Введение в компьютерную графику. «Принтер»

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение  3

1 Классификация аппаратного и программного обеспечения

 компьютерной графики  4

2 Ограничение проекта 11

3 Описание и обоснование  проектного решения 12

Заключение 26

Список использованной литературы  27

Приложение А. Визуализация проекта                                                       28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Трехмерная графика — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.

И с помощью специальных приемов и инструментов была создана модель.

Целью моего курсового проекта было создание наглядной объёмной 3D-модели лазерного принтера, по которой потом может быть создан настоящий технологичный продукт. Для создания модели был использован графический редактор Blender.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 КЛАССИФИКАЦИЯ АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

 

• Lightwave 3D

Lightwave 3D — редактор трёхмерной  графики компании Newtek. Последние  версии предназначены для работы  в среде Microsoft Windows и Mac OS X, так же  отлично работает в среде Linux под Wine.

Особенности.

Lightwave содержит развитую систему  анимации (кости, фреймовая и инверсная  кинематика), высококачественный рендеринг, поддерживающий многопоточность, трассировку  лучей, каустику, глобальное освещение, модуль предпросмотра VIPER, подсистему  сетевого рендеринга Screamernet.

Встроенный механизм для работы с частицами Hyper Voxels позволяет генерировать дым, огонь, любые жидкости, туман, облака, и т.д.

Lightwave включает три разновидности  редактора сцены: классический, современный  и графический. Редактор поверхностей (surface editor) служит для настройки  свойств материалов (включая нодовые  настройки), image editor имеет базовые  средства для редактирования  растровых изображений.

Мощная система подключаемых модулей расширяет функциональность пакета, а язык программирования LScript позволяет писать собственные скрипты.

ИнтерфейсГлавной особенностью программы является разделение процесса моделирования и анимации-рендринга на два отдельно запускаемых приложения, что особенно удобно при использовании рабочих станций с двумя мониторами.

Также важной особенностью Lightwave являются кнопки управления с текстовыми надписями, т.е. в пакете вообще не используются пиктограммы, что экономит место на экране, делает интерфейс строгим и лаконичным.

• Autodesk Softimage. Autodesk Softimage, или просто Softimage (ранее также Softimage|XSI) — полнофункциональный 3D редактор, принадлежащий Autodesk, включающий в себя возможности 3D моделирования и компьютерной анимации. Это программное обеспечение преимущественно используется при создании кино, видеоигр, а также в рекламной индустрии для создания персонажей, объектов и окружения.

Главные особенности

• ICE (Interactive Creative Environment) – интерактивная творческая среда – визуальный интерфейс для расширения возможностей программы и быстрого создания процедурных эффектов посредством использования диаграмм потоков данных, основанных на нодах (узлах).
• 64-битная многопоточная архитектура
• Настраиваемый технологический процесс.  Softimage располагает множеством средств, позволяющих пользователям настроить программу в соответствии со строгими требованиями. Огромное количество опций и настроек позволяет художникам и командам выстроить эффективный пайплайн.
• Поддержка формата COLLADA
• Инструменты для создания скелета и анимации персонажей
• Нелинейная анимация при помощи Animation Mixer – инструмента, который позволяет пользователям микшировать анимационные клипы и слои таким же образом, как это делается в нелинейных программах видеомонтажа.
• Шейдинг и текстурирование
• Рендеринг и камеры – наиболее полная среди 3D-программ интеграция с системой визуализации mental ray, поддержка пакетной визуализации и визуализации из командной строки
• Симуляция физического взаимодействия геометрии и частиц, динамика, модуль для создания волос и меха (основан на Shave and a Haircut) и симуляция ткани (Syflex).

Maya

• Maya — редактор трёхмерной графики. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении. Первоначально разработана для ОС Irix (платформа SGI), затем была импортирована под ОС GNU/Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 32, так и для 64-битных систем.

