История возникновения и развития
Приспособления для создания эффекта трехмерного изображения появились гораздо раньше первых компьютеров. Одним из таких устройств был стереоскоп. В процессе использования человек смотрел через стереоскоп на два одинаковых изображения, полученных с разных точек съемки. В результате двухмерные изображения превращались в одно трехмерное.
В начале 20-го века появились фотокамеры для создания стереоизображений. Они имели два объектива на расстоянии, равном среднему между зрачками человека — 6.5 сантиметров. Изобретение таких камер и стереоскопа послужило началом развития 3D-кинематографа. Показ объемных видеороликов происходил с помощью двух проекторов, удаленных друг от друга на определенном расстоянии. После 1952 года появилась специальная стереоскопическая пленка и очки для зрителей с красной и синей поляризацией.
В 1960-х годах произошел прорыв в компьютерной 3D-графике. В то время американский аспирант Иван Сазерленд разработал первую в мире программу, позволяющую создавать базовые трехмерные фигуры. Немного позднее Сазерленд и доктор Дэвид Эванс открыли первую кафедру компьютерной графики в университете Юты. Их студенты внесли огромный вклад в развитие трехмерной графики.
Эд Катмулл, нынешний технический директор Pixar, стал первым человеком, создавшим трехмерную модель на компьютере в 1972 году. В качестве объекта для моделирования он выбрал кисть своей руки. В 1973 году Берри Веслер создал трехмерную анимацию человеческой фигуры в движении. Годом позднее, также студент кафедры Сазерленда, Фред Парк спроектировал модель говорящей головы.
В 1976 году был выпущен Futureworld — первый фильм с элементами 3D-графики. В это же время были созданы первые программы для трехмерного моделирования. Активно развивался полигональный метод создания объемных моделей, а также алгоритмы для освещения, текстурирования и рендеринга сцен.
С развитием программно-аппаратного обеспечения после 1980-х годов начали появляться первые фильмы с внедрением трехмерных персонажей и спецэффектов. Например, в 1995 году вышел фильм «Джуманджи», в котором совместно с актерами на экране были представлены реалистичные объемные животные.
Модернизация трехмерной компьютерной графики продолжается. Современные 3D модели достигли такой реалистичности, что иногда сложно отличить изображение от фотографии.
Как создать портфолио 3D-визуализатора с нуля
Итак, вы прошли обучение и уверены в себе, вы готовы найти первых заказчиков и показать себя на рынке 3D-визуализации. Но что показать, чтобы вам поверили? Портфолио в 3D-визуализации начинается с ваших личных проектов.
Алексей: «Возьмите фото красивой архитектуры или интерьера – и вперед. Не бойтесь добавить немного от себя: изменить свет, окружение. Покажите, что вы умеете. Выкладывайте готовые работы на Behance и в социальные сети, не забудьте подписать авторство архитектуры или дизайна, который вы взяли за основу».
Вера: «Самая частая ошибка новичка – выкладывать в портфолио все, что есть. В портфолио не должно быть сырых, не доработанных, старых работ. Каждый раз с повышением уровня необходимо чистить портфолио, дополнять его свежими проектами.
Я всегда рекомендую оформлять портфолио в pdf-документе и желательно в виде готового коммерческого предложения. То есть кроме картинок, напишите пару слов о себе, об условиях работы. А главное – о том, что вы можете предложить и какие основные потребности заказчика можете закрыть.
Очень часто 3D-визуализаторы просто скидывают ссылку на Яндекс.Диск с готовыми работами, я считаю, что это как минимум не профессионально
Оформляя портфолио на разных площадках по поиску работы и в соцсетях, очень важно постараться выделиться из массы конкурентов. Поэтому важен не только сам визуал, но и его грамотная подача»
Растровая графика
Можно сказать, что этот вид (тип) компьютерной графики самый распространенный. Залежи кадров с отпусков и миллионы фотографий милейших котят в интернете — все это растровая графика.
