Моделирование и 3D-анимация в Autodesk Maya

 

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана»

Калужский филиал

 

 

 

 

кафедра

«Системы  автоматизированного проектирования»

 

 

 

Пояснительная записка 

к курсовой научно-исследовательской работе

на тему:

«Моделирование и 3D-анимация  
в Autodesk Maya»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил  студент группы САПР-91

Чекарев М.Н.

Руководитель  работы

Максимова Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калуга, 2011.

Оглавление

 

Введение 3

1. Исследовательская часть 4

1.1 Постановка задачи 4

1.2 Описание продукта 4

1.2.1 3D Моделирование 5

1.2.2 Анимация 8

1.2.3 Динамика и эффекты 10

1.2.4 3D рендеринг и обработка изображений 13

1.2.5 Скрипты и API-интерфейс 16

1.2.6 Интеграция 2D и 3D 17

2. Конструкторская часть 18

2.1 Работа с объектами 18

2.2 Работа с материалами 19

2.3 Инструменты управления анимацией 21

2.4 Деформация 22

3. Технологическая часть 22

3.1 Запуск приложения 23

3.2 Интерфейс программы 23

3.3 Системные требования 24

Заключение 26

Список литературы 27

 

Введение

 

Современный информационный мир сложно представить  без компьютерной графики. Её популярность и сфера применения растут с каждый днём. Увеличивается и сложность  решаемых задач. Это заставляет разработчиков  программного обеспечения модифицировать существующие, а также разрабатывать  новые решения в данной области. 

Особенно  популярна сфера 3D-моделирования и 3D-анимации. Достаточно сказать, что они находят применение в таких динамично развивающихся направлениях, как кино- и игроиндустрия.

Спектр  программных продуктов, предлагаемых широкому пользователю разработчиками, достаточно велик. Наиболее известны в  настоящее время программные решения от компании Autodesk: 3D Studio Max и Maya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исследовательская часть

1.1 Постановка задачи

 

Знакомство  с программным продуктом Autodesk Maya, изучение основных возможностей продукта, процесса моделирования, создания 3D-анимации, визуальных эффектов на примере практических задач.

1.2 Описание продукта

 

Autodesk Maya – профессиональное программное обеспечение для создания высокореалистичной компьютерной графики. Профессионалы всего мира используют возможности этого пакета в таких областях, как создание спецэффектов в кино и на телевидении, разработка компьютерных игр, графический дизайн.

Autodesk Maya на протяжении уже 20 лет является лидером в области ПО для создания компьютерной графики в кино- и игроиндустрии.

Колоссальные возможности данного  пакета позволяют организовать замкнутый  процесс работы. От моделирования и эскизирования до сетевой визуализации, дальнейшей постобработки, совмещения трехмерных сцен и видео последовательностей [1].

 

 

 

 

 

 

1. 3D Моделирование

Моделирование сетей с помощью полигонов и сабдив-поверхностей

 

Autodesk Maya предоставляет хорошо зарекомендовавший себя набор интуитивных средств создания и редактирования полигональных сетей, среди которых: Bridge (создать полигон между двумя гранями), Poke (проткнуть), Cut (вырезать), Wedge (клин), Bevel (скос), Extrude (выдавливание), Chamfer vertex (фаска в вершине), Extrude along a curve (выдавливание по кривой), Mirror Cut (вырезать симметрично), Edge Loop (последовательность ребер), Edge Ring (кольцо из ребер), Slide Edge (cкользящее ребро) и Pick-Walk (фиксация движения).

Мягкий выбор, предварительное  выделение выбранных элементов  и отбор элементов, выделенных с помощью камеры.

Инструменты для упрощения полигонов, корректировки данных, формирования информационных блоков и задания уровня детализации для оптимизации сцен.

Возможность переноса данных текстур UV, цветовых кодировок и положения вершин между сетями различной топологии.

Моделирование поверхностей

 

Maya предлагает два метода создания математически гладких поверхностей, форму которых можно менять с помощью относительно небольшого количества контрольных вершин: NURBS и иерархические сабдив-поверхности.

В разных областях сабдив-поверхности могут иметь различную степень детализации, благодаря чему усложнять элемент можно только там, где это необходимо.

