www.viewpoint.com. На данный момент технология VRML считается устаревшей, однако развитие получили некоторые другие системы создания виртуальной реальности на ее основе. Так как обеспечение онлайнового взаимодействия нескольких пользователей между собой в виртуальных пространствах является перспективным направлением и продолжает развиваться, новым стандартом для создания трехмерных миров стал X3D (Extensible 3D). На сегодняшний день вышеописанный язык взаимодействия, визуализации и размещения виртуальных миров в Сети заменил технологию VRML.
   Очень интересное свойство трехмерной графики открыли не так давно американские ученые. Оказывается, смоделированная реальность позволяет лечить людей от заболеваний психологического характера и разного рода фобий. Чтобы избавиться, к примеру, от страха высоты или боязни летать, достаточно нескольких сеансов виртуальной терапии. Специальный шлем погружает человека в мир трехмерной графики, моделирующей ситуацию реального полета или хождения по высотным конструкциям. Компьютер генерирует соответствующие звуки, а с помощью специальных перчаток можно управлять виртуальным миром. Кроме того, во время этих сеансов ученые отмечали снижение болевого порога у пациентов. Возможно, в недалеком будущем анестезия будет производиться немедикаментозным способом с помощью приборов, создающих виртуальную реальность. Исследования в этой области идут полным ходом.
   Широкое применение трехмерная графика нашла также в области дизайна интерьера и архитектурных визуализаций. Ведь для заказчика важно увидеть помещение, в котором ему, возможно, придется жить или работать, в представлении, максимально приближенном к реальности. В идеале наиболее приемлемо фотографическое сходство эскиза с будущим помещением. Если открыть любой иллюстрированный журнал, посвященный декорированию комнат, практически в каждом номере можно увидеть проекты, сделанные в той или иной программе трехмерного моделирования. Конечно, нужно отдать дань авторским проектам, выполненным по классическим канонам в акварели (рис. 1.2), но это более трудоемкий процесс, и в случае большого количества заказов создание вариантов декора с помощью красок, мелков и карандаша займет много времени. К тому же моделирование помещений в специализированных программах позволяет достичь почти фотографического сходства с реальными объектами. Кроме того, компьютерный проект, в отличие от художественного, позволяет легко внести изменения в соответствии с желанием заказчика. Все изображения в цифровом виде остаются в студии или у дизайнера как «портфолио» (от итал. portfolio — «папка с документами») выполненных проектов. Сегодня многие дизайн-студии имеют в штате специалиста по трехмерной графике или обучают своих сотрудников работать с программами компьютерного моделирования. С помощью данной книги вам предлагается самостоятельно освоить такую программу и научиться созданию проектов интерьера.

   Рис. 1.2. Проект интерьера кабинета, выполненный в акварели
 
   Читатели, получившие художественное образование, могут пропустить данную главу и перейти непосредственно к изучению 3ds Max 2009 и созданию в этой программе виртуального интерьера. Ведь для них все, что здесь будет изложено, является прописными истинами. Хотя вспомнить основы иногда бывает полезно даже тем, кто считает себя профессионалом.

   Мир, окружающий нас, является трехмерным, иначе говоря, форму объектов, с которыми человек взаимодействует каждый день, можно описать посредством трех измерений – длины, ширины и высоты. Для создания каждого из этих объектов используются свои способы, о которых люди не задумываются, пока сами не примут участие в создании какого-либо объекта. Точно так же с помощью компьютера и специального программного обеспечения в виртуальном трехмерном пространстве можно создать практически любой объект, вымышленный или встречающийся в повседневной жизни, несколькими способами. Все, что относится к созданию трехмерных объектов и управлению ими в виртуальном пространстве, называется трехмерной графикой. Иначе говоря, трехмерную графику можно определить как виртуальное представление объемной среды. То есть на плоском мониторе компьютера посредством программного обеспечения строится 3D-пространство, которое затем может быть визуализировано с помощью программных средств управления и, в конце концов, в виде неподвижного изображения или анимационного ролика представлено зрителю.
   Для начального знакомства и понимания общих принципов работы в виртуальном пространстве достаточно знания геометрии на уровне школьного курса (вот когда пригодятся эти скучные теоремы и биссектрисы!). Для ориентации на плоскости и в пространстве в редакторах трехмерной графики применяется декартова система координат^[1] (рис. 1.3). Она представляет собой три воображаемые плоскости, пересекающиеся в пространстве под углом 90°. Обычно оси X и Y определяют координаты плоских двумерных объектов и описывают размеры объекта по длине и ширине, а ось Z направлена вверх и определяет высоту объекта. Началом координат называется точка с координатами (0, 0, 0), от которой ведется отсчет положения объектов в пространстве. Каждая ось координатной системы условно делится на определенное количество одинаковых отрезков, которые представляют собой какие-либо единицы измерения. Причем по одну сторону от точки начала координат будет располагаться положительная область значений, а по другую – отрицательная. Данная система применяется практически во всех программах трехмерной графики, различаясь только ориентацией осей, и, как правило, изменить направление осей в любом 3D-редакторе не составляет труда.
   Рис. 1.3. Оси декартовой системы координат в трехмерном пространстве
 
