоса.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29133. Прекращение права собственности 39.5 KB
  Прекращение права собственности – право прекращающие юридические факты которые могут быть связаны с действиями по отчуждению имущества с событиями смерть. Классификация прекращения права собственности: Добровольная – собственник передает это право другому лицу на основании различных договоров административных актов а также при отказе его от права собственности гибели или уничтожении имущества и при утрате права собственности на имущество. Принудительная – обращение взыскания на имущество по обязательствам на основании решения суда...
29134. Отступное в гражданском праве 29.5 KB
  По какимлибо причинам вы ничем кроме честного слова должника свой договор не обеспечили. Пришел час расплаты а денег у должника нет. Первый подать в суд потребовать продажи имущества должника и обязать его расплатиться с вами деньгами вырученными от продажи его имущества. Получив имущество вы отступаете от должника со своими требованиями о возврате долга.
29135. Прекращение обязательства зачетом. Недопустимость зачета 27 KB
  Обязательство прекращается полностью или частично зачетом встречного однородного требования срок которого наступил либо срок которого не указан или определен моментом востребования. Не допускается зачет требований: если по заявлению другой стороны к требованию подлежит применению срок исковой давности и этот срок истек; о возмещении вреда причиненного жизни или здоровью; о взыскании алиментов; о пожизненном содержании; в иных случаях предусмотренных законом или договором. Зачет производится если требование возникло по основанию...
29136. Новация 26 KB
  Новация. Новация обязательство прекращается соглашением сторон о замене первоначального обязательства существовавшего между ними другим обязательством между теми же лицами предусматривающим иной предмет или способ исполнения. Новация не допускается в отношении обязательств по возмещению вреда причиненного жизни или здоровью и по уплате алиментов. Новация прекращает дополнительные обязательства связанные с первоначальным если иное не предусмотрено соглашением сторон.
29137. Понятие и виды договоров. Существенные условия договора 29.5 KB
  Существенные условия договора. К договорам применяются правила о двух и многосторонних сделках. Граждане и юридические лица свободны в заключении договора. Условия договора определяются по усмотрению сторон.
29138. Толкование договора 22 KB
  Толкование договора. Форма договора закрепляет и правильно отражает согласованное волеизъявление участников договора. Форма для того и нужна чтобы правильно выражать и закреплять согласованное волеизъявление всех участников этого договора. Но как бы тщательно стороны при заключении договора ни работали над смыслом договора всетаки иногда встречаются определенные сложности в выявлении смысла этого договора и тех условий на которых заключен договор.
29139. Заключение договора. Заключение договора в обязательном порядке. Заключение договора на торгах 26.5 KB
  Заключение договора. Заключение договора в обязательном порядке. Заключение договора на торгах. Основные положения о заключении договора Договор считается заключенным если между сторонами в требуемой в подлежащих случаях форме достигнуто соглашение по всем существенным условиям договора.
29140. Оферта и ее виды 25 KB
  Офертой признается адресованное одному или нескольким конкретным лицам предложение которое достаточно определенно и выражает намерение лица сделавшего предложение считать себя заключившим договор с адресатом которым будет принято предложение.
29141. Акцепт и его виды 24.5 KB
  Акцептом признается ответ лица которому адресована оферта о ее принятии. Акцепт должен быть полным и безоговорочным. Молчание не является акцептом если иное не вытекает из закона обычая делового оборота или из прежних деловых отношений сторон. Виды акцепта: вексельный банковский чековый по ценным бумага.