Строятся изображения растрового типа по простому принципу, который похож, например, на вышивку крестом. Определенный цвет помещается в назначенную ему ячейку. Если сильно приблизить растровую картинку, то можно увидеть как она разбивается на одинаковые по размеру квадратики, напоминая мозаику. Такое увеличение заметно ухудшает её качество, так как картинка при сильном увеличении делится на видимые квадраты. Этот эффект называется пикселизация, а каждый такой квадратик — точкой, или пикселем.
Растровая графика
Слово «пиксель» произошло от сокращения «Picture element». Пиксель не делится на более мелкие части, имеет однородный цвет и является мельчайшим элементом растрового изображения. Размер точки, пикселя, из множества которых стоит изображение, примерно 0,05 миллиметра.
К достоинствам растровой графики можно отнести ее высокую реалистичность. Минусом может являться то, что если картинка слишком маленькая, то увеличить ее без потери качества просто не получится. Самая популярная программа создания и редактирования растровой графики — Adobe Photoshop.
3Ds Max
Многофункциональный программный продукт от компании Autodesk. Выпускается с 1997 года и с тех
пор претерпел массу изменений. Ориентирован на создание трехмерных объектов, спецэффектов, архитектурную
визуализацию интерьеров. Большинство визуализаторов начинают свой профессиональный путь именно с освоения «3д Макс».
Стандартный инструментарий содержит все самое необходимое для визуализатора-новичка: есть библиотека
готовых моделей, материалов, эффектов освещения, текстур и многое другое. Работа начинается с построения
геометрии стен (планировки), определения места проемов дверей и окон. Далее нужно задать высоту пола и
потолка, выбрать отделку, мебель, предметы интерьера. Заключительный этап – настройка освещения и ракурсов.
С помощью виртуальных камер удобно выбирать выгодные ракурсы, с которых вы продемонстрируете готовый проект.
Изучив программу 3Ds Max, вы узнаете принципы создания трехмерной графики, заложите базу для дальнейшего
развития в этой сфере. Но, чтобы работать с визуализацией на профессиональном уровне, существующий
функционал придется расширять с помощью плагинов и подключаемых модулей.
3Ds Max позволяет создавать статичные трехмерные модели, анимировать их, работать со сплайнами, т.е.
получать контуры объектов из простых линий. Моделинг неразрывно связан с визуализацией. В работе с
интерьером квартиры вы можете моделировать объекты вручную, либо воспользоваться уже готовыми моделями.
Непосредственно визуализация осуществляется через внешние рендеры (Vray, Corona, Mentalray и др.). У
каждого движка своя система настроек, работать будете с тем, который удобен именно для вас. Профи, как
правило, владеют навыками работы с несколькими рендерами.
Главные преимущества софта:
- • Понятный пользователю интерфейс;
- • Гибкие настройки материалов, цветов, света, текстур;
- • Широкий выбор готовых 3D-моделей: библиотека мебели, декора, аксессуаров;
- • Cовместим со специальным ПО для проектирования, как Autocad и Archicad;
- • Моделирование объектов на основе полигонов и сплайнов.
Минусы:
- • Освоение с нуля требует времени;
- • Подходит для ОС Windows (если у вас MacBook, то для корректной работы придется установить ПО Parallels);
- • Высокая стоимость лицензии.
Лицензионная версия платная (подписка оформляется на год). Но на этапе ознакомления и обучения
можно пользоваться студенческой бесплатной лицензией – она доступна один год и обладает полным функционалом.
Программные ресурсы
Программные пакеты, позволяющие создавать трехмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать изображения на основе этих моделей, очень разнообразны. В последние годы коммерческие продукты являются явными лидерами в этой области:
3DSMax — это полнофункциональная профессиональная программная система для 3D-графики, разработанная Autodesk. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как 32-битных, так и 64-битных). Весной 2009 года была выпущена двенадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2010».
Maya — это редактор трехмерной графики. Теперь он стал стандартом для 3D-графики в кино и на телевидении. Первоначально разработан для Irix OS (платформа SGI), затем перенесен на GNU / Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 32-, так и для 64-битных систем.
