Лабораторная работа № 5

Тема: Окончательное объединение объектов в сцену.
Цели работы: Узнать виды и назначение составных объектов; разобраться и получить базовые сведения по созданию объектов трехмерной сцены; понять и усвоить способы объединения геометрических моделей в единую сцену.
Порядок работы:
1. Включить ПЭВМ и осуществить запуск программы.
2. Выполнить Упражнение 1 (см. Практическое задание).
3. Ознакомиться с типами источников света 3DStudioMAX:
— всенаправленный (Omni);
— нацеленный и свободный направленные источники света (Target and Free Directional);
— нацеленный и свободный прожекторы (Target and Free Spot).
• Всенаправленный свет – свет, испускающий световые потоки во всех направлениях одинаково.
• Направленный свет – свет, испускающий пучок параллельных лучей.
• Прожектор – источник, лучи которого расходятся конически по из единой точки.
Примечание! Нацеленные источники отличаются от свободных наличием мишени.
4. Настройка встроенного освещения.
Источников, как правило, два – спереди из левого верхнего угла, сзади из правого нижнего угла. Теней нет. При появлении внешнего осветителя, встроенное сразу отключается. Для
сохранения всех источников применяется схема: Customize?Viewport Configuration?Configure?выбрать Rendering Method?установить Default Lighting?выбрать режим
освещения?Ok.
5. Использование подсветки (Ambient Lighting).
• Подсветка – вариант освещения, без наличия конкретного источника, при котором все
объекты сцены освещаются равномерно. Для настройки параметров действуют так:
выбрать команду Rendering?Environment?Ambient?выбрать нужный цвет и яркость подсветки?закрыть окно Environment.
6. Порядок создания источников света.
Для создания нового осветителя в сцене надо: выбрать Light?выбрать тип осветителя (Target Spot, Free Spot, Target Direct, Free Direct, Omni)?настроить параметры (General, Attenuation, Shadow, Shadow Map), установленных для всех типов осветителей?настроить параметры (Projector – для Omni, Spotlight – для Target and Free Spot, Directional – для Target and Free Direct)?выбрать окно проекций и установить осветитель.
7. Выполнить Упражнения 2-7 (см. Практическое задание).
8. Использование прожекторов.
Прожекторы бывают двух видов – свободные и нацеленные (дополнительно имеет мишень). Значок прожектора имеет вид миниатюрного треугольника, значок мишени – в виде квадратика. Оба – желтого цвета. Граница конуса света – голубовато-серая. Внешняя граница пятна света на плоской преграде определяется параметром Falloff. Область с постоянной интенсивностью называется Hotspot. Между этими участками идет плавное затухание света. Размеры яркого пятна и внешней кромки определяются углом и задаются в градусах. Светло-голубая линия между прожектором и мишенью – ось осветителя.
Свободные прожекторы строятся так, чтобы ось конуса света была ? координатной плоскости активного окна проекций, т.е. конус света виден сверху. Для изменения оси такого прожектора применяют преобразование поворота.
9. Выполнить Упражнения 8-11 (см. Практическое задание).
10. Работа со съемочными камерами.
В 3DStudioMAX имеются 2 вида камер:
— нацеленная (Target) характеризуется точкой съемки (eye position) и точкой цели (target point);
— свободная (Free) не имеет точки цели.
Угол обзора, определяющий, весь ли объект находится в поле видимости, характеризуется параметром – поле зрения или Field of View (FOV) и измеряется в градусах. По умолчанию равен 45?. Границы поля зрения изображаются в виде пирамиды, называются пирамидой видимости. Поскольку размер кадра камеры постоянен, то при приближении объекты становятся крупнее, при удалении — уменьшаются.
Фокусное расстояние объектива (Lens Lenght) обратно пропорционально связано со значением угла поля зрения.
11. Выполнить Упражнение 12 (см. Практическое задание).
12. Управление камерой.
