Профессиональное моделирование*
По мере развития 3D-индустрии поставка готовых моделей потребителям, измученным постоянно срывающимися сроками контрактов, быстро становится существенной частью бизнеса. Хотя многие разработчики, возможно, обладают достаточным опытом, чтобы смоделировать, скажем, пусковую установку для крылатых ракет, очень немногие из них имеют достаточно времени для такого детального исследования.
Решение здесь простое. Либо вы на несколько недель засадите за работу своего художника, чтобы он тщательно и аккуратно выстраивал модель по фотографиям, либо обратитесь в фирму типа Viewpoint DataLabs, которая за 300-1000 долларов продаст вам готовую полигональную модель интересующей вас установки или сделает ее на заказ. Такая модель состоит из нескольких десятков тысяч многоугольников и поставляется в нескольких форматах, включая форматы наиболее популярных 3D-пакетов. За небольшую дополнительную плату к ней приложат полный набор редактируемых текстур, еще более ускоряющих работу, — и все это доступно в течение 24 часов в сутки семь дней в неделю.
Действительно, крыть нечем, особенно если принять во внимание, что во всех таких компаниях действуют разнообразные системы скидок и поощрения постоянных покупателей, благодаря которым после нескольких покупок цены значительно снижаются. Как утверждается в каталоге компании Viewpoint, вопрос уже не в том, построить самому или купить. Проблема включает такие аспекты, как экономия времени, рентабельность и качество.
Время — деньги
Учитывая этот мощный экономический аргумент, не приходится удивляться, что в последнее время расплодилось так много поставщиков компьютерных моделей, которые быстро расширяют свою деятельность. Их клиентская база охватывает практически все основные отрасли индустрии развлечений. Кроме того, туда входят художники-иллюстраторы из области юриспруденции и страхования, специалисты в области компьютерного образования, а также медицинские компании, занимающиеся визуализацией своих достижений. Среди крупнейших представителей этой отрасли 3D-графики, несомненно, самой известной является компания Viewpoint, основанная в 1988 году для построения моделей, воспроизводящих аварии и несчастные случаи. Каталог компании включает более 10 тыс. моделей. REM Infografica — компания, учрежденная на выставке Siggraph 1996, — уже перешагнула за отметку 5000.
Между тем возникло и много других мелких компаний, которые по существу представляют собой свободные коалиции моделировщиков-индивидуалов, разбросанных по всему миру и предлагающих гораздо более узкий ассортимент моделей. У этих поставщиков можно найти модель практически любого мыслимого и немыслимого объекта — от собора Парижской Богоматери до рыболовного крючка (с наживкой). А если что-то найти не удастся, большинство компаний с удовольствием построят модель по вашему индивидуальному заказу.
 |
|
В чем суть
Каркасная модель объекта — это ядро любого 3D-проекта, по сути, основная несущая
конструкция, на которую накладываются поверхностные текстуры, образующие достоверный,
близкий к реальному миру объект. Такие модели разрабатываются начиная с 60-х
годов, когда они впервые стали применяться в системах автоматизированного проектирования.
Традиционно они строятся из полигональных сеток. Количество многоугольников
в таких сетках соответствует количеству деталей объекта, и чем более детальными
становятся модели, тем большее количество многоугольников они насчитывают. Этот
процесс имеет оборотную сторону: чем больше многоугольников входит в модель,
тем большие мощности нужны для работы с нею — и это необходимо учитывать, когда
вы заказываете ту или иную модель. 
Помимо этого поставщики каркасных моделей должны принимать во внимание огромное разнообразие 3D-приложений, поскольку модели должны быть скроены таким образом, чтобы подходить конечному пользователю. Так, для приложений, работающих в реальном времени, таких как игры, симуляторы и виртуальные миры, моделировщик должен стараться построить модель с минимальным количеством многоугольников. Для других же областей (особенно это касается киноиндустрии) подходят только самые подробные, строго детализованные модели, поскольку только они смогут выдержать крупные планы.
Поэтому большая часть поставщиков предлагает модели с различными уровнями детализации.
К примеру, одна из моделей аэроплана, представленная в каталоге компании REM
Infografica, предлагается сразу в нескольких различных форматах и с уровнем
проработки от 900 до 168 тыс. многоугольников — в расчете как на различные приложения,
так и на различные расстояния от камеры.
«Как говорил Джордж Лукас: “Работу над кинофильмом никогда нельзя закончить, ее можно только оборвать”, — рассказывает Марвин Мэйс из компании The Mesh Factory. — То же самое можно сказать и о моделях. Список деталей, которые еще можно было бы добавить, никогда не иссякает, так что в какой-то момент вы просто все бросаете и принимаетесь за следующий объект».
