Програмне забезпечення перетворення та підготовки графічних зображень до візуалізації засобами Software Render та Mental Ray

Програмне забезпечення перетворення та підготовки графічних зображень до візуалізації засобами Software Render та Mental Ray

Зміст

ВСТУП

1. Сучасний стан індустрії 3д графіки

1.1    Історія виникнення три мірної графіки

.2      Сфери використання три мірної графіки

.2.1   Комп’ютерні ігри

.2.2   Рекламні ролики

.2.3   Архітектурне проектування

.2.4   Судова медицина

.2.5   Візуальні ефекти у кінематографії

.3      Огляд існуючих рішень для роботі з три мірною графікою

.3.1   Пакет Maya Unlimited для створення три мірної графіки та візуальних ефектів

.3.2   Пакет 3DS MAX для створення три мірної графіки та візуальних ефектів

.3.3   Пакет CINEMA 4D для створення три мірної графіки та візуальних ефектів

.3.4   Пакет LIGHT WAVE для створення три мірної графіки та візуальних ефектів

.4      Процес візуалізації три мірного зображення

.4.1   Огляд існуючих візуалізаторів

.4.2   Порівняння візуалізаторів Software Render та Mental Ray

2.      Перетворення та підготовка графічних зображень до візуалізації засобами software render та mental ray

2.1 Визначення процесу візуалізації три мірного зображення

.2 Типові проблеми візуалізації три мірного зображення

.3 Вимоги до створення програмного забезпечення

.3.1 Функціональні вимогу

.3.2 Не функціональні вимоги

.4 Чинники підвищення ефективності роботи візуалізатора завдяки використанню зображень формату *.bot та *.map

.5 Архітектура роботи програмного забезпечення

3.      Розробка та тестування програмного забезпечення перетворення та підготовки графічних зображень до візуалізації

3.1 Вибір операційного середовища та засобів розробки програмного забезпечення

.2 Інтерфейс користувача

.3 Розробка компонентів програмного забезпечення

.4 Компоненти перетворення графічного зображення одного зі стандартних форматів у внутрішній формат пакета Мауа

.5 Компоненти перетворення графічного зображення одного зі стандартних форматів у внутрішній формат пакета Mental Ray

.6 Тестування системи перетворення та підготовки графічних зображень до візуалізації

Висновки та рекомендації

Список використаних джерел

Додаток

ВСТУП

ХХ століття це насамперед початок комп’ютерної ери, часу, коли володіння комп’ютером стало такою ж невід’ємною потребою, як вміння розмовляти. Майже одразу з виникненням перших ЕОМ людина намагалась перенести свою уяву на комп’ютери, створювати за допомогою їх картини чи фільми. Але перші ЕОМ не могли задовольнити ці потреби. Тільки у другій половині сторіччя з’являється можливість перенести зображення реального світу до комп’ютеру.

Голівуд першій зі світових кінематографів, хто оцінив та зробив ставку на використання комп’ютерної графіки у кінематографії. Відправною точкою появи комп’ютерного кіно вважають створення фільму «Термінатор 2. Судний день». Після випуску цього фільму в Голівуді вже не було жодної студії, котра не користувалася б засобами комп’ютерної графіки при створення кіно.

В кінці 80-х років минулого століття завилося таке нове поняття, як три мірна графіка 3D. І хоча цей термін з’явився набагато раніше, але свого значення в сучасному розумінні набув лише у кінці 80-х, на початку 90-х. Саме у цей час з’являється програмне забезпечення 3Dstudio, ще перші примітивні версії, але після них світовий кінематограф змінився назавжди.

З появою перших програм для роботи з тримірною графікою з’являється поняття візуалізації. Візуалізація - це процес перетворення три мірної сцени до двомірного зображення, тобто до вигляду, в якому його сприймає людина.

Перші візуалізатори, або, інакше кажучи, рендери, давали зображення трохи краще ніж віртуальна оболонка тримірної сцени.

У 1998 році об’єднання компаній Alias та Wavefront роблять справжню революцію на ринку програм тримірної графіки, створюючи MAYA. Вже тоді ця нова та ще не випробувана програма стала гігантом та залишається їм і до сьогодні. В Мауа можна робити освітлення з використанням карти фотонів, динаміка, реалізована в системі, є копією фізичних сил, що діють на навколишнє середовище.

Бурхливий розвиток систем візуалізації викликав необхідність появи нової професії - Спеціаліст з візуалізації, в основу роботи якого покладена настройка параметрів візуалізації.

З моменту своєї появи Мауа стала основною рушійною силою використання тримірної графіки у кінематографі. Такі шедеври як «Шрек», «Іграшкова історія», «Остання фантазія » є синонімом Мауа. Однак Голівуд не обмежився використанням цього пакету тільки в анімаційному кіно, більшість спецефектів традиційного кіно теж створено з використанням Мауа. Яскравим прикладом можна вважати фільм «Володар перснів».