Важная особенность Maya — её открытость для сторонних разработчиков, которые могут преобразовать её в версию, которая более удовлетворяет требованиям больших студий, которые предпочитают писать код, специфичный для их нужд. Даже невзирая на присущую Maya мощь и гибкость, этой особенности достаточно для того, чтобы повлиять на выбор.

В Maya встроен мощный интерпретируемый кросс-платформенный язык: Maya Embedded Language (MEL), очень похожий на Tcl. Это не просто скриптовый язык, это способ настроить основную функциональность Maya (большая часть окружения Maya и сопутствующих инструментов написана на нём). В частности, пользователь может записать свои действия как скрипт на MEL, из которого можно быстро сделать удобный макрос. Так аниматоры могут добавлять функциональность к Maya даже не владея языками C или C++, оставляя при необходимости такую возможность. Для написания расширений на языке C++ имеется подробно документированный C++ API. Так же для разработчиков теперь имеется возможность написания дополнений на языке Python. Язык MEL не привязан к платформе, поэтому код, написанный на нём, будет исполнятся в любой операционной системе.

Файлы проектов, включая все данные о геометрии и анимации, сохраняются как последовательности операций MEL. Эти файлы могут быть сохранены в текстовом файле (.ma — Maya ASCII), который может быть отредактирован в любом текстовом редакторе. Это обеспечивает непревзойденный уровень гибкости при работе с внешними инструментами

• Blender

Blender — пакет для создания  трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства  моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео, а также  создания интерактивных игр.

Функции пакета:

• Поддержка разнообразных геометрических примитивов, включая полигональные модели, систему быстрого моделирования в режиме subdivision surface (SubSurf), кривые Безье, поверхности NURBS, metaballs (метасферы), скульптурное моделирование и векторные шрифты.
• Универсальные встроенные механизмы рендеринга и интеграция с внешним рендерером YafRay.
• Инструменты анимации, среди которых инверсная кинематика, скелетная анимация и сеточная деформация, анимация по ключевым кадрам, нелинейная анимация, редактирование весовых коэффициентов вершин, ограничители, динамика мягких тел (включая определение коллизий объектов при взаимодействии), динамика твёрдых тел на основе физического движка Bullet, система волос на основе частиц и система частиц с поддержкой коллизий.
• Python используется как средство создания инструментов и прототипов, системы логики в играх, как средство импорта/экспорта файлов (например COLLADA), автоматизации задач.
• Базовые функции нелинейного редактирования и комбинирования видео.
• Game Blender — подпроект Blender, предоставляющий интерактивные функции, такие как определение коллизий, движок динамики и программируемая логика. Также он позволяет создавать отдельные real-time приложения начиная от архитектурной визуализации до видео игр.

Интерфейс пользователя

Blender 2.4 screenshotBlender имел репутацию  программы сложной для изучения. Практически каждая функция имеет  соответствующее ей сочетание  клавиш, и, учитывая количество возможностей, предоставляемых Blender, каждая клавиша  включена в более чем одно  сочетание (shortcut). C тех пор как Blender стал проектом с открытым исходным  кодом, были добавлены полные  контекстные меню ко всем функциям, а использование инструментов  сделано более логичным и гибким.

Пользовательский интерфейс Blender’а следует следующим отличительным концепциям:

• Режимы редактирования. Два основных режима Объектный режим (Object mode) и Режим редактирования (Edit mode), которые переключаются клавишей Tab.
• Широкое использование горячих клавиш. Большинство команд выполняется с клавиатуры.
• Управление рабочим пространством. Графический интерфейс Blender’а состоит из одного или нескольких экранов, каждый из которых может быть разделён на секции и подсекции, которые могут быть любой частью интерфейса Blender’a.

Сравнение редакторов.