   Только после того как вы разберетесь с системой координат, принятой в трехмерной графике, и познакомитесь с интерфейсом 3ds Max 2009, имеет смысл переходить к изучению процесса создания объектов на основе примитивов или сплайнов, а затем и к более сложному объемному построению. Кроме трех измерений (длина, ширина, высота) любой объект 3ds Max определяется формой. Под формой подразумевается внешний вид, визуальные очертания предмета. Для работы с программой компьютерного моделирования (впрочем, это касается и любого вида изобразительного искусства) необходимо развивать в себе чувство формы и объема. «Трехмерное видение» приходит с опытом и не является исключительной особенностью определенного круга людей.

   Примечание
   Примитивами в программах компьютерного моделирования называют простые объемные фигуры, такие как куб, сфера, плоскость, пирамида и т. п. Эти фигуры служат основой для создания более сложных трехмерных моделей. Примитивы являются параметрическими объектами. Это означает, что они строятся путем ввода определенных параметров.

   После того как все объекты созданы и расположены на предназначенных для них местах, можно назначать им текстуры и работать над освещением сцены. Для отображения сцены применяются камеры различных типов (рис. 1.4). Виртуальная камера транслирует сцену в соответствии с указанными пользователем параметрами. Можно управлять, например, такой характеристикой, как глубина резкости (см. главу 3), когда в фокус камеры попадает определенная область или объект, а остальная часть сцены размыта. В итоге сцена становится похожа на фотографию, сделанную реальной камерой. Ключевым моментом возможностей трехмерных редакторов является анимация, или оживление неподвижного изображения. С ее помощью создаются спецэффекты для кино, рекламы и, конечно, полнометражные фильмы.
   Рис. 1.4. Инструмент Камера в программе трехмерного моделирования

   Из чего же состоят объекты в среде трехмерного моделирования? Здесь необходимо вспомнить правило, известное еще со школьной скамьи: соединив линиями три любые точки в пространстве, вы получите плоскость. Объекты в трехмерной графике состоят из наборов небольших плоскостей, которые называются полигонами. Полигоны, в свою очередь, состоят из вершин, ребер и граней (рис. 1.5, а). Этими составными частями они соединяются между собой. В составе полигона может быть произвольное количество ребер (рис. 1.5, б). Напрашивается вывод: если трехмерные объекты состоят из двумерных полигонов, значит, их можно воспроизвести в редакторах двумерной графики. Это действительно так, но если в приложении для работы с трехмерной графикой есть возможность вносить изменения в вид объекта, то в двумерном редакторе придется каждый раз перерисовывать его заново. Это неудобно и не способствует повышению производительности. Впрочем, такие редакторы могут сильно помочь в процессе создания моделей и обработки полученных изображений, о чем будет сказано далее.
   Рис. 1.5. Полигоны, используемые в трехмерной графике: а – составные части полигона; б – полигоны, составленные из различного числа граней
 
   Существуют различные режимы отображения трехмерных объектов (рис. 1.6):
   Рис. 1.6. Режимы отображения объектов
 
