Тривимірна графіка. Класифікація програм для роботи з тривимірною графікою.

Хід уроку

І. Організаційний етап

•                    Повідомлення теми і мети уроку

Слайд 1

Сьогодні ми будемо знайомитись з тривимірною графікою та розглянемо програми для роботи з нею.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Ще зовсім недавно тривимірна графіка являла собою рідкісне заняття, яке потребувало коштовної апаратури, значних ресурсів пам`яті та програмного забезпечення, яке могла собі дозволити далеко не кожна фірма. Але бажання візуалізувати інформацію спостерігається практично у всіх сферах діяльності людини. Сьогодні можна працювати з повноцінними динамічними тривимірними об`єктами, які відповідають реальним об`єктам як за формою, так і за кольором, фактурою та освітленням. Це все досягається за допомогою 3D графіки, яка використовується майже у всіх галузях нашого життя.

•                    Не забувайте про правила поведінки на уроці.
•                    Якщо ви чуєте сигнал «Увага! Повітряна тривога», прослідуйте в безпечне місце, визначене вашою сім’єю.

ІІІ. Актуалізація опорних знань

Слайд 2

1.               Що таке комп’ютерна графіка? (розділ інформатики, який вивчає методи створення цифрових зображень, які можна обробляти та виводити засобами обчислювальної техніки)
2.               Наведіть приклади графічних зображень.
3.               Наведіть приклади використання комп’ютерної графіки в різних сферах діяльності людини.
4.               Які види комп’ютерної графіки вам відомі? (векторна, растрова, фрактальна)
5.               За допомогою якого програмного забезпечення можна працювати з графікою?
6.               Назвіть формати графічних файлів. (BMP, JPEG, GIF, PNG, IMG, MAC, MSP, PGL, PCX, WMF, SVG, CDR.

ІV. Вивчення нового матеріалу

Слайд 3

Теоретичний матеріал

Тривимірна графіка, або 3D-графіка – розділ комп'ютерної графіки, сукупність прийомів та інструментів (як програмних, так і апаратних), призначених для зображення об'ємних об'єктів.

Слайд 4

Перегляд відео «Напрями 3D-графіки» з усним доповненням вчителя та заповнення Інтелектуальної карти.

•                       Сфера 3D графіки містить у собі безліч різних напрямків - від друку протезів до розробки ігор. Навіть зараз коли існує безліч уроків, відео і книг, новачкові буде не так просто зрозуміти що до чого.
•                       Я не буду говорити, що якийсь напрямок краще і потрібно вибрати саме його. Просто спробую трохи пролити світло на те, які взагалі бувають напрямки, щоб ви вже самі змогли зробити висновки. Отже:
  1.               Візуалізація інтер'єрів. Уявимо, що ви вирішили відкрити свою кав'ярню, але не якусь, а з індивідуальним дизайном, щоб кожен стілець і лампочка вписувалися в інтер'єр.  Можна звичайно спробувати дуже сильно включити фантазію або накидати що-небудь у Photoshop, але швидше за все ви підете до візуалізатора інтер'єрів. Де наочно побачите ще нереалізований інтер'єр, зрозумієте, як все це буде виглядати, щось підправити, а щось прибрати.

Варто відзначити, що зараз набирає обертів візуалізації інтер'єрів за допомогою окулярів віртуальної реальності і майже наживо подивитися на інтер'єр якого ще немає. 

Наскільки я знаю, для цих цілей часто використовується зв'язка 3D Max, плюс якась програма для візуалізації наприклад v-ray або корона.

2. Моделювання ландшафтів. Тут візуалізується вже не інтер'єр, а те, що ззовні. Потрібно побудувати житловий комплекс з багатоповерхівок? Моделюємо, розміщуємо картинку біля будівництва, милуємося.

Все пішло від класичного макетування, де все треба було робити руками: різати по картону, створювати нерівності, а потім все це фарбувати. На заміну такому трудомісткому способу якраз і прийшло моделювання. Фізичні макети продовжують робити, але вже за допомогою 3D друку.

3. Візуалізація фасадів будівель. Також можна поговорити про конкретні будинки. Для того, щоб створити дійсно гарний, якісний і незвичайний будинок, необхідно зробити його візуалізацію. Спочатку архітектор робить креслення, але поки не зрозуміло як буде виглядати будівля - тут і підключається 3D художник. Створюється тривимірна візуалізація і надалі доопрацьовується.

4. Анімація. Анімацію при бажанні взагалі можна використовувати до будь-якого напрямку, але найбільше звичайно ж у виробництві кіно, анімаційних фільмах та іграх. Анімація робить модель живою. Якщо ви працюєте тільки з анімацією, то у вас вже є готова модель. Тільки для підготовки до її анімації потрібно зробити Skinning (скінінг), створити м'язи та rigging  (рігінг).