Построим сравнительную таблицу графически редакторов

 

Таблица 1 – Сравнение графических редакторов

	Maya	Blender	Lightwave 3D	Autodesk Softimage
1	2	3	4	5
Цена	€ 2 500,00	Бесплатный	€ 800,00	€ 450,00
Интерфейс	Гибкий, но не обладающий интуитивностью	Обладающий хорошей интуитивностью, не гибкий	Старый интерфейс	хороший интерфейс
Документация	Превосходная	Хорошая	Превосходная	Очень хорошая
Персональная среда обучения	Да	нет	нет	нет
Рендеринг	внутренний, mental ray	внутренний	внутренний	внутренний, mental ray
Качество модели	Превосходное	Хорошее	Превосходное	Превосходное

1	2	3	4	5
Текстуры	Очень хорошие	Хорошие	Превосходные	Очень хорошие
Инструментальные средства анимации	Превосходные	Хорошие	Хорошие	Очень хорошие
Моделирование	Очень хорошее	Хорошее	Превосходное	Превосходное
Создание сценария	Превосходное	Очень хорошее	Хорошее	Превосходное
Изучение	Меньше 3 месяцев	Меньше 3 месяцев	Меньше 2 месяцев	Меньше 2 месяцев

 Продолжение таблицы 1

 

Теперь переведем качественные характеристики 3D редакторов в  количественную шкалу оценивания. Для наглядности сравнительных качеств редакторов.

 

Таблица 2 – Сравнение графических редакторов по оценкам

	Maya	Blender	Lightwave 3D	Autodesk Softimage
Цена	0	5	0	0
Интерфейс	2	2	1	3
Документация	5	3	5	4
Персональная среда обучения	5	0	0	0
Рендеринг	5	4	4	5
Качество модели	5	3	5	5
Текстуры	4	3	5	4
Инструментальные средства анимации	5	3	3	4
Моделирование	4	3	5	5
Создание сценария	5	4	3	5
Изучение	4	4	5	5
Сумма	44	34	36	40

 

На основе двух таблиц можно сделать вывод, что самым лучшим 3D редактором сейчас является Maya. Это и подтверждает его и цена на рынке – это самый дорогой редактор из всех представленных.

Интересно заметить, что  редактор Autodesk Softimage, который немного отстал по «очкам» от лидера Maya из-за документации и отсутствия персональной среды обучения, в  ценовом же отношении выглядит намного лучше: очень дорогой Maya (€2500)  и более дешевый   Autodesk Softimage (€450), разница почти в €2 000!

С большим отставанием по итогам вышел редактор Blender, он имеет все функциональные возможности, что и Maya только в менее хорошем качестве.

Но легкодоступность и небольшой размер  программы  на рынке сделала ее самым популярным редактором, и  также можно сказать, что Blender  стал для многих людей проводником в сложный и интересный мир 3D. Тем более программа по сравнению с другими молодая, и отставание в этом не постоянном рынке информационных технологий может быть временным, так как программа открыта для всех программистов в совершенствовании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОГРАНИЧЕНИЕ ПРОЕКТА

 

Проектом является лазерный принтер.

Для определения ограничений необходимо оценить целевую аудиторию для разрабатываемого проекта.

Данный проект не сложен в построении, поэтому может служить как наглядное пособие для студентов, учеников. Можно при некоторых доработках использовать как макет будущего продукта.

Предположительными  ограничением проекта могут стать следующие характеристики:

• Скорость печати
• Количество бумаги на подставке
• Шум при печати
• Качество печати
• Срок смены картриджей принтера

Проект должен обладать хорошим соотношением цены и качества. Экологически безопасным для человека. Иметь полезность для человека, то есть высокую юзабилити.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ

 

Стилевое решение было выбрано по подобию стандартного принтера. Цветовое решение было нестандартным, в основе идет основной серый цвет и раскрашенная задняя стенка красным и нижняя подставка синим. Это делает цветовое решение не обычным, привлекательным, выбивается из обычного. Материалом для создания был пластик.

Построение начинается с нового куба. Для это нажимаем пробелà Add           àMenshàCube.

Рисунок 1 – Начало

 

Потом для того чтобы начать изменять наш объект необходимо перейти в режим редактирования.

Рисунок 2 – Режим редактирования

 

С помощью клавиш Ctrl+Tab выбираем, чтобы были выделены грани (Faces).