Основные операции – панорамирование, наезд, облет. Группа кнопок управления находится справа внизу экрана. Опции: Dolly Camera (наезд камерой), Perspective (перспектива), Roll Camera (крен камеры), Field of View (поле зрения), Truck Camera сопровождение камерой), Orbit Camera (облет камерой), Pan Camera (панорамирование камерой) – разобрать и изучить самостоятельно.
13. Материалы в 3DStudioMAX.
13.1. базовые понятия.
• Материал – определенный набор характеристик, присваиваемых поверхности геометрической модели для придания ей визуального сходства с поверхностью реального объекта. Этими характеристиками являются:
— цвета поверхности в областях зеркального блика, тени, диффузного рассеивания;
— размер и яркость блика;
— степени самосветимости и непрозрачности;
— тип непрозрачности и цвет света, пропущенного через «светофильтр»;
— значение коэффициента преломления лучей света в прозрачном материале.
Создание материала – присвоение числовых значений названным выше и другим дополнительным параметрам.
Выделяют разные варианты отражения света. Зеркальный блик (угол падения равен углу отражения). Гладкость поверхности (глянцевитость) определяет размер блика. В идеале – это точка. Цвет блика должен подбираться так, чтобы соответствовать цвету главного осветителя или быть более ярким и насыщенным (для диффузного рассеивания). Диффузное рассеивание характеризуется отражением лучей во всех направлениях, и плавным затуханием с увеличением угла падения лучей. Максимальная яркость – в направлении ? поверхности падения, минимальна – при угле ? 90?. Цвет диффузного рассеивания характеризует цвет материала. В область тени лучи не проникают. Объект освещается рассеянным цветом (подсветкой).
Основными типами материалов в 3DStudioMAX являются: оригинальные (Standard, Raytraced, Matte/Shadow), составные (Multi/Sub-Object, Blend, Doubled Sided, Top/Bottom, Composite, Shellac, Morpher). Назначение и особенности каждого разобрать самостоятельно.
13.2. библиотеки материалов.
Образцы материалов хранятся в библиотеках. Это файлы, с расширением .mat. В принципе они представляют собой наборы описания параметров материалов. Базовый набор хранится в файле 3dsmax.mat.
Примесание! Дополнительную обновляемую информацию по библиотекам можно получить по адресу http://www.glyphx.com/maxmatter.
13.3. редактор материалов.
Это немодальное окно диалога, служащее для создания и редактирования материалов. Порядок вызова следующий: Tools?Material Editor или кнопка Material Editor (панели инструментов). Основные элементы:
— ячейки образцов материалов;
— кнопки инструментов управления;
— свитки параметров.
13.3.1. ячейки материалов.
Представляют клетки с образцами имеющихся материалов. Активной является в текущий момент одна и выделяется белым контуром. Одновременно можно работать с 6, 15, 24 ячейками, что можно установить с помощью контексного меню на активном образце. Размер ячейки можно увеличить двойным нажатием мыши на образце, что обеспечивается сканирующим визуализатором. Существуют «холодные» (определенные в наборе, но не присвоенные не одному из объектов) и «горячие» (присвоенные объектам) ячейки. «Горячие» выделены треугольниками в углах.
13.3.2. кнопки управления материалами.
Назначение и действие изучить самостоятельно.
14. Выполнить Упражнения 13-15 (см. Практическое задание).

Практическое задание:

1. Открыть файл, используя настройки созданного рабочего стола (фамилия_группа.cui) 3DStudioMAX, созданные в предыдущей работе.
2. Упражнение 1. Объединяем геометрические объекты сцены.