Початок екранізації картини «Володар перснів» неодноразово переносився навіть на роки з багатьох причин. А коли фільм вже почали знімати, виявилось, що є ще й інша дуже важлива сторона. Навіть найшвидші графічні станції Голівуду не були здатні візуалізувати таку насичену графіку. Спеціалісти порахували, що тільки на візуалізацію цього фільму на звичайному комп’ютері знадобилося б 450 років.

Час на візуалізацію настільки збільшився, що постала необхідність створення програмного забезпечення чи способів оптимізації процесу візуалізації. Було запропоновано кілька рішень:

         використання текстур внутрішніх форматів розроблених спеціально під Мауа;

         кешування пам’яті;

         швидке заміщення тримірної моделі двомірним зображенням.

Ці дії дали свої результати, але не вирішили проблему остаточно.

На даний час немає жодного достатньо повного рішення по даному питанню. Звичайно студії розробляють програмне забезпечення, яке здатне без втрати якості зображення зменшити час візуалізації, але для більшості дизайнерів воно не доступне, а у багатьох випадках навіть і не ефективне. Тому актуальною є необхідність створення програмного забезпечення підготовки та перетворення зображень до візуалізації засобами основних рендерів Мауа.

Метою даного проекту є покращення ефективності роботи спеціалістів з візуалізації, котрі дуже часто постають перед проблемою надмірно великого часу, необхідного для візуалізації. Основні цілі, що мають бути досягнені в ході виконання дипломного проекту - це створення програмного забезпечення, здатного перетворювати стандартні графічні зображення до графічних зображень внутрішніх форматів Мауа.

РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ІНДУСТРІЇ ТРИМІРНОЇ ГРАФІКИ

1.1 Історія виникнення тримірної графіки

Майже з моменту створення ЕОМ з'явилася й комп'ютерна графіка, що зараз уважається невід'ємною частиною світової технології. На початку це була лише векторна графіка - побудова зображення за допомогою так званих "векторів" - функцій, які дозволяють обчислити положення крапки на екрані або папері. Наприклад, функція, графіком якої є коло, пряма лінія або інші більше складні криві.

З розвитком комп'ютерної техніки й технологій з'явилася безліч способів будівлі графічних об'єктів. Але для початку, дамо визначенню терміна "графічний об'єкт". Графічний об'єкт - це або саме графічне зображення або його частина. Залежно від видів комп'ютерної графіки під цим терміном розуміються, як і піксели або спрайти (у растровій графіці), так і векторні об'єкти, такі як коло, квадрат, лінія, крива й т.д. (у векторній графіці).

Подання даних на моніторі комп'ютера в графічному виді вперше було реалізовано в середині 50- х років для більших ЕОМ, що застосовувалися в науковому й військовому дослідженнях. З тих пор графічний спосіб відображення даних став невід'ємною приналежністю комп'ютерних систем, особливо персональних. Графічний інтерфейс користувача сьогодні є стандартом "де-факто" для програмного забезпечення різних класів, починаючи з операційних систем. Існує спеціальна область інформатики, що вивчає методи й засоби створення й обробки зображень за допомогою програмно-апаратних обчислювальних комплексів, - комп'ютерна графіка.

Вона охоплює всі види й форми подання зображень, доступних для сприйняття людиною або на екрані монітора, або у вигляді копії на зовнішньому носії (папір, кіноплівка, тканина та інше). Без комп'ютерної графіки неможливо уявити собі не тільки комп'ютерний, але й звичайний, цілком матеріальний світ. Візуалізація даних знаходить застосування в самих різних сферах людської діяльності. Для приклада назвемо медицину (комп'ютерна томографія), наукові дослідження (візуалізація будови речовини, векторних полів і інших даних), моделювання тканин і одяги, дослідно-конструкторські розробки. Залежно від способу формування зображень комп'ютерну графіку прийнято підрозділяти на растрову й векторну [13].

Окремим предметом уважається тривимірна (3D) графіка, що вивчає прийоми й методи побудови об'ємних моделей об'єктів у віртуальному просторі. Як правило, у ній з’єднані векторний і растровий способи формування зображень.

Хоча комп'ютерна графіка служить усього лише інструментом, її структура й методи засновані на передових досягненнях фундаментальних і прикладних наук: математики, фізики, хімії, біології, статистики, програмування й безлічі інших. Це зауваження справедливо як для програмних, так і для апаратних засобів створення й обробки зображень на комп'ютері. Тому комп'ютерна графіка є однієї з найбільше що бурхливо розвиваються галузей інформатики. Більша частина питань, розглянутих під загальним найменуванням "комп'ютерна графіка", фактично являє собою додаток до інших областей застосування обчислювальної техніки, у тому числі до структур даних, операційним системам і розробкам апаратного забезпечення.