Присоединение, отсоединение, выравнивание, сшивание, удлинение, сопряжение и перестроение поверхностей NURBS осуществляются с высокой степенью контроля над их параметризацией и целостностью. Можно преобразовывать NURBS и сабдив-поверхности в полигональные сети или выполнять обратное преобразование.

Имеются также такие точные инструменты  построения кривых и поверхностей на основе сплайнов, как построение по сечениям, по двойным направляющим, скашивание кромок, выдавливание, обрезка, задание границ, смещение, булевы операции, скругление и придание прямоугольной формы.

UV-текстуры, нормали и цветовые кодировки

 

Помимо размещения вершин, определяющих их форму, сети могут нести важную информацию для программного, интерактивного и игрового 3D рендеринга. Для управления этими действиями Maya предлагает:

• Оптимизированный творческий процесс, включающий создание и редактирование UV-текстур, автоматическое проецирование, а также интерактивные инструменты для растягивания, компоновки, построения решеток и растушевки;
• Большое количество наборов проекционных координат, поддерживающих отдельные координаты для каждого текстурного канала;
• Множественные наборы UV-координат позволяют использовать для представления нескольких объектов единую сеть, что облегчает создание сцен;
• Разнообразные наборы предназначенных для разработки игр анимируемых данных класса color-per-vertex (CPV), предварительного освещения, пользовательских нормалей и средств формирования карт нормалей.

Совместимость с Autodesk Mudbox

 

Создавать органические модели высокой  степени детализации помогает Autodesk Mudbox — программа для цифровой 3D скульптуры и рисования текстур. Дополнительный набор инструментов предоставляет в распоряжение пользователей интуитивные 3D технологии моделирования на основе кистей, обеспечивая поддержку 2D и 3D слоев, что позволяет легко управлять скульптурными циклами и рисованием на множестве сетей и текстур.

Геометрия из Maya в Mudbox импортируется через файлы в формате Autodesk FBX . Прорисовка детальных текстур выполняется непосредственно на 3D сети с высоким разрешением. Геометрия и детали текстур могут экспортироваться из Mudbox для использования в некоторых других приложениях, например, в Adobe Photoshop и Maya.

В Mudbox применяются моделирующие слои для формирования поз и выражений лиц у персонажей, которые подготовлены в виде сглаженных форм в Maya.

 

 

 

 

 

1.2.2 Анимация

Общая анимация

 

Maya предоставляет пользователям широкий спектр специальных средств для анимации по ключевым кадрам, процедурной и программируемой анимации, среди которых:

• Хорошо контролируемая, недеструктивная система наложения анимационных слоев, работающая с любыми атрибутами;
• Нелинейный редактор анимации Trax для недеструктивного микширования, смешивания и редактирования поз и анимационных роликов;
• Большое разнообразие обобщенных зависимостей;
• Мощный интуитивный инструмент Set Driven Key, позволяющий передавать сложные отношения между анимируемыми персонажами по ключевым кадрам;
• Редакторы Graph и Dope Sheet, позволяющие строить более точные функциональные кривые для контроля изменений анимационных атрибутов во времени;
• Полный набор деформаторов для статичного моделирования или анимации.

Создание персонажей

 

Возможность создания реалистичных персонажей повышает производительность специалистов по анимации. Программа для 3D анимации Maya содержит:

• Встроенные средства Spline IK, Spring IK, а также одноуровневые и упрощенные двууровневые решатели;
• Полнофункциональную систему обратной кинематики (IK) для естественного сочленения конечностей в моделях двуногих и четвероногих персонажей;
• Возможность плавного смешивания прямой (FK) и обратной (IK) кинематики при анимации;
• Передовые средства изменения форм Maya Muscle для передачи реалистичных или стилизованных движений кожи и мышц, включая сморщивание, дрожание и столкновения;
• Инструмент Substitute Geometry (замена геометрии) для переноса данных скиннинга из одной модели в другие;
• Недеструктивные рабочие процессы, позволяющие вставлять, перемещать, удалять, соединять и рассоединять точки на связанном скелете.