А) открыть файл сцены «МАХ-кафе» и выделить объекты «Задняя стена», «Левая
стена», «Правая стена», «Фасад»;
Б) увеличить выделенные объекты во всех окнах до максимума;
В) включим в сцену объект из другого файла («Стол и стул»), выбрав: File?Merge
?выделить файл “Стол и стул”?выделить объект “Стол01”?Ok;
Г) переместить стол на нужное место до касания ножками пола, ограничив движение
по координате Y на виде Front (Z-координата = 72.5 см);
Д) включить режим ограничения преобразований по осям XY;
Е) переместить стол в точку с координатами (-45,-144,72.5);
Ж) сделать дубликат-образец и поместить в точку (-166,149,72.5);
З) включим в сцену объект «Кресло01» из файла сцены «Кресло»;
И) на виде Front поднять кресло и расположить вблизи одного из столов;
К) создать семь дубликатов-образцов и расположить вокруг столов по 4 штуки;
Л) повернуть кресла лицевой стороной к столам;
М) присоединить к текущей сцене объект-группу «Зеркало»;
Н) разместить объект ровно посредине левой стены (Y-координата =0) так, чтобы
нижний край рамы оказался на уровне подушек кресел;
О) присоединить к сцене объект-группу «Лампа01» из файла-сцены «Лампа»;
П) создать дубликат-образец светильника и разместить светильники по обе стороны
зеркала на расстоянии 50 см от рамы (Z-координата =215 см);
Р) на виде Top выделить объект «Стол01» и увеличить до максимума;
С) построить четырехугольный кусок Безье (который будет играть роль салфетки);
Т) назвать объект «Салфетка» и сделать 7 дубликатов-образцов;
У) расположить салфетки по 4 штуки на каждом столе;
Ф) присоединить к сцене ранее созданные объекты «Тарелка01», «Ложка01»,
«Вилка01», «Бокал01» из соответствующих файлов;
Х) создать для каждого объекта 7 дубликатов-образцов;
Ц) выделить объект «Окно» и превратить его в редактируемую сетку;
Ч) сохранить преобразования в файле сцены «МАХ-кафе».
3. Упражнение 2. Визуализация сцены с применением всенаправленного осветителя.
А) открыть файл «МАХ-кафе» с полной геометрической моделью сцены;
Б) скрыть от просмотра объекты «Фасад», «Вывеска», «Окно», «Дверь»;
В) определить режим света «Всенаправленный»;
Г) в плоскости Front установить осветитель с координатами (-45,0,170);
Д) в окне Top координата по Y осветителя равна –135 см (над ближней группой
кресел;
Е) активизировать окно Perspective и запустить Quick Rendering (прогресс-индикатор
Current Task будет отображать ход синтеза изображения сцены);
Ж) изучить окно виртуального буфера кадра (VFB) и его параметры.
4. Упражнение 3. Включение и выключение осветителей. Настройка яркости и цвета.
А) перейти в Modify и снять флажок выключателя On (в General Parameters);
Б) восстановить освещение, включив флажок;
В) вызвать окно диалога Color Selector: Light Color (нажав белую иконку);
Г) изменить параметры цвета и оценить проделанные изменения в сцене;
Д) изменить уровень интенсивности, контролируя процесс по значению Multiplier;
Е) подтвердить действия, не выходя из текущей сцены.
5. Упражнение 4. Исключение объектов из освещения.
А) в General Parameters выбрать Exclude для активации окна Exclude/Include;
Б) установить тип операции;
В) установить влияние отключения источника (Illumination, Shadow Casting, Both);
Г) выделить имена нужных объектов (в Scene Objects);
Д) активизировать окно Perspective и проверить результат;
Е) восстановить условия освещения (в окне Exclude кнопка Clear).
6. Упражнение 5. Настройка тени и ее параметров.
А) установить флажок Cast Shadow и оценить действие в окне Perspective;
Б) открыть свиток Shadow Parameters;
В) выбрать тип теней Shadow Maps;
Г) в окне Perspective увеличить ближний к наблюдателю предмет до пределов окна;
Д) выполнить визуализацию и оценить параметры тени;
Е) выбрать тип теней Ray-Traced Shadow;
Ж) в окне Perspective увеличить ближний к наблюдателю предмет до пределов окна;
З) выполнить визуализацию и оценить параметры тени.
7. Упражнение 6. Управление процессом отбрасывания теней отдельными объектами.