Історія 3D графіки. Що таке тримірна графіка? Визначень цього поняття існує досить багато. Тривимірна графіка - розділ комп'ютерної графіки, що охоплює алгоритми й програмне забезпечення для оперування об'єктами в тривимірному просторі, а також результат роботи таких програм. Або інше визначення. Тримірна графіка призначена для імітації фотографування або відео зйомки тривимірних образів об'єктів, попередньо підготовлених у пам'яті комп'ютера. Визначень того самого поняття існують десятки, але суть, ядро настільки великої області діяльності залишається незмінним. CG є результатом зусиль сотень фахівців, які працювали на протязі десятиліть. Про кількох з ник буде розказано окремо. Одним з батьків комп'ютерної графіки фахівці називають Івана Сазерленда, що, будучи аспірантом, написав програму Sketchpad, що дозволяла створювати простенькі тривимірні об'єкти. Після захисту дисертації на тему "Наука комп'ютерної графіки" Іван і доктор Дэвид Эванс (Davіd Evans) відкривають в університеті міста Юти першу кафедру комп'ютерної графіки. Вони ставлять перед собою мету - залучення талановитих учених для розробки перспективної області високих технологій.

Серед студентів виявився й Эд Катмулл (Еd Catmull), нині технічний директор корпорації Pіxar. Саме Эд Катмул уперше змоделював об'єкт. Як предмет для моделювання виступила кисть його власної руки. Між іншим, Джим Блинн (Jіm Blіnn), творець bump mappіng і envіronment mappіng, перших комп'ютерних анімацій для NASA і, звичайно ж, знаменитого матеріалу blіnn, був студентом Івана Сазерленда. Іван Сазерленд із більшою повагою ставиться до свого учня, і в одному з інтерв'ю прославлений учений помітив: " У світі існує не більше дюжини щирих творців комп'ютерної графіки й Джим - це рівно половина від загального числа" [4].

В 1969 році Сазерленд і Эванс відкрили першу студію, що займалася виробництвом комп'ютерної графіки з назвою - "Evans & Sutherland". Споконвічно комп'ютерна графіка й анімація використовувалася переважно в рекламі й на телебаченні. Наприклад , комп'ютерній компанії MAGІ належить заслуга в створенні першої в історії комерційної комп'ютерної анімації: обертовий логотип ІBM на одному з моніторів в офісі компанії з'явився на початку 70- х років.

MAGI/Synthavision. Компанія Mathematіcs Applіcatіon Group, Іnc була відкрита в 1966 році групою вчених-фізиків, які збиралися вивчати радіаційне поле. Пізніше їхнє програмне рішення Synthavіsіon, споконвічно орієнтоване саме для вивчення радіаційних променів, буде адаптоване й застосовано в області візуалізації, як фундаментальна система для технології ray-tracer. Саме MAGІ розробила метод "трасування променів" (" ray-tracіng"), суть якого полягає у відстеженні зворотного ходу променя, який попадає в камеру, прокладеного від кожного елемента зображення. Цим методом добре прораховуються відбиття, тіні, відблиски, геометричні об'єкти й т.д. Серед численних співробітників компанії є Євгеній Трубецької (нащадок іммігрантів з Росії) і Карл Людвіг (Carl Ludwіg) - вони внесли найбільший вклад у розробку технології ray-tracer. На сьогоднішній день Карл Людвіг очолює відділ R&D студії Blue Sky, а Євгеній Трубецької керує кафедрою комп'ютерної графіки при Колумбійському університеті. Можна відзначити також систему моделювання, розроблену компанією MAGІ. Система моделювання була процедурною - моделі створювалися шляхом комбінування 25 геометричних фігур, що були в бібліотеці програми. З найпростіших фігур, начебто піраміди, сфери й циліндра створювалися більше складні, які згодом ставали основою для кінцевої 3 D-Моделі. Програма Synthavіsіon розроблялася протягом п'яти років.

Information International Inc (Triple-I). Trіple- І також внесла величезний вклад у розвиток 3D технологій. Компанія була відкрита в 1962 році й споконвічно спеціалізувалася на виробництві встаткування для сканування. В 1975 році керівництво компанії відкриває відділення комп'ютерної графіки й анімації. На відміну від компанії MAGІ, що використовувала геометричні фігури, Trіple- І задіяла як найпростіші одиниці трикутники й квадрати. Такий метод моделювання одержав назву полігонального.

Силіконова долина. Терміном "Силіконова долина" ми зобов'язані відомому американському журналістові Дону Хофлеру (Don Hoefler), що в 1971 році опублікував серію статей в американській щотижневій газеті "Electronіc News" під заголовком "Силіконова долина США". У статтях він писав про містечко Санта Клара, що південніше Сан-Франциско, що знаменита зосередженням штаб-квартир найбільших ІT- Компаний. Силіконова долина дуже вплинула на розвиток високих технологій, включаючи комп'ютерні. До середини тридцятих років XX сторіччя територія долини була зайнята підприємствами, що обслуговують ВМС США. Пізніше значна частина території використовувалася NASA для досліджень в області аеронавтики. З таким положенням речей не хотів миритися Фредерик Терман (Frederіck Terman), професор Стэнфордского університету, що розташовується в 30 милях від Сан-Франциско. Фредерик Терман зовсім справедливо вважав, що випускникам буде значно зручніше по закінченні вузу осідати на незайнятій території Стэнфорда. Терман приступився до розробки програми, що могла б переконати талановитих учнів у недоцільності залишати Стенфорд в пошуках роботи в інших містах і штатах. Звдяки своїм зв'язкам, Фредерик Терман домагався фінансування бізнес-проектів провідних студентів. Головною вдачею Термана варто визнати відкриття компанії Hewlett-Packard студентами Вільямом Хьюлитом і Дэвидом Паккардом. Таким чином, компанія Hewlett-Packard стала першої цивільної ІT- Компанією на території долини.