Совместимость с MotionBuilder

 

Сочетание Autodesk MotionBuilder — программы для 3D анимации персонажей — с Maya поможет увеличить эффективность производства и добиться высокой результативности при выполнении проектов, требующих анимации большого количества персонажей.

MotionBuilder является идеальным дополнением к Maya благодаря программному 3D ядру, обеспечивающему режим реального времени, и наборам специализированных инструментов для создания персонажей, нелинейного редактирования анимации, работы с данными захвата движений и интерактивной динамики. Сочетание этих программ представляет собой комплексное решение для анимации.

Быстрый и удобный способ обмена данными с помощью технологии Autodesk FBX обеспечивает успешную совместную работу сразу с несколькими программными продуктами.

1.2.3 Динамика и эффекты

Динамика твердых и аморфных тел

 

Реалистичные модели разнообразных  твердых и гибких объектов создаются очень быстро.

Твердотельным объектам можно назначать  зависимости: Nail, Hinge, Barrier, Pin и Spring.

Анимация движений/неподвижных  состояний твердых тел производится по ключевым кадрам.

Аморфные тела используются для создания таких вторичных эффектов движения, как дрожание мышц и колыхание полей шляпы.

Движение природных сил моделируется с помощью динамических полей: Air (ветер), Drag (тяга), Gravity (гравитация), Newton (тяготение), Radial (радиальные силы), Turbulence (турбулентность), Uniform (равномерное распределение), Vortex (вихрь), Volume Axis (ось объемов) и Volume Curve (кривая объемов).

Возможно управлять такими атрибутами, как Friction (трение), Bounciness (упругость), Damping (затухание), Mass (масса), Velocity (скорость), Spin (вращение) и Torque (кручение).

Средство Shatter служит для разбиения объекта на многочисленные твердые или гибкие элементы.

Maya nParticles

 

Maya nParticles — это набор средств, который позволяет организовать интуитивную и эффективную процедуру моделирования широкого спектра сложных эффектов, в том числе жидкостей, облаков, дыма, мелких брызг и пыли.

Можно моделировать льющиеся и расплескивающиеся жидкости в контейнерах. Функция самостолкновения позволяет накапливать частицы nParticles в выбранном объеме.

Атрибуты шейдинга, такие как радиус, цвет, прозрачность и свечение, отображаются по времени, сроку, радиусу или скорости.

Гибкие зависимости nConstraints обеспечивают более высокий уровень управления без ввода сложных математических выражений.

Для замены частиц объектами можно использовать вхождения геометрии. Двусторонняя связь с Maya nCloth позволяет тканевым текстурам и частицам взаимно влиять друг на друга.

Maya Fluid Effects

 

Модуль Maya Fluid Effects позволяет выполнять моделирование и рендеринг реалистичных эффектов атмосферы, взрывов, вязких жидкостей и естественных водных поверхностей.

Доступен широкий набор предварительных  установок: облака, дым, снег, пар, туман, ядерный взрыв, языки пламени, вулканическая  лава, ртуть, грязь, океанический прибой, штиль, шторм, зыбь, барашки на воде, пена и другие.

Для создания высококачественных анимированных текстур вы можете использовать 2D эффекты жидкостей. Модуль интегрирован с другими компонентами Maya: например, жидкость может возмущать частицы, а объекты — жидкость, двигаясь сквозь нее. Так персонаж движется сквозь густой туман или морские суда разрезают водную гладь.

 

Maya nCloth

 

Встроенный в Maya инструментарий nCloth позволяет создавать реалистичные тканевые и другие деформирующиеся материалы. Полигональные сетки могут преобразовываться в объекты nCloth. Материалы Maya nCloth можно легко сворачивать, растягивать, резать, вдавливать и даже рвать, изменяя соответствующим образом их цвет. 3D объектам придаются жесткость, вязкость и гладкость. Для присоединения пуговиц, создания прорех и смятия ткани при движении используются топологически нейтральные зависимости. Есть возможность моделирования многослойности ткани, например рубашки, заправленной в брюки. Функция самостолкновения позволяет достичь реалистичных эффектов и избежать ошибок взаимопроникновения объектов. Комплексные эффекты создаются с помощью кэшированных данных. Двусторонняя связь с Maya nParticles позволяет тканевым текстурам и частицам взаимно влиять друг на друга.