А) выделить объект-группу «Лампа01» и выбрать Group?Open;
Б) выделить объект «Плафон» входящий в группу «Лампа01»;
В) вызвать в контекстном меню команду Properties;
Г) в появившемся окне диалога отменить режим Cast Shadow;
Д) подтвердить изменения и закрыть группу (Group?Close);
Е) выполднить аналогичные действия по отношению к объекту «Лампа02»;
Ж) в окне Perspective выполнить визуализацию сцены;
З) выполнить самостоятельно такие же действия по отношению к объекту «Окно».
8. Упражнение 7. Всенаправленные осветители (создание, размещение, настройка) для
сцены «МАХ-кафе».
А) удалить ранее созданный всенаправленный осветитель;
Б) создать 4 новых, разместив их так: 2 — внутри плафонов настенных светильников,
3-й – в углу, симметрично дальнему на стене светильнику, 4-й – на той же высоте,
что и другие, но у фасадной стены внутри, справа от двери.
В) задать для всех значение счетчика усилителя = 0.5;
Г) установить флажок Cast Shadow и тип Shadow Maps;
Д) выполнить визуализацию сцены;
Е) создать ещё один, всенаправленный осветитель и пометить в точке (-40,-650,305);
Ж) задать для него значение счетчика усилителя 0.7 и режим Shadow Maps;
З) исключить, из числа освещаемых, объекты «Вывеска», «Фасад», «Основание сце-
Ны», «Фундамент», «Окно», «Дверь», «Ступенька».
И) сохранить файл под прежним именем.
9. Упражнение 8. Создание и настройка нацеленного прожектора.
А) скрыть лишние предметы от просмотра (см. Упражнение 2), а также все кресла
(кроме того, что стоит у задней стены кафе);
Б) установить максимально возможный масштаб для всех окон проекций;
В) выбрать режим Light, и тип источника Target Spot (свиток Object Type);
Г) активировать окно Top и разместить источник (немного ниже и левее центра
помещения) и мишень (за единственным креслом у стены) построив конус обзора;
Д) перейти в окно Front и выделить одновременно значки мишени и прожектора;
Е) переместить объекты вверх так, чтобы прожектор оказался посредине высоты
помещения (нижняя точка конуса света должна быть ниже уровня пола);
Ж) перейти в Modify и настроить параметры прожектора (Multiplier=1.5,Cast Shadow,
Ray-Traced Shadow);
З) выключить всенаправленные осветители сцены;
И) активировать Perspective для максимального увеличения пятна света прожектора;
К) выполнить визуализацию сцены.
10. Упражнение 9. Настройка луча прожектора (регулировка ширины, резкости, формы).
А) развернуть свиток Spotlight Parameters;
Б) увеличить размер пятна, увеличив параметр Hotspot (Falloff всегда на 2? больше);
В) установить значение Falloff = 60? и оценить параметры пятна света на стене;
Г) восстановить исходное значение Falloff;
Д) изменить положения переключателя формы пятна с Circle на Rectangle.
Примечание! Соотношение сторон регулируется счетчиком Aspect.
11. Упражнение 10. Прожектор в роли проектора.
А) установить флажок Map (раздел Projector Map свитка Spotlight Parameters);
Б) нажать кнопку None для появления окна Material/Map Browser;
В) активировать окно Select Bitmap Image File с помощью строки Bitmap;
Г) выбрать подходящее изображение и визуализировать сцену в окне Perspective;
Д) после оценки удалить прожектор, как источник света.
12. Упражнение 11. Создание и настройка свободных прожекторов для «МАХ-кафе».
А) восстановить видимость всех кресел (Unhide by Name);
Б) выбрать Free Spot свитка Object Type;
В) активировать окно Top и установить прожекторы в точки (0,-165,0) и (0,135,0);
Г) подтвердить действия правой кнопкой мыши;
Д) на виде Front или Left установить координату Z прожекторов равную 325 см;
Е) настроить параметры прожекторов (сектор яркого пятна = 88.5?, края пятна = 92.5?,
режим отбрасывания теней включен, тени контрастные, яркость света – по умолча-
нию со счетчиком = 1.0);
Ж) в окне Perspective выполнить визуализацию сцены;
З) включить 4 направленных осветителя (созданных ранее внутри помещения);
И) уменьшить яркость прожекторов, установив значение счетчика = 0.5;
К) восстановить видимость всех объектов (кроме стены фасада, окна, двери и
вывески);
Л) установить и настроить параметры 2 диагональных нацеленных направленных
осветителей самостоятельно;
М) оценить их действие и удалить со сцены.