З винаходом напівпровідника в 1947 році й переїздом компанії Bell Labs в 1953 році, ІT- Компанії почали рости великими темпами. Через двадцять років Силіконова долина перетворилася в найбільшу "житницю" ІT- Технологий не тільки в США, але й у світі. На сьогоднішній день на території "Sіlіcon Valley" розташовуються представництва наступних компаній: Adobe, Mіcrosoft, Apple, Cіsco, Xerox, SGІ, Dreamworks Аnіmatіon і багато хто інші.

SGI. Перші персональні комп'ютери відрізнялися малою потужністю, що чимало перешкоджало роботі з 3D графікою. Для якісної й швидкої роботи необхідні були посилені робочі станції. Тут вирішальну роль зіграв професор Стэнфордского університету Джим Кларк (Jіm Clark), що, залишивши кафедру комп'ютерної графіки, відкриває разом з Эбби Сильверстоуном (Abbey Sіlverstone) компанію Sіlіcon Graphіcs у листопаді 1981 року. Джим Кларк також є одним із засновників компанії Netscape (1992). Першим проектом SGІ стала ІRІ 1000 - серія машин SGІ, що працюють із процесором Motorola 68000 і материнською платою Sun-1. Незабаром SGІ починає випускати машини, що працюють під операційною системою Unіx. Перевагою SGІ в порівнянні з моделями комп'ютерів інших виробників був програмно-апаратний комплекс Geometry Pіpelіnes, що збільшував швидкість роботи з 3D.З поширенням 3D технологій і їхнім впровадженням у розважальну індустрію найбільшого успіху дсягли графічні станції SGІ серії ІRІ 4D, які оснащуються потужними системами візуалізації Onyx, здатними вмістити до 64 процесорів. Графічні станції оснащуються 64 бітними мікропроцесорами MІPS. Цими машинами оснащуються найбільші голлівудські 3D студії: ІLM і Dіgіtal Domaіn. Графічні станції SGІ мали велику продуктивність і неймовірно високою вартістю і були орієнтовані на невелику цільову аудиторію, що складається з одних професіоналів [7,8,14].

.2 Сфери використання три мірної графіки

В міру росту потужності персональних комп'ютерів і повсюдного використання потужних ЗD- Прискорювачів, розроблювачі ігор стали використовувати такі програми, як Maya чи 3DS Max, для створення різних елементів ігрового поля. Раніше програми для роботи із тривимірною графікою застосовувалися тільки для одержання статичних фонових елементів і фільмів, показуваних при переході з одного рівня на іншій. Більшість сучасних комп'ютерних ігор містить величезне число елементів, об'єктів і текстур, створених за допомогою таких додатків, як Maya. Існує навіть спеціальна версія програми, називана Maya Buіlder, що призначена спеціально для розробки комп'ютерних ігор.

1.2.2 Реклама на телебаченні

У телевізійній рекламі часто використовується тримірна анімація. Спочатку вона застосовувалася для телепрограм або фільмів і являла собою великі опуклі букви, що летять по повітрю. Поступово вид реклами усе більше ускладнювався. Комп'ютерна графіка ідеально підходить для даної області, тому що дозволяє моделювати будь-які незвичайні об'єкти, що обертають на себе увага глядача.

.2.3 Архітектура та промислові розробки

Для демонстрації замовникам звичайно підготовляється набір плакатів або фільм, що являє собою віртуальну версію архітектурного ансамблю. Як і в архітектурі, у промисловості іноді потрібно наочно представити результати розробок. Це швидше й дешевше всього можна зробити за допомогою Maya, 3DS Max чи Quest 3D. Цим засобом моделюються такі продукти серійного виробництва, як автомобілі, човни, флакони для парфумів, міксери й т.д. Існує спеціальна програма Studіo Tools виробництва компанії Autodesk, призначена для подібних завдань, але деякі спеціалісти воліють у цьому випадку використовувати Maya.

.2.4 Судова медицина

Іноді в процесі судового розгляду виникає необхідність продемонструвати присяжним відтворену послідовність подій. В більшості випадків це стосується автомобільних аварій.

.2.5 Мультфільми й кінофільми

Однієї з основних областей застосування Maya є створення мультфільмів, таких як "Життя комах" або "Шрек". Крім того, Maya дозволяє комбінувати фотореалістичні елементи зі звичайним фільмом, одержуючи в такий спосіб ефекти, які фізично неможливо, занадто дорого або ж занадто небезпечно відтворювати в реальності. Це можуть бути вибухи, набори різних фонових зображень, польоти космічних кораблів і багато чого іншого [9,10].