NewtekLightwave — это простая в использовании система 3D-анимации с невероятной мощностью. LightWave 3D предоставляет все, от плавающих логотипов до высококачественной анимации для фильмов и телевидения. Интуитивно понятный интерфейс, мощный редактор моделей, превосходное управление анимацией, превосходное качество рендеринга.
SoftImageXSI — это программное обеспечение для 3D-анимации, используемое при разработке игр, фильмов и телевизионного производства. SOFTIMAGE XSI имеет полный набор инструментов для 3D-моделирования, анимации и рендеринга. Основанный на новой чрезвычайно гибкой архитектуре, XSI предоставляет профессионалам в области 3D беспрецедентную мощность и гибкость для их самых невероятных творческих идей.
Rhinoceros 3D — это коммерческое программное обеспечение для 3D-моделирования NURBS, разработанное Robert McNeel & Associates. В основном используется в промышленном дизайне, архитектуре, дизайне судов, ювелирных изделиях и автомобильном дизайне, проектировании CAD / CAM, быстром прототипировании, обратном инжиниринге, мультимедийном и графическом дизайне.
CINEMA 4D — это универсальная комплексная программа для создания и редактирования трехмерных эффектов и объектов. Позволяет моделировать объекты с помощью метода Гуро. Поддержка анимации и качественного рендеринга.
Zbrush — это программа для 3D-моделирования, созданная Pixologic. Отличительной особенностью данной программы является моделирование процесса «лепки» 3D-скульптуры, усиленное движком 3D-рендеринга в реальном времени, что значительно упрощает процедуру создания необходимого 3D-объекта. Каждая точка содержит информацию не только о ее координатах XY и значениях цвета, но также о ее глубине Z, ориентации и материале. Это означает, что вы можете не только «лепить» трехмерный объект, но и «раскрашивать» его, рисуя штрихами с глубиной. То есть вам не нужно рисовать тени и блики, чтобы они выглядели естественно — ZBrush сделает это автоматически.
Blender — это пакет компьютерной 3D-графики, который включает моделирование, анимацию, рендеринг, постобработку видео и интерактивные игры. Пакет имеет небольшой размер, высокую скорость рендеринга, версии для многих операционных систем — FreeBSD, GNU / Linux, Mac OS X, SGI Irix 6.5, Sun Solaris 2.8 (SPARC), Microsoft Windows, SkyOS, MorphOS и Pocket PC. В пакете есть такие возможности, как динамика твердых тел, жидкостей и мягких тел, система горячих клавиш, большое количество легкодоступных расширений, написанных на Python.
Это бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования с открытым исходным кодом, доступное для всех основных операционных систем под Стандартной общественной лицензией GNU. Программа была разработана по заказу голландской анимационной студии NaN.
K-3D — это программное обеспечение, система 3D моделирования и компьютерной анимации. По мнению журнала «Компьютер» система может рассматриваться как хорошая альтернатива профессиональным пакетам.
Он поставляется в комплекте с процедурным движком на основе плагинов, что делает K-3D очень универсальным и мощным пакетом. K-3D ориентирован на моделирование полигонов и включает базовые инструменты для работы с кривыми и анимацией.
Wings 3D — это бесплатная программа для 3D-моделирования с открытым исходным кодом, созданная под влиянием программного обеспечения Nendo и Mirai от Izware. Программа была названа в честь технологии обработки полигонов, использованной в программе. Большинство пользователей называют это просто Wings. Wings 3D доступен для многих платформ, включая Windows, Linux и Mac OS X. Программа использует среду и язык программирования Erlang. В программе нет поддержки анимации крыльев.
Векторная графика
Если в растровой графике точка — это основной элемент, то в векторе таковым можно назвать линию. Конечно, в растре тоже есть линии, но их самих можно разбить на более мелкие детали, пиксели, а вот упростить векторную линию уже нельзя.