•                  Отже, скінінг - це процес створення системи кісток, тобто кістяка персонажа. Кістки тривимірному персонажу потрібні для того ж, для чого вони потрібні і людям. Вони дають можливість йому рухатися. Сама по собі тривимірна сітка рухатися не може, також як це і не може робити наше тіло, якщо його позбавити кісток. Тому саме створення скелета - це перший крок для нормальної анімації в майбутньому.
•                  Далі йде створення м'язів для їх створення використовують спеціальні методи. Ви створюєте ще одну спрощену геометрію, яка імітує м’язи, які знаходяться під шкірою. Після цього м’язам задається та налаштовується їх динамічна поведінка і тільки після цього вони можуть розгойдуватися і колихатися при русі.
•                  Після створення м'язів йде рігінг. У чому суть, щоб не рухати кожну кістку окремо найчастіше створюють додаткові керуючі елементи. За певною схемою вони керують цілими групами кісток. Все це разом, кістки і додаткові елементи - називається рік, а сам процес побудови скелета і керуючих елементів – рігінг, у такий спосіб анімованого персонажа можна помістити в анімаційний фільм, кіно, додавши реалізму або у гру.

5. VFX ефекти або візуальні ефекти. Візуальні ефекти використовуються для створення неіснуючих сцен.

К VFX відноситься: 

•                  моделювання
•                  matte-painting –дорисовка
•                  композинг
•                  симуляція частинок

Візуальні ефекти застосовуються наприклад, коли потрібно домалювати дощ на постпродакшен, а чекати його кілька знімальних днів не варіант. Також за допомогою візуальних ефектів збільшується кількість воїнів, наприклад у грі престолів. Збирати масовку з тисячі людей на декілька зйомочних днів не варіант. Але можливо зняти невелику групу, яку копіюють і заповнюють нею необхідний простір.

Також популярна технологія яка входить у візуальні ефекти – це motion capture. За її допомогою легше відтворити складні рухи персонажу. Ви швидше за все де-небудь бачили як вона працює. На тілі живого актора закріплюються датчики, такі круглі кульки. Після чого графіка і рухи зводяться в одну тривимірну модель. На відміну від звичайної комп'ютерної графіки - така технологія дозволяє досягти більшої реалістичності руху.

6. Гейм-дизайн. Насправді гейм-дизайн - це дуже широке поняття. У Red Dead Redemption 2 було написано більше півмільйона рядків діалогів. І це теж гейм-дизайн. Але зараз нас цікавить контент дизайн і дизайн рівнів.

Контент дизайн – це створення персонажів та предметів. Тут нам знадобиться і моделювання, і анімація.

Дизайн рівнів.  Як не дивно це створення рівнів гри, до цього входить ландшафт рівня, з горами та морями, всі об'єкти, які на ньому знаходяться.

На цьому момент можна зрозуміти, що види моделювання пов'язані між собою.  Навик в моделюванні ландшафтів та міст допоможе в іграх. Моушен крепче можна використовувати у фільмах, анімаціях та в іграх. Анімацію взагалі можна використовувати де завгодно.

7.                              3D друк.  3D друку - це великий прорив в індустрії прототипування об'єктів. Спочатку об'єкт моделюється, а потім поміщається на друк в 3D принтер.

В залежності від принтеру можна використовувати різні матеріали, від пластику до шоколаду. Друкуються запчастини для машин, фігурки, протези, навіть органи. Все що завгодно, друкують навіть цілі будинки, спочатку їх моделюють і друкують частинами, а потім вже на  місці їх збирають. Також в 3D друк входить і промисловий дизайн, можна з моделювати стіл, подивитися як він виглядає, роздрукувати.

8. Веб-дизайн. У веб-дизайні використовується не тільки 2D графіка, але і 3D. Модельна афіша або тривимірна склянка з напоєм в меню. Навіть тут є місце для 3D.

І ще крім всіх цих напрямків є віртуальна реальність і доповнена реальність, але це дуже великі теми, про них ми будемо говорити пізніше.

Дайте відповіді на запитання:

1.               Навіщо використовують візуальні ефекти? (використовуються для створення неіснуючих сцен)
2.               Контент дизайн це ? (створення персонажів та предметів)
3.               Що можна роздрукувати за допомогою 3D друку? (запчастини для машин, фігурки, протези, органи, навіть цілі будинки)

Слайд 5

•                       Застосувань 3D-графіки можна знайти величезну кількість.
  Однак від користувача тривимірне моделювання вимагає спеціалізованих, серйозних знань і уміння користуватися спеціальними програмами для створення просторової графіки.
•                       Таких програм сучасний ринок комп'ютерних інструментів має досить багато. Їх розрізняють за функціональним призначенням, труднощами навчання та вартості. Але для багатьох користувачів-любителів існує досить велика кількість відмінних безкоштовних редакторів, які цілком підходять для роботи вдома. 