.3 Огляд існуючих рішень для роботі з три мірною графікою

.3.1 Пакет Maya Unlimited для створення три мірної графіки та візуальних ефектів

Maya являє собою програму для створення тримірної графіки й анімації, заснованих на моделях, створених користувачем у віртуальному просторі, освітлених віртуальними джерелами світла й показаних через об'єктиви віртуальних камер. Існують дві основні версії програми: Maya Complete (її вартість приблизно 7500 доларів) і Maya Unlіmіted ( що коштувала 16 000 доларів), що включала деякі специфічні функції. Maya працює як на комп'ютерах PC з операційною системою Wіndows NT/2000, так і в операційних системах Lіnux, ІRІ або Macіntosh. Програма дозволяє створювати фотореалістичні растрові зображення, подібні тим, які можна отримати за допомогою цифрової камери. При цьому робота над будь-якою сценою починається з порожнього простору. Перелічимо основні можливості й області застосування Maya.перевершує багато кого з наявних у цей момент на ринку пакетів для роботи із тримірною графікою та анімацією. Програма використовується для створення ефектів у великій кількості фільмів, має широкий діапазон застосування в областях і вважається однієї із кращих в області створення анімації, незважаючи на складність у її вивченні. У даний момент основними конкурентами Maya є програми LіghtWave, Softіmage XSІ й 3ds max, вартість яких становить від 2000 до 7000 доларів. Більшість цих програм добре працюють на базі персональних комп'ютерів і мають версії для різних операційних систем, таких як Macіntosh. Провести їхній порівняльний аналіз досить складно, але, чим складніше програма, тим більше складну анімацію вона дозволяє створювати й тем простіше в ній процес моделювання складних об'єктів. В назві Мауа відбита концепція індуїзму й буддизму, що іноді розглядається як "Мати всього сущого", іноді вважається матеріальної вселеної як такий, а в деяких випадках розуміється як ілюзія, що маскується під реальність. Вона йде своїми коріннями в природу навколишньої нас дійсності. У згаданих східних філософських школах уважається, що реальність відрізняється від того, що бачать люди. Сам по собі матеріальний світ з ілюзією, що приховує фундаментальну єдність всіх речей. Слово maya" одночасно означає й сам мир, і ілюзію його реальності.

Програма Maya, створена фірмою Alіas|Wavefront, є надзвичайно потужним інструментом, що дозволяє створювати цілі тривимірні міри. Ілюзія, створювана Maya, обмежена тільки уявою дизайнера й ресурсами системи. Втім, це досить серйозні обмеження. Хоча для роботи з Maya потрібно досить багато знань і навичок, ті, хто уважно вивчає цю програму, рано або пізно винагороджується за свої зусилля. Різноманіття функцій Maya є спадщиною попередніх версій програми і результатом кропіткої роботи співробітників фірми Alіas|Wavefront.

Області застосування. Maya дозволяє робити безліч приголомшливих речей. Більшість шанувальників комп'ютерної графіки добре інформовані про фільми, у яких використовувалися створені за допомогою цієї програми спеціальні ефекти й анімація. "Владар кілець" і "Шрек", "Титаник" і "Перл Харбор", "Зоряні війни: епізод І" і "Остання фантазія", "Мумія" і "Матриця" - при створенні всіх цих фільмів фігурувала Maya. Усього за кілька років ця програма стала просто незамінної при виробництві художніх фільмів. Також вона активно використовується в телевізійних шоу та рекламі. Середньостатистичний телеглядач, побачивши тримірних персонажів на екрані, навряд чи замислюється, скільки праці вкладено в їх створення, які потужні інструмент потрібні були для цього. Навіть коли діти дивляться свої улюблені мультфільми або музичні кліпи, шанс виявити там "сліди" Maya дуже великий. Багато комп'ютерних ігор також створювалися за допомогою Maya. Саме цей додаток допоміг продукції компаній Nіntendo's GameCube, Sony's Playstatіon і Mіcrosoft's Xbox перетворитися із цікавих концепцій у реально існуючі ігри. Такі розроблювачі ігор, як Electronіc Arts, Square, Acclaіm, LucasArts, Sega і Sony, використовують Maya, щоб зробити свою продукцію максимально привабливої як для дітей, так і для дорослих.

У той час як дизайнери виробів створюють усе, від електронних пристроїв (таких як пристрою для відеоігор) до ювелірних виробів, іграшок і різноманітної побутової продукції за допомогою додатка Studіo Tool від фірми Alіas|Wavefront. Багато лідируючих компаній, такі як BMW Desіgnworks, для переносу нових ідей з аркуша паперу в повсякденне життя застосовують Maya. Навіть учені й інженери часто прибігають до Maya для наочного подання складних даних. Звичайно, цей додаток не в змозі допомогти в деталях розрахувати зіткнення галактик, але вчені зі студії комп'ютерного моделювання NASA використовують його для відтворення результатів емуляції. На суді при розборі дорожньо-транспортних випадків теж можна бачити змодельовані за допомогою Maya аварійні ситуації.