Линии пересекаются, изгибаются, замыкаются между собой образуют формы. Например, три замкнутые под углом прямые образуют примитив — треугольник. Этот треугольник можно залить определенным цветом или текстурой, растянуть одну из его сторон или изогнуть. Но векторная графика это не только геометрические примитивы: изображение может состоять из причудливых клякс, линий разной толщины и любых других форм. Чем больше таких форм использовано, тем лучше выглядит векторная картинка. Чем то это похоже на аппликацию из бумаги, которая состоит из комбинаций форм, вырезанных из разных листов цветной бумаги.
Векторная графика
Допустим, линия обозначается программой буквой «Л» и записывается в одну клеточку тетрадки. А если линия приобретает красный цвет, то к букве «Л» еще добавляется буква «К», как обозначение цвета, но все это также вмещается в одну клетку памяти.
Такая система в чем-то упрощают работу с изображением при редактировании. Ведь каждый объект можно изгибать, увеличивать и масштабировать, не затрагивая другие. Минус скорее один: ваш питомец, нарисованный в векторе, скорее будет похож на героя комиксов, чем на живого кота. Векторная графика создается чаще в программах: Corel Draw, Adobe Illustrator.
Рендеринг
Модель в процессе рендеринга — это любой объект или явление, описанное на строго определенном языке или с использованием структурных данных.
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую картинку. Если вы хотите создать фильм, будет отображаться последовательность таких изображений, по одному для каждого кадра. В качестве структуры данных изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определяется как минимум тремя числами: интенсивностью красного, синего и зеленого. Таким образом, рендеринг преобразует трехмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселей. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если вы хотите создать иллюзию реальности.
Методы рендеринга:
- Растеризация.
- Метод метания лучей.
- Глобальное освещение.
- Трассировка лучей.
У рендеринга есть собственное уравнение ниже. Все модели представляют собой своего рода приближенное решение этого уравнения.
Наиболее популярные системы рендеринга.
PhotoRealistic Render Man (PR Man) — это стандартный программный пакет для рендеринга 3D-анимации. В частности, он существует как стандарт для описания трехмерных данных для их последующей визуализации, а также как автономный рендер, выпущенный недавно под тем же именем.
Mental Ray — это профессиональная система визуализации и визуализации изображений, разработанная компанией mental images (Германия). Интегрирован в Softimage | XSI (с 1996 года тогда Softimage называлась Sumatra), Autodesk Maya (с 2002 года), Autodesk 3ds Max (с 1999 года), Houdini, SolidWorks, есть еще и отдельная версия. Это мощный инструмент визуализации, поддерживающий рендеринг сегментов.
V-Ray — система рендеринга (визуализации изображений), разработанная Chaos Group (Болгария). V-Ray работает как плагин для Autodesk 3ds Max, Cinema 4D, SketchUp, Rhino, TrueSpace7.5, Autodesk Maya (бета-версия с 2005 года), как отдельный модуль, Blender (через автономный модуль).
BusyRay — это бесплатная версия средства визуализации для 3ds Max. Рендерер имеет следующие возможности: управление ресурсами памяти для рендеринга сложных сцен; отсутствие настроек — рендерер подстраивается под каждую сцену; не нужно настраивать сцены для рендеринга.
Maxwell Render — это программный движок рендеринга, разработанный компанией Next Limit Technologies, основанной разработчиками Виктором Гонселсом и Игнасио Варгосом в 1998 году в Мадриде. Maxwell Render — первая (с точки зрения выпуска) система рендеринга, использующая так называемый. физическая парадигма. Вся система основана на математических уравнениях, описывающих поведение света. По этой причине визуализация объектов выполняется по принципу «без предположений».
Indigo Renderer — это физически корректная система рендеринга (это означает, что все вычисления света / энергии / каустики и т. д. Происходят взаимозависимо, что отличает его от других рендереров, где все обрабатывается отдельно и определяется самим пользователем).