Основні програми для моделювання: Sketchup, Blender, Maya, Cinema 4D, 3Ds Max.

Слайд 6

•                  Sketchup – програма для моделювання архітектури, меблів, будинків. Існує дві версії програми — безкоштовна, обмежена по функціоналу (перш за все, відносно експортування в інші формати), та платна.

У порівнянні з багатьма іншими популярними пакетами, цей володіє рядом особливостей, що позиціонуються її авторами як переваги.

Основна особливість — майже повна відсутність вікон попередніх налаштувань. Всі геометричні характеристики під час або зразу після закінчення дії інструменту задаються з клавіатури в поле Value Control Box (поле контролю параметрів), яке знаходиться в правому нижньому кутку робочої області, справа від напису Measurements (панель вимірів).

Ще одна ключова особливість — це інструмент Push/Pull («Тягни/Штовхай»), завдяки якому будь-яку площину можна «витягнути» в сторону, створивши по мірі її руху нові бокові стінки.

Слайд 7

•      Blender – безкоштовна програма. Ця програма повного циклу. Тут можна змоделювати будь-який об’єкт, задати будь-яку сцену, задати об’єктам анімацію і тут же все візуалізувати. Також в програмі присутні інструменти скульптингу, за допомогою яких можна змінити вид об’єкту.

Додаток дозволить з допомогою великого асортименту інструментів здійснювати детальне проектування моделей і опрацювання їх об'ємних видів. Перетворення будь-якої моделі в керований тривимірний персонаж стало набагато простіше завдяки складним алгоритмам обчислення деформації. 

Для створення анімації ця програма також чудово підійде. Інструментами програми можуть бути оброблені, як прості дії, наприклад цикли пересування персонажа, так і складні - рух губ при розмові. Динамічні і складні об'єкти, які взаємодіють з навколишнім середовищем і один з одним, тепер легко налаштовуються і управляються.

Слайд 8

•                  Maya, Cinema 4D, 3Ds Max – це платні професійні програми. Можливості цих програм приблизно однакові. Хоча Maya підходить більше для анімації, Cinema 4D для загального моделювання, 3Ds Max – для моделювання інтер’єра та екстер’єра.

Слайд 9

В роботі з тривимірною графікою використовують такі поняття:

Візуалізатор (рендер) – тип програмного забезпечення, призначений для перетворення різноманітної інформації у візуальні образи. Може являтися додатком або частиною іншого додатку.

Плагін – це додаток, незалежний програмний модуль, який динамічно підключається до основної програми, призначений для розширення її можливостей.

Слайд 10

Недоліки тривимірної графіки

•                    підвищені вимоги до апаратної частини комп'ютера (об'єм оперативної пам'яті, наявність вільного місця на твердому диску, швидкодія комп'ютера);
•                    велика підготовча робота по створенню моделей всіх об'єктів сцени та призначенню їм матеріалів;
•                    обмежена свобода у формуванні зображення (потрібно враховувати об'єм об'єктів);
•                    жорсткий контроль за взаємним розташуванням відносно базису (об'єкт може втілюватись у інший об'єкт); необхідність додаткових зусиль для надання синтезованому зображенню реалістичності.
•                    часто результати візуалізації виглядають дуже правильно, чітко, що позбавляє сцену життєвості. У складі програм тривимірної графіки міститься набір фільтрів, що дозволяють імітувати глибину різкості зображень, зернистість віртуальної фотоплівки, змазування контуру при русі у момент зйомки.

 Слайд 11

V. Фізкультхвилинка

VІ. Усвідомлення набутих знань та формування вмінь і навичок

Слайд 12

•                    Практичне завдання

Завдання. Знайомство із програмою Blender

1.               Запустіть програму Blender
2.               Ознайомтесь із вкладками віна Інфо
3.               У вікні Структуратор по черзі активуйте об’єкти.
4.               У вікні Властивості поверніть об’єкт Cube на 30 ° по осі X, 60 ° по осі Y та 50 ° по осі Z (для цього перейдіть на об’єкт Cube у вікні Структуратор і у полі Обертання змініть значення на вказані)
5.               Змініть розташування об’єкту Light (для цього активуйте об’єкт у вікні Структуратор і змініть значення (вісь X - 10; вісь Y - 3; вісь Z -1) у полі Розташування)
6.               Змініть масштаб об’єкту Camera (для цього активуйте об’єкт у вікні Структуратор і змініть значення (вісь X - 2; вісь Y - 3; вісь Z -4) у полі Масштаб)

 Слайд 13

Релаксація

Вправа для профілактики короткозорості та порушення зору

VII. Рефлексія

Слайд 14

•                    Виконання інтерактивного завдання

•          Встановіть співвідношення між термінами з якими ми сьогодні  познайомились і твердженнями, які їх описують.

VIII. Домашнє завдання

Слайд 15

Опрацювати конспект. Встановити Blender на своєму комп’ютері.