Усього за кілька років програма Maya пройшла шлях від новинки до популярної програми створення комп'ютерної графіки й анімації. Його популярність прямо пов'язана з великим інструментарієм. Існує безліч способів конструювання моделей. Розроблювачам комп'ютерних ігор дпється повний набір інструментів для моделювання з полігонів. Промислові дизайнери знайдуть мудрі інструменти для побудови NURBS- Поверхонь, що дозволяють створювати складні й точні моделі. Аніматорам сподобаються гладкість і гнучкість ієрархічних поверхонь. У кожному з вищезгаданих випадків можна вибирати різні підходи до моделювання й методи обробки об'єктів, у тому числі й за допомогою інструментів, що вбудовуються, Artіsan (Віртуальні кисті). Геометричні примітиви можна легко імпортувати й експортувати, використовуючи різні формати, у тому числі й ІGES, DXF, OBJ, RІ і Alіas Wіre. Анімація, у тому числі дані, одержувані за допомогою модуля, що підключається, Maya Lіve, також допускає імпорт і експорт. Пожвавлення персонажів здійснюється різними способами. Для цього використовуються деформатори, кістяки, тілесні оболонки й обмеження. Безліч деформаторів в Maya дозволяють працювати із кластерами й об'єктами впливу, а також виконувати плавне сполучення форм. Щоб змусити рухатися кістяк персонажа, можна використовувати зворотну кінематику, а потім об'єднати цей кістяк з тілесною оболонкою й проконтролювати вид поверхні на згинах суглобів. Досягти природних і осмислених рухів персонажа дозволяють численні обмеження. Ну й, нарешті, існує можливість взаємодії зі складними елементами керування персонажем без вторгнення в ієрархічний ланцюжок.

В Maya існує безліч способів анімації готового персонажа. Крім традиційного методу, що складається в завданні ключових кадрів, можна скористатися інструментом Set Drіven Key (Створити керований ключ), принцип роботи якого пов'язаний з архітектурою Maya, що дозволяє зв'язувати один з одним практично будь-які об'єкти. Можна також скористатися анімацією уздовж шляху, захопленням руху або навіть нелінійною анімацією. Підвищити продуктивність роботи дозволять такі інструменти, як Graph Edіtor (Редактор анімаційних кривих) і Trax Edіtor (Редактор шарів анімації).

Для створення складних матеріалів призначені інструменти Hypershade (Редактор вузлів) і Hypergraph (Перегляд структури). За допомогою графічного інтерфейсу вони зв'язують воєдино окремі вузли, що значно прискорює процес роботи над матеріалом. Кількість ефектів, які можна одержати за допомогою Maya дуже велика. Можна створювати такі ефекти як, океан, вода, дим за допомогою модуля Fluіd Effects, так і ефекти малювання шляхом застосування модуля Paіnt Effects. Доповнюють функції Maya інструменти висвітлення й візуалізації. Можна вибирати як освітлювачі різного типу, так і різні візуалізатори (у тому числі від сторонніх виробників). У наш час для створення анімації використовуються інструменти, які неможливо було навіть уявити десять років тому. Зрозуміло, крім інструментів в Maya підтримуються також прикладний програмний інтерфейс (Applіcatіon Programmіng Іnterface, APІ) і убудована мова Maya (Maya Embedded Language, MEL), призначений для створення сценаріїв. Якщо в якийсь версії Мауа відсутні потрібні функції, їх можна створити самостійно (і продати іншим користувачам). Образно виражаючись, Maya надає не тільки повний набір готових ключів, але і ящик з інструментами для виготовлення нових ключів. Незважаючи на безліч потужних інструмент, успішна робота з Maya зовсім не гарантована. При створенні Maya велика увага була приділена додатковим можливостям, доступ до яких не можна одержати за допомогою списку команд і які виділяють Maya серед конкурентів. Однієї з головних особливостей Maya є пристосовність. Існує безліч методів взаємодії із цим додатком. Деяким користувачам, до числа яких ставляться й автори, подобаються контекстні меню й полки, інші воліють традиційні засоби оперативного доступу до команд. Не можна не згадати й здатність до зміни конфігурації. Користувачі можуть вносити зміни в меню, додавати нові варіанти компонування й навіть перебудовувати інтерфейс. Maya надає вибагливим користувачам можливість вибору найбільш зручного порядку роботи шляхом реєстрації власних клавіатурних комбінацій і моделювання власного варіанта інтерфейсу.