13. Упражнение 12. Создание моделей камер.
А) перезагрузить 3DStudioMAX для установки исходных значений параметров;
Б) выбрать и активировать инструмент Cameras;
В) выбрать в качестве типа камеры объект нацеленного типа;
Г) переместить курсор в окно Top и определить местоположение камеры и мишени
(самостоятельно по аналогии с прожекторами);
Д) задать фокусное расстояние объектива Lens или установить поле зрения камеры
в счетчике FOV (вместо импровизации можно выбрать параметры из установ-
ленного ряда значений в группе Stock Lenses);
Е) открыть файл сцены «МАХ-кафе» со всеми осветителями;
Ж) восстановить видимость стены фасада, вывески и двери;
З) уменьшить масштаб изображения в окне Top для обеспечения видимости 15 м по
вертикали;
И) разместить курсор в т.(145,-790,0) для камеры и перетащить в т.(-160,-130,0) для
мишени;
К) настроить поле зрения камеры установив Stock Lenses = 28 мм;
Л) перейти в окно Front и поднять значок камеры до отметки Z=165 см;
М) поднять значок мишени до высоты Z=140 см;
Н) переключитьтип проекции в любом из окон на проекцию «Camera01»;
О) выполнить визуализацию изображения;
П) создать и установить вторую камеру с параметрами (координаты камеры равны
(-110,-30,0) и координаты мишени (-110,-30,0) соответственно);
Р) перейти в окно Front или Left и поднять значок камеры до Z =175 см, а для мишени
Z = 40 см;
С) установить параметр Stock Lenses = 24 мм;
Т) выключить всенаправленный осветитель (перед фасадом) или восстановить види-
мость окна;
У) переключить любое из окон на проекцию «Camera02»;
Ф) выполнить визуализацию сцены;
Х) создать, по аналогии с рассмотренными, третью камеру с параметрами: координа-
ты камеры (-5,-280,160), координаты мишени (-50,-140,105), Stock Lenses = 35 мм,
действует режим трассированных лучей;
Ц) переключить любое из окон на проекцию «Camera03»;
Ч) выполнить визуализацию сцены и сохранить файл проекта под прежним именем.
14. Упражнение 13. Создание простейших стандартных материалов для «МАХ-кафе».
А) перезагрузить 3DStudioMAX для задания исходных значений;
Б) выбрать редактор материалов (кнопка панели инструментов или команда меню по
цепочке Tools?Material Editor?раскрыть окно редактора материалов;
В) начинаем создавать в первой (активной) ячейке образец материала потолка, для
чего ввести имя нового материала «Побелка» (в текстовой строке) и не изменять
значения параметров Shader Basic Parameters и вариант раскраски Blinn;
Г) в окне Color Selector свитка Blinn Basic Parameters последовательно уточнить значе-
ния параметров: подсветки (200,240,250), диффузного рассеивания (230,230,230),
зеркального отражения (245,245,245), уровня зеркальности = 20, глянцевитости
= 25;
Д) сохранить созданный материал в новой библиотеке, выполнив цепь действий: Get
Material?установить переключатель Browse From в окне Material/Map Browser в
положение Mtl Editor?Save as?имя новой библиотеки «МАХ-кафе»?Save;
Е) активировать вторую ячейку редактора материалов, для чего ввести имя нового
материала для тарелок «Фаянс» (в текстовой строке) и не изменять
значения параметров Shader Basic Parameters и метод раскраски Phong;
Ж) в окне Color Selector свитка Phong Basic Parameters последовательно указать значе-
ния параметров: подсветки (190,190,190), диффузного рассеивания (240,240,240),
зеркального отражения (255,255,255), уровня зеркальности = 95, глянцевитости
= 80, размытость = 0;
З) сохранить полученный материал в библиотеке, используя Put to Library;