LuxRender — это средство визуализации, а не приложение для 3D-моделирования. Создание сцен для рендеринга, включая настройку материалов и камер, зависит от других программ. Благодаря использованию экспортеров вся соответствующая информация о сцене записывается в файл LuxRender. После открытия этого файла LuxRender будет выполнять только рендеринг сцены.
POV-Ray — это программа трассировки лучей, доступная для многих компьютерных платформ. Первоначально основан на DKBTrace Дэвида Кирка Бака и Аарона А. Коллинза. Также было влияние раннего трассировщика лучей Polyray, внесенного его автором Александром Энцманном. POV-Ray — это бесплатное программное обеспечение (Freeware) с доступным исходным кодом.
SketchUp — это программа для моделирования относительно простых трехмерных объектов — зданий, мебели, интерьеров.
Заключение
В настоящее время технология 3D-печати больше не воспринимается как узконаправленная и дорогая услуга. Доступность и использование различных материалов позволяет проводить самые неожиданные эксперименты. Например, голландская архитектурная студия Universe Architecture собирается построить первое в мире здание, секции которого печатаются на гигантском 3D-принтере. Это далеко не единственный, хотя и впечатляющий пример необычного использования 3D-печати.
Запроектированный ландшафтный дом будет состоять из блоков 6х9 м. Для их производства планируется использовать гигантский D-образный принтер. В качестве строительного материала используется смесь песка и ряда полимерных добавок.
Общий дизайн дома основан на одностороннем листе — ленте Мебиуса. Помимо архитекторов и дизайнеров, в команду входят инженеры и математики. На реализацию проекта отведено всего полтора года.
В последние годы 3D-печать используется не только и не столько для моделирования.
С помощью 3D-принтеров они решают все более сложные инженерные задачи на Земле и за ее пределами. Из них делают протезы, детали для штурмовых винтовок и миниатюрных самолетов.
Директор лаборатории синтеза Корнельского университета Ход Липсон продолжает работать над 3D-принтером, способным печатать ткани и органы человека. Неожиданно органично соединились высокие технологии и высокая мода. В начале 2011 года студенты двух шведских художественных колледжей стали известны благодаря созданию Melonia, первой модной обуви, напечатанной на 3D-принтере. При их изготовлении не только точно измеряются размеры, снятые со скана стопы, но и учитываются все ее индивидуальные характеристики.
Усилия по улучшению всеядности принтеров позволяют использовать их уже сейчас для создания достаточно прочных изделий из разнородных материалов с требуемым набором свойств. В будущем количество компонентов, которые можно использовать в качестве сырья, увеличится, как и качество создаваемых предметов.
По мере удешевления дизайна и снижения стоимости будет происходить типичное замещение продаж функций продажами устройств. Все больше и больше людей осознают, что лучше покупать персональный принтер, чем размещать заказы в Интернете и отдавать их на аутсорсинг.
Оптимисты предсказывают технологический рай, в котором доминирует концепция индивидуализма. Большинство изделий создается самостоятельно или по частным заказам. Рисование снова в почете, и азы дизайна есть практически у всех. Люди любят и постепенно учатся творить, что положительно влияет на их мышление и личные качества. Еще до появления доступных 3D-принтеров российский писатель-фантаст Сергей Лукьяненко описал расу геометров со схожими чертами и направлениями развития.
Пессимисты, которых в данном случае хотели бы назвать реалистами, воспринимают доступную 3D-печать как социально опасную технологию двойного назначения. Несомненно, это заставит правительства изобретать много новых запретов, поскольку ряд людей в первую очередь намереваются применять его в не совсем законных областях.
3D-принтеры сделают мечты реальностью, и их природа часто пугает. Однако сначала можно обойтись существующими законами, интерпретируя их в соответствии с новыми возможностями.
Как и любая новая технология, 3D-печать упрощает реализацию творческих способностей любого человека, независимо от его склонностей. Остается надеяться, что определенные злоупотребления не приведут к жестким ограничительным мерам, как это уже произошло со многими другими нововведениями.