   • Габаритный контейнер объекта (bounding box) – объекты изображаются в виде описанных вокруг них параллелепипедов со сторонами, параллельными плоскостям глобальной системы координат.
   • Каркас (wireframe) – объекты изображаются в виде проволочных каркасов, образованных видимыми ребрами между соседними гранями, не лежащими в одной плоскости.
   • Освещенные каркасы (lit wireframes) – объекты изображаются в виде каркасов, тонированных в соответствии с направлением световых лучей.
   • Однородная заливка ( flat) – проекции объектов изображаются в виде областей с заливкой однородным цветом без полутонов.
   • Грани ( facets) – объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней.
   • Сглаживание (smooth) – объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями.
   • Грани и блики ( facets + highlights) – объекты изображаются в виде совокупности тонированных плоских граней с добавлением бликов.
   • Сглаживание и блики (smooth + highlights) – объекты изображаются в тонированном виде со сглаживанием переходов между плоскими гранями и добавлением бликов.
   • Контуры граней (edged faces) – демонстрация каркаса объекта одновременно с его тонированной оболочкой.
   Говоря об отображении объектов в программах трехмерного моделирования, нельзя не упомянуть о нормалях. Нормалью называется воображаемый отрезок, направленный из центра грани объекта перпендикулярно к ее поверхности. Если нормаль направлена в сторону наблюдателя, грань считается видимой. И наоборот, если нормаль направлена в сторону, противоположную взгляду, грань будет не видна. Соответственно, для изменения видимости грани достаточно поменять направление ее нормали.

   Еще с уроков черчения многие помнят рисование ваз и розеток в трех проекциях и аксонометрии. В качестве проекций обычно фигурировали: вид спереди, вид сверху и вид слева или справа. В редакторах компьютерной графики используется аналогичное представление объектов. Правда, чаще всего аксонометрия здесь заменяется видом перспективы. Аксонометрией называется отображение объемных объектов в пространстве, при котором в сцене отсутствуют перспективные искажения. Если предположить, что точка наблюдения находится так далеко от предмета, что все лучи зрения можно считать параллельными, параллельные линии будут выглядеть таковыми и на рисунке (рис. 1.7, а). Перспектива, в свою очередь, отображает объемные объекты с учетом расстояния от точки наблюдения, увеличивая передний и уменьшая задний план, так как взгляд наблюдателя в действительности направлен из одной точки (рис. 1.7, б), у созерцаемого объекта параллельными в таком случае будут только фронтальные прямые. Если при аксонометрическом отображении трехмерный объект проецируется на ортогональную плоскость, то при перспективном – проецирование происходит на конвергентную плоскость.
   Рис. 1.7. Изображение объектов: а – в аксонометрии; б – в перспективе
 
   Например, удаленные фигуры в перспективе кажутся меньше, чем расположенные близко к наблюдателю. Если смотреть таким способом на цилиндрический объект, его верхняя плоскость будет иметь эллиптическую форму, в то время как верхняя плоскость куба в перспективе будет выглядеть трапециевидной, а ее прямые углы будут казаться поднимающимися, если они находятся ниже уровня взгляда. В противном случае углы будут казаться опускающимися (рис. 1.8).
   Рис. 1.8. Объекты в перспективной проекции

   Создание трехмерного проекта, как правило, начинается с идеи, эскизных набросков будущих сцен. Данная стадия проекта является одной из важнейших, так как вырабатывается общая концепция всего проекта. Определяются предполагаемая форма объектов, составляющих наполнение сцены, их текстуры, цветовая гамма и освещение будущей сцены. Все это в дальнейшем поможет существенно ускорить реализацию трехмерного проекта.
   Любая сцена в виртуальном пространстве начинается с моделирования объектов. Этот процесс подразделяется на несколько категорий. Начнем с полигонального моделирования. Трехмерная модель создается из сетки полигонов, которую можно затем подвергать редактированию, меняя размер и форму структурных единиц. Если говорить простым языком, из обыкновенного куба с нужным количеством сегментов путем разбиения и наращивания полигонов можно получить качественную трехмерную модель (рис. 1.9). Одна из разновидностей полигонального моделирования – низкополигональное – используется в 3D-играх и для визуализации в реальном времени. В этом случае очень важны производительность процессора и видеокарты, так как при непрерывном отображении меняющейся трехмерной среды не обойтись без сложных расчетов. Кроме того, требуется место в памяти видеоподсистемы компьютера для хранения текстур. Поэтому желательно обходиться как можно меньшим количеством полигонов и жертвовать детализацией, экономя ресурсы вычислительной системы.