И) активировать третью ячейку редактора материалов, для чего ввести имя нового
материала «Позолота» (в текстовой строке) и не изменять значения параметров
Shader Basic Parameters и метод раскраски Metal;
К) в окне Color Selector свитка Metal Basic Parameters последовательно указать значе-
ния параметров: подсветки (66,59,29), диффузного рассеивания (183,165,79), вида
золотистого, уровня зеркальности = 77, глянцевитости = 75;
Л) сохранить полученный материал в библиотеке используя Put to Library;
М) активировать четвертую ячейку редактора материалов, для чего ввести имя нового
материала «Стекло» (в текстовой строке) и изменить фон ячейки на разноцветные
шахматные клетки Background и метод раскраски Metal;
К) в окне Color Selector свитка Metal Basic Parameters последовательно указать значе-
ния параметров: подсветки (0,0,0), диффузного рассеивания (178,178,178), уровня зеркальности = 100, глянцевитость = 85, прозрачность = 20;
Л) установить переключатель Falloff раздела Advanced Transparency в положение In,
задав характер изменения прозрачности “внутрь объекта”;
М) задать степень изменения непозрачности от середины к краям = 20;
Н) сохранить полученный материал в библиотеке используя Put to Library.
15. Упражнение 14. Назначаем материалы из библиотеки объектам «МАХ-кафе».
А) раскрыть окно редактора материалов и выбрать Get Material;
Б) в окне просмотра материалов и карт установить переключатель Browse From в
положение Mtl Library и задействовать Open;
В) в появившемся окне открыть библиотеку «МАХ-кафе»;
Г) выделить в списке материалов название «Побелка» и перетащить в первую ячейку
редактора материалов;
Д) аналогичные действия выполнить для других созданных материалов;
Е) выделить в сцене объект «Потолок»;
Ж) активизировать ячейку с материалом «Побелка» и назначить его объекту;
З) назначить материал «Фаянс» всем тарелкам, выделив предварительно объекты
«Тарелка01»… «Тарелка08» и используя инструмент Select by Name;
И) действуя аналогично назначит материал «Позолота» объектам «Рама», «Ложка01»
… «Ложка08», «Вилка01»… «Вилка08», всем деталям светильников (кроме
плафонов и зеркала);
К) назначить материал «Стекло» всем 8 бокалам;
Л) сохранить файл сцены под прежним именем.
16. Упражнение 15. Применяем эффект самосвечения для материалов вывески и плафонов ламп «МАХ-кафе».
А) открыть окно редактора материалов и активизировать свободную ячейку образца;
Б) создать новый материал «Неон» с параметрами: подсветка — (40,50,80), дифффуз-
ное рассеяние – (110,225,250), зеркальность – (230,230,230) с ярким, но не размы-
тым зеркальным бликом: уровень зеркальности = 75, глянцевитость = 25;
В) снять флажок цветности в разделе самосвечения и задать уровень свечения = 100;
Г) назначить новый материал объекту «Вывеска»;
Д) открыть библиотеку материалов «МАХ-кафе» и сохранить в ней данный образец;
Е) активизировать шестую ячейку редактора материалов;
Ж) создать новый материал «Стекло лампы» с параметрами: дифффузное рассеяние
(110,225,250), подсветка и зеркальность – любые, устранить зеркальный блик
(уровень зеркальности = 75, глянцевитость = 0);
З) сбросить флажок самосвечения и установить уровень = 100;
И) установить непрозрачность равную 90;
К) установить переключатель Type свойств прозрачности в положение Filter;
Л) задать ярко-желтый цвет светофильтра с RGB параметрами (250,230,64);
М) сохранить материал в текущей библиотеке;
Н) сохранить файл сцены под прежним именем.