Однако важны не только детали сами по себе. По мере роста конкуренции между поставщиками моделей многие из них стали снабжать свои произведения дополнительными особенностями и атрибутами, главное назначение которых — сэкономить время конечного пользователя. Таким образом, разработчики тратят свое собственное время на то, чтобы убедиться, действительно ли базовая структура и геометрия модели сконструированы максимально эффективным образом, чтобы сократить сроки окончательного рендеринга, и достаточно ли логично сгруппированы данные, чтобы пользователь мог легко перестраивать модель и накладывать на нее текстурные карты.
Кроме того, в настоящее время вместе с моделями поставляются полностью редактируемые текстуры, а также такие атрибуты, как кинетические скелетоны, иерархия деталей и их группировка, хотя и за дополнительную плату. В результате хорошую модель сегодня можно совершенно незаметно вставить в 3D-сцену с минимальными затратами труда со стороны художника.
Еще одна относительно новая область разработки — NURBS-модели. NURBS (Non-Uniform
Rational B-Splines), то есть неоднородные рациональные В-сплайны, — это математически
определяемые кривые, называемые сплайнами. Криволинейные поверхности, построенные
из таких сплайнов, получаются более плавными и гладкими, чем традиционные полигональные
сетки, которым трудно соперничать с реальностью. В данный момент такие модели
составляют лишь небольшую долю от общего числа предлагаемых на рынке моделей
(и опять самым крупным поставщиком таких моделей является компания Viewpoint,
в каталоге которой насчитывается около 1000 NURBS-моделей). Вероятно, их число
будет расти, особенно после того, как такие пакеты, как MAX 2 фирмы Kinetix,
начали предлагать NURBS-инструментарий в дешевом секторе рынка. Особую ценность
в данной ситуации приобретают усилия, направленные на ускорение процесса рендеринга,
поскольку становится важно, чтобы модели были сконструированы с минимальным
количеством наложений и срезов и чтобы границы поверхностей проходили только
в тех местах, где происходит мало деформаций.
|
|
Постройте своими руками
Методы, используемые при построении каркасных моделей, варьируются не только
от компании к компании, но и от проекта к проекту. Воссоздать китайского дракона —
это, естественно, совсем не то же, что построить мотоцикл «Харлей Дэвидсон».
В самом процессе моделирования большинство компаний использует разные 3D-пакеты.
На первом месте здесь стоит задача построить аккуратную поверхностную сетку.
При этом по-прежнему широко используются фотографические материалы, планы, чертежи
и рисунки (особенно в маленьких компаниях), хотя все большее распространение
получают различные методы оцифровки.
Специалисты по заказным моделям, как, например, фирма 3Name3D (цены на ее модели внешнего вида автомобилей, представленные в высоком разрешении и с телевизионным качеством, начинаются примерно с 5000 долл.), для оцифровки своих объектов используют 8ft FaroArm. Это устройство является эволюцией оригинального 3D-сканера, созданного в начале 80-х годов. По сути дела, это контактный щуп, который при помощи нескольких потенциометров, установленных на складной арматуре с шарнирными соединениями, считывает информацию о том, в каком месте находится головка, и транслирует эту информацию в координаты X, Y и Z в трехмерном пространстве. Достаточно сделать необходимое количество замеров — и сетка готова.
Устройство это довольно сложное — гораздо сложнее первоначальных примитивных считывателей. В нем применена система противовесов; оно автоматически компенсирует изменения температуры и соответствующие расширения и сжатия металлов; оно портативно и может покрывать сферу диаметром до 12 футов (3,65 м) и имеет точность до 0,3 мм.
Существует аналогичная технология и «для бедных». Компания Immersion Corporation, специализирующаяся на 3D-дигитайзерах и являющаяся большим авторитетом в области игровых периферийных устройств с обратной связью, в данный момент представляет 3D-дигитайзеры нижнего уровня. Ее MicroScribe 3D может обрабатывать сферу диаметром всего 1,27 метра, зато и продается всего за 2995 долл.
Одно из основных преимуществ таких систем — высочайшая степень контроля над
процессом оцифровки со стороны оператора-моделировщика. Как и в случае с технологией
оцифровки движения (motion capture), после оцифровки неизбежно требуется довольно
трудоемкая дополнительная обработка, в ходе которой данные сначала нужно «вычистить»,
а затем привести в пригодную для работы форму. Однако путем тщательного планирования
исходной сетки многие из этих трудностей можно обойти. Сначала на исходный объект
карандашом наносятся контрольные линии; затем оператор-моделировщик решает,
где к сетке нужно добавить детали, а где следовать естественным изгибам, — все
это в зависимости от назначения модели. Цель всех этих манипуляций — как всегда,
добиться того, чтобы окончательная сетка была как можно более рациональной.