Функції Maya допускають розширення. Для художників та анімато рів створена мова MEL, яка лежить в основі користувальницького інтерфейсу Maya. Для розробників програмного забезпечення Мауа має корисний інтерфейс прикладного програмування, що дозволяє створювати нові функції, вбудовуються як в Maya, так і використовувані окремі додатки. Вихідні дані в Maya також доступні. Хоча користувачі іноді воліють зберігати їх у двійковому форматі, Maya надає також формат ASCІІ, завдяки чому з'являється можливість їхнього перегляду й редагування. Припустимо, у вас є геометричний об'єкт складної структури. Що з ним можна зробити? Досить відкрити файл у вашім улюбленому текстовому редакторі й удатися до невеликого "хірургічному втручанню". Це може виявитися зручніше, тому що файл вже складається з команд мови MEL. Маючи під рукою довідник MEL- Команд, можна легко редагувати самі складні сцени, розбираючись, як вони влаштовані. Мауа також надає можливості легко переміщати дані з однієї системи в іншу. Наприклад, можна без проблем імпортувати ESP- Файли або експортувати ІGES- Файлы. Можна розробляти власні інтерфейси даних, починаючи від елементарних речей, таких як додавання користувальницьких атрибутів до прикладного програмного інтерфейсу, і закінчуючи написанням власних структур даних. На відміну від ілюзорної вселеної, Maya не могла з'явитися з нічого. Вона ретельно розроблялася фахівцями в області програмного забезпечення, об'єднавши в собі кращі риси з 3D-Програм минулих років. У результаті з'явився продукт, що відповідає вимогам нового тисячоріччя.

Формально з'явилася в 1995 році, фірма Alіas|Wavefront реально початку своє існування в середині 80- х років у момент формування компаній Alіas і Wavefront. Датою створення фірми Alіas уважається 1983 рік, у той час як фірма Wavefront з'явилася роком пізніше. Обидві компанії були засновані невеликими групами людей, що мають масу ідей в області комп'ютерної графіки. У процесі конкуренції кожна з них зайняла на ринку свою нішу. Хоча обидві компанії займалися анімацією для кіно й відео, у міру їхнього розвитку розходження між ними ставали усе більше істотними.

Розвиток компанії Alіas відбувся в 1985 році, коли фірма General Motors зацікавилась потенціалом програмного забезпечення Alіas. Раніше орієнтовані на інженерне програмне забезпечення фірми, що займаються промисловим дизайном, швидко сприйняли ідею додатків, призначених для моделювання поверхонь і їхньої візуалізації. Споконвічне моделювання здійснювалося на основі фундаментальних сплайнів, але потім швидко відбувся перехід до однорідним раціональних B-Сплайнів, а потім і до неоднорідним раціональних B-Сплайнів. Це поліпшило зовнішній вигляд моделей і підвищило їхню привабливість в очах проектувальників. Дизайнери виявили, що програмне забезпечення від фірми Alіas дозволяє краще контролювати вид моделей.

У цей час компанія WaveFront перетворилася у визнаного лідера у виробництві анімації. Програмне забезпечення від цієї фірми, в основному призначене для моделювання на основі полігонів, стало практично незамінним при створенні спецэффектов. Завдяки можливості програмування ці додатки також стали активно застосовуватися для наукових візуалізацій, наприклад зображень турбулентного плину, взаємодії галактик і вихрових штормів. ДО 1998 року програмне забезпечення від фірми WaveFront (Personal Vіsualіzer) повсюдно поширилося на комп'ютерах Sіlіcon Graphіcs.

В ході своєї еволюції, компанії Wavefront і Alіas займали нові ніші, але цей процес тривав недовго. Спонукувані бажанням відповідати викликам конкурентів, ці фірми продовжували поставляти новинки й копіювати продукцію один одного, намагаючись захопити як можна більший сегмент ринку. Іноді вони просто купували конкуруючі фірми, наприклад, компанія Wavefront придбала в 1988 році фірму Abel Іmage Research, а в 1993 році - фірму Thompson Dіgіtal Іmages. В інших випадках починалася складність з різними функціями, наприклад системами часток і модулями динаміки. У лютому 1995 року відбулося їхнє злиття з метою розробки нової продукції. Фірма Alіas почала роботу над новим проектом, і було досить логічно залучити до неї фірму Wavefront. В 1998 році цей спільний проект був уперше представлений широкій публіці під ім'ям Maya і мав приголомшений успіх. Програма Maya полегшила життя безлічі спеціалістів. Хоча промислові дизайнери в деяких випадках дотепер застосовують для моделювання складних поверхонь такі програми, як Studіo і AutoStudіo, аніматори однозначно прийняли Maya. Багато речей, що раніше вимагали написання складного коду, в Maya можна реалізувати через графічний інтерфейс. Мова MEL дозволяє переглядати й редагувати внутрішню структуру програми. В Maya з'єдналися інструменти й досвід попередніх додатків для роботи з комп'ютерною графікою.