Рисунок 3 – Выделение граней

 

Выполним операцию Bevel – фаска. Что придаст обтекаемость.

Рисунок 4 – Операция фаска

 

В итоге получилось:

Рисунок 5 – Выполнена фаска

 

Сделаем округление (Set Smooth), изменим размер объекта, по параметрам принтера.

Рисунок 6 – Изменение размера и округление

 

Начнем работать с передней гранью, которая как раз была выделена на предыдущем рисунке. Разделим эту грань, в итоге можно будет форматировать только выделенные части этой пока что единой грани.

Рисунок 7 – Деление грани

 

В итоге получилось:

Рисунок 8 – Итог деления граней

 

Выделяем определенные грани.  Для того чтобы сделать небольшой выступ.

Рисунок 9 -  Выделение

 

Когда грани выделились все, необходимо нажать клавишу Eà Region. И потянуть мышкой выделенные грани. Была совершена операция выдавливания.

Рисунок 10 – Выдавливание

 

Используем уже ранее использованный прием  – это фаска.

Рисунок 11 – Фаска выделенных граней

 

Для более красивого вида, делаем округление

Рисунок 12 – Округление

 

Выделяем нижние грани, для будущей вырезки.

Рисунок 13 – Вырезка

 

Чтобы удалить грани нажимаем клавишу  delete и в меню выбираем

удаление граней (Faces)

Рисунок 14 – Удаление граней

 

Теперь переходим к верхней грани.

Рисунок 15 – Верхняя грань

 

Аналогично, как и передней гранью, тоже выполняем деление грани.

Рисунок 16 – Деление грани

 

Мы получили вместо одной много  новых граней.

Рисунок 17 – Новые грани

 

Выделяем необходимые грани для удаления.

 

 

Рисунок 18 – Удаление граней

 

В итоге:

Рисунок 19 – Итог удаления

 

Добавим новый куб для создания нижней подставки.

Рисунок 20 – Новый куб

 

Изменим его размеры.

Рисунок 21 – Подставка

 

Вырежем переднюю грань (оттуда будет выходить бумага)

 

Рисунок 22 – Удаление

 

Соединим эти две детали:

Рисунок 23 – Соединение деталей

 

С помощью операций выдавливания, сделаем стенку, куда будет

  опираться бумага.

 

В итоге получилось:

Рисунок 24 – Промежуточный итог

 

Принтер практически готов осталось изменить текстуру, сделать надпись и добавить вспомогательные элементы.

Поэтому добавим еще два куба для задней стенки принтера и нижней. И

Раскрасим сам принтер и его составляющие. После всех этих операций проект можно считать завершенным.

Рисунок 25 – Итог работы вид спереди

Рисунок 26 – Итог работы вид сзади

 

Также были настроены свет и камера. И создана простая анимация.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Данная 3D модель была создана в программе Blender. Для построения был использован полигонный метод, который заключается в увеличении граней

(полигонов), что делает объект более красивым  и сложным по форме.

Вообще, трехмерные модели по количеству полигонов бывают:

• высокополигональными (high- poly) – более точными, применяемыми в разных видах фильмов, рекламах и просто картинках – везде, где важна фотореалитичность;
• низкополигональными (low-poly) – менее точными, но более легкими для обработки, применяемыми в создании игр и везде, где важна скорость обработки.

В данном проекте был использован низкополигонный способ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Молочков В. П. Компьютерная графика для Интернета:

самоучитель - СПб.:Питер, 2004.

2. Никулин Е.А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной

 графики - СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

3. Петров М. Н. Компьютерная графика: учеб. для вузов - СПб.:

Питер, 2003.

4. Русскоязычное сообщество поддержки Blender

http://startblender.wordpress.com/2008/09/27/blenderreview

5. Сайт по обучению моделирования в Blender

http://www.openarts.ru/blender-3d-tutorials/modeling/25-modeling-a-glass

6. Энциклопедия  «Википедия» http://ru.wikipedia.org/wiki