В идеале цифровать нужно непосредственно тот объект, модель которого мы строим. Когда это невозможно, часто вместо него используют физический макет. Например, когда компания Boss Studios работала над своим фильмом Air Force One («Самолет президента»), был построен 8-футовый макет самолета F-15 для того, чтобы использовать его в «живых» съемках. Затем при помощи компании Viewpoint этот макет оцифровали, поскольку «живой» видеоматериал планировалось объединить с компьютерной графикой. Необходимо было, чтобы у самолета просматривались все мельчайшие детали, и компании Viewpoint удалось построить настолько подробную модель из 17 тыс. многоугольников, что в конце концов в нескольких местах запланированные «живые» съемки миниатюрного макета заменили компьютерной графикой. Газета Newsweek комментировала это так: «На экране не компьютерная модель F-15, а настоящий самолет».
Однако самая передовая технология захвата статических 3D-данных — это технология лазерного сканирования. Побудительным толчком к началу исследований в области оптических технологий послужили низкая скорость и недостаточная точность контактных датчиков. Из трех основных направлений, по которым могла бы развиваться эта технология (сканирование по точкам, по зонам и по полосам), наилучшие результаты за самое короткое время показала технология сканирования по полосам.
Ее суть заключается в том, что на поверхность модели проецируется световая полоса и ее положение записывается внешними видеокамерами. Таким образом, по мере сканирования модели от одного края до другого выстраивается точный образ ее поверхности. Проблема заключается в том, что при этом необходимо обрабатывать огромный объем генерируемых данных. Чтобы полностью отснять 3D-объект, необходимо сделать несколько сканов. Сведение этих сканов в единую непрерывную модель, удаление дублирующих данных и отсеивание ошибок (которые неизбежно возникают, когда вы обрабатываете такое количество точек, что оно выражается семизначными числами) — задача, конечно, непростая.
|
|
Новейшие технологии
Лос-Анджелесская компания Cyberware стала первой компанией, «выбросившей» продукт
такого рода на рынок в конце 80-х годов. Вслед за сканером с прагматическим
названием Head Scanner («Головной сканер», или «Сканер головы») в начале 90-х
появился Whole Body Scanner — «Сканер всего тела». Технология оказалась довольно
популярной, и в течение нескольких лет появилось целое семейство производителей
подобных устройств. В результате они эволюционировали настолько, что стало возможным
сканирование не только поверхностных, но и цветовых данных за один проход. Работают
эти устройства чрезвычайно быстро и точно (к примеру, сканирование головы занимает
не более 15 секунд, и за это время генерируется около 250 тыс. опорных точек),
но по-прежнему остаются очень дорогими. Скажем, WB4 Body Scanner компании Cyberware
обойдется вам в 410 тыс. долл., а в специализированных бюро расценки на сканирование
начинаются от 2000 долл. за час.
Данная технология имеет и другие недостатки. Возникают проблемы с отражающими
поверхностями (что неудивительно), а также с выступами, «расщелинами» и другими
участками, где трудно отслеживать световую полосу. Кроме того, поскольку процесс
полностью автоматизирован, оператор-моделировщик оказывается полностью выключенным
из рабочего цикла и не может приступить к работе, пока не закончится сканирование.
В результате иногда получаются слишком громоздкие сетки, для которых требуется
большой объем дополнительной обработки.
Однако на рынке представлены и более дешевые сканеры (нижний уровень цен которых
составляет примерно 20 тыс. долл.), и многие компании убеждены, что эти устройства —
достаточно выигрышное настольное приложение, чтобы и дальше работать над снижением
их цен. Но даже если лазерные сканеры или контактные датчики действительно когда-нибудь
выйдут на массовый потребительский рынок, перед пользователем все равно будет
стоять тот же самый вопрос: «Строить или покупать?» Стоит ли покупать сборную
модель лунного посадочного модуля Apollo, а затем тратить несколько недель на
то, чтобы собрать ее, отсканировать, затем «вычистить» полученные данные и упаковать
их в приличную 3D-модель? Или лучше подобрать в каталоге готовую модель и заплатить
за нее немножко долларов? Все-таки, судя по всему, расширение библиотек каркасных
моделей продолжится и далее.
Все изображения, использованные в данной статье, любезно предоставлены компанией Viewpoint DataLabs. За дополнительной информацией можно обращаться на Web-сайт этой компании по адресу http://www.viewpoint.com
КомпьютерПресс 7'1999