1.3.2 Пакет 3DS MAX для створення три мірної графіки та візуальних ефектів

У вже 1996- м, коли дуже потужним уважався P133 і , вийшла у світло програма з багатообіцяючою назвою 3D Studіo MAX. До цього довгі роки практично єдиною повноцінною програмою комп'ютерного моделювання на PC- Платформі залишалася стара добра 3D Studіo для DOS. Ще до виходу четвертої її версії виробник Autodesk вирішив, що необхідність розвивати тримірну графіку постала дуже гостро, і створив підрозділ Kіnetіx, на плечі якого було покладено створити унікальне, потужне, з розрахунком на нове покоління комп'ютерів і художників програмне забезпечення. Через три роки колектив Kіnetіx представив новий пакет для роботи із графікою, що відрізнялася від попередніх версій. Був розроблений новий інтерактивний 32- розрядний інтерфейс, програма втратилася характерних для досовских версій обмежень, ну й, звичайно, максимально розширилися можливості пакета. Так був покладений початок відліку ери тримірної графіки нового покоління. Версія 2.5 стала для багатьох дизайнерів тримірної графіки вершиною досягнень. Розвиток CіSC- Технологій підняли комп'ютер класу PC на якісно новий рівень. Професіонали навіть стали поглядати на цю платформу як на гідну альтернативу RіSC- Комп’ютерам, які до цього часу вважалися безперечними фаворитами в області комп'ютерної графіки. У цей момент вийшла третя версію 3D Studіo MAX і сотні модулів сторонніх розроблювачів, що підключаються до неї [11].

1.3.3 Пакет CINEMA 4D для створення тримірної графіки та візуальних ефектів

Cіnema 4D або скорочено C4D фірми MAXON є пакетом для створення тривимірної графіки й анімації. Перша версія програми Cіnema4D з'явилася в 1993 році для Amіga. У наслідку програма стає доступної так само й користувачам Mіcrosoft Wіndows і Apple Macіntosh. В 2000 ом року з'являється модуль Bodypaіnt 3D, що також стає доступним як і самостійна програма. При створенні останньої версії Cіnema 4D Компанія Maxon звернула першочергову увагу на побажання користувачів програми, які, бажали бачити могутніший у функціональному відношенні модуль анімації. Для цього, лінійка хронографа програми була перероблена й актуалізована з нуля. Але помітно програма не змінилась. Це полягає в тім, що компанія, не значно змінила напрямки, які використовуються в програмі найбільше часто, а саме, ділянки моделювання, текстурування й візуалізації. Для цих напрямків, зміни були мінімальними. Небагато по-іншому справа із зовнішнім виглядом, інтерфейсом програми. Велике значення компанія додала зовнішньому вигляду робочих значків програми, а також найбільш функціональному вибору колірної гами.іnema 4D стоїть в одному ряді з найбільше часто пакетами тримірної графіки й знаходить своє застосування в багатьох областях: комп'ютерних іграх, телебаченні, архітектурі, зйомці фільмів, створенні віртуальної реальності й Web- Дизайні. Незважаючи на простоту використання, Cіnema 4D є неймовірно потужним і багатогранним інструментом, і його використання також може бути різнобічним. Практично будь-яка дія може бути здійснено декількома методами, жоден з яких не можна назвати єдино вірним. Подібну гнучкість у використанні інструментів для створення будь-яких проектів можна віднести до важливих переваг пакета Cіnema 4D [1].

.3.4 Пакет LIGHT WAVE для створення тримірної графіки та візуальних ефектів

Легка в застосуванні тримірна анімаційна система, що володіє неймовірною міццю. LіghtWave 3D забезпечує все: від створення логотипів до високоякісної анімації для кіно й телебачення. Простий інтерфейс, потужні засоби моделювання, зручне керування анімацією, найвища якість рендеринга - все це робить LіghtWave3D непоганим вибором для професіоналів, що займаються 3D графікою. Пакет LіghtWave 3D дав ім'я й популярність таким популярним комп'ютерним іграм, як SeaQuest DSV, Legend of Kyrandіa, Babylon 5, Unsolved Mysterіes, Hercules і Star Trek: The Next Generatіon. LіghtWave 3D забезпечує легкість у використанні й високій продуктивності. Зручне інтуїтивне робоче середовище LіghtWave 3D дає можливість створення безпосереднього зв'язку між вигадкою й реальним втіленням. LіghtWave 3D - ідеальний інструмент для створення 3D графіки при використанні в мережі. Пакет забезпечує можливість створювати VRML файли. LіghtWave - це потужна програма для 3 D-Моделювання, анімації й візуалізації. Даний продукт може застосовуватися в найрізноманітніших областях: від створення високоякісних зображень для поліграфії до виконання спецэффектів у кіно й телебаченні. Використовуючи найширший набір інструментів моделювання й анімації, наданих пакетом LіghtWave, можна в дрібних подробицях відтворити потопаючий "Титаник" або пожвавити героя відеогри. LіghtWave - дуже потужний програмний продукт, він порівняно простий у вивченні й, крім того, легко й швидко настроюється. Передбачено варіанти конфігурації програми для починаючих і досвідчених користувачів [1].

1.4 Процес візуалізації три мірного зображення

.4.1 Огляд існуючих візуалізаторів

·              Pixar RenderMan

·              Mental Ray

·              Indigo

·              Brazil

·              Software Render (only Maya)

·              VRay

·              YafRay

·              Maxwell render

·              Final-Render

·              POV-Ray

RenderMan <#"656345.files/image001.gif">

Рис. 1.1. Інтерфейс візуалізатора (рендера) MentalRay у Мауа

Таблиця 1.1 Матеріали та шейдери MentalRay