Компьютерный дизайн художественных изделий в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

О. И. Бражникова

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН 

ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ 

В ПРОГРАММАХ AUTODESK 3DS MAX 

И RHINOCEROS

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методическим советом УрФУ

для студентов очной формы обучения бакалавриата

29.03.04 — Технология художественной обработки материалов

Екатеринбург

Издательство Уральского университета

2016

УДК 004.925.83:7.012
ББК 32.972я73+37.277.2-022я73
          Б87

Рецензенты:
Е. В. Денисова — доц. кафедры художественного проектирования 

и теории творчества Уральского гос. горного ун-та;

М. Н. Поспелова — директор АНО ДПО «Уральский ювелирный 

центр»

Научный редактор — канд. техн. наук, доц., завкафедрой «Техноло
гии художественной обработки материалов» И. А. Груздева

Б87

Бражникова, О. И.
Компьютерный дизайн художественных изделий в програм
мах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros : учебно-методическое 
пособие / О. И. Бражникова. — Екатеринбург : Изд-во Урал.  
ун-та, 2016. — 100 с.

ISBN 978-5-7996-1788-2

В учебно-методическом пособии «Компьютерный дизайн художествен
ных изделий в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros» представлены пошаговые рекомендации по использованию программ Autodesk 3DS 
Max и Rhinoceros в художественном проектировании ювелирных изделий. Рассматриваются основные теоретические аспекты освоения навыков 
3D-моделирования, а также инструменты, с помощью которых можно выполнить различные виды моделирования.

Рекомендовано к изучению студентами бакалавриата направления 

29.03.04 — Технология художественной обработки материалов и других направлений подготовки, желающими овладеть навыками работы в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros.

Библиогр.: 6 назв. Табл. 1. Рис. 114.

УДК 004.925.83:7.012
ББК 32.972я73+37.277.2-022я73

ISBN 978-5-7996-1788-2
© Уральский федеральный  
     университет, 2016

Введение

3D-графика, или трехмерная графика, — это один из разделов ком
пьютерной графики, комплекс приемов и инструментов, которые 
позволяют создать объемные объекты при помощи формы и цвета. 
От двухмерных изображений она отличается тем, что подразумевает 
построение геометрической проекции трехмерной модели сцены (виртуального пространства) на плоскость. Полученная модель может соответствовать объектам реального мира или быть целиком абстрактной.

В учебно-методическом пособии «Компьютерный дизайн худо
жественных изделий в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros» 
рассматривается применение сразу двух замечательных программ 
трехмерной графики при создании творческих и технических работ. 
Пособие предназначено для студентов направления технологии художественной обработки материалов, а также для желающих освоить 
мир 3D-моделирования. Издание рассчитано на элементарное владение компьютером, а также понимание геометрии тел и художественный вкус.

Программное обеспечение 3DS Max, рассмотренное в первой ча
сти пособия, как средство 3D-моделирования, анимации и визуализации ускоряет процессы адаптации, совместной работы и создания 
3D-компонентов. В нем представлены новейшие функции, созданные по запросам пользователей, а также расширенные возможности 
для специалистов в области проектирования и анимации. Трехмерная 
компьютерная графика этого типа широко используется в кино, компьютерных играх, физике, строительстве, медицине, в графическом, 
промышленном и ювелирном дизайне.

Программа Rhinoceros, рассмотренная во второй части, — мощный 

и легкий в использовании пакет NURBS-моделирования, предназначенный специально для дизайнеров, желающих построить высококачественные 3D-модели.

ГЛАВА 1. Принципы 

моделирования в программе 

Autodesk 3DS Max

Общее описание процесса моделирования

В результате работы программы создаются статические сцены, со
стоящие из определенного набора геометрических объектов (плоских 
и объемных), которые являются трехмерными, то есть описываются 
тремя координатами. Упрощенно эти координаты (X, Y, Z) можно назвать длиной, шириной и высотой. Четвертое измерение — время — 
присутствует только в динамических сценах или сценах, использующих 
анимацию (оживление). Наиболее характерный пример статической 
сцены — трехмерная модель архитектурного объекта, динамической — 
демонстрация работы автомобильного двигателя. Любая сцена формируется с использованием стандартного алгоритма, который в общих чертах может быть описан следующим образом:

1) создание геометрии;
2) отладка источников света, съемочных камер и материалов;
3) настройка анимации;
4) визуализация.
Конечным результатом, завершающим работу над статической трех
мерной сценой, является графический файл изображения либо файл для 
прототипирования. Динамическая сцена дает на выходе набор изображений или анимационную последовательность, где каждый кадр отражает изменения, происходившие с объектами сцены. Результаты визуализации могут быть перенесены на бумагу, пленку, ткань или записаны 
на CD-диск и т. д. Кратко остановимся на основных пунктах алгоритма 
работы по созданию, отладке и визуализации трехмерной сцены.

Общее описание процесса моделирования

Создание геометрии или моделирование

Первоначальный и один из основных этапов работы, характери
зующийся требованиями значительных навыков и знаний основных 
команд и инструментов среды Мах. Причем учитывается именно геометрия тел, а не их физические свойства или взаимодействия — эти 
понятия лишь имитируются. Осваивая работу по моделированию сцены, можно убедиться, что объем первоначальных знаний доступен для 
запоминания любым начинающим пользователям, и конечный результат может быть достигнут довольно быстро.

Источники света. Съемочные камеры. Материалы

Настройка визуальных характеристик сцены будет продолжением 

работы над трехмерной сценой. Цвета и фактура объектов моделирования, яркость и тон основного и вспомогательного освещения, наличие рефлексных источников света, глубина и резкость теней и многие другие параметры задаются при помощи специальных служебных 
объектов — источников света, а съемочные камеры управляют крупностью кадра, перспективой, углом зрения и поворота и т. д. Кроме 
того, высота точки расположения наблюдателя регулирует так называемый «эффект присутствия»: вид с высоты «птичьего полета» или 
человеческого роста сразу задает «настроение» зрителю. Реальность 
получаемого итогового изображения в значительной степени зависит от используемых материалов и примененных в них текстурных 
карт — изображений, имитирующих фактуру дерева, камня, водной 
поверхности и т. п. Многочисленные параметры редактора материалов дают неограниченные возможности в отладке и настройке фотореалистичности сцены, приближению ее изображений к натуральности реального мира.

Анимация

При моделировании динамических сцен механизм управления дви
жением как отдельных объектов, так и целых потоков и групп позволяет добиваться реалистичности, приближающей моделированную 
имитацию к реальным съемочным кадрам, получаемым видеокамерой. Такие параметры, как замедление и ускорение, циклы и повторы, масштабирование временных промежутков и некоторые другие 
позволяют пользователю гибко управлять анимацией.

Глава 1. ПринциПы моделирования в ПроГрамме Autodesk 3ds mAx

Визуализация

Визуализация, или рендеринг, — финальный этап, заключающийся 

в настройке параметров, регулирующих качество получаемого изображения, формат и тип генерируемых кадров, добавление специальных 
эффектов (сияния, отражений и бликов в линзах камер, размытия резкости, смазанности при быстром движении, тумана и многого другого). 
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель 
превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать 
фильм, то рендерится последовательность таких кадров. Как структура 
данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью 
красного, синего и зеленого цвета. Таким образом, рендеринг преобразует трехмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если 
требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью 
проекции. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения 
этих объектов за счет прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

Особенности 3D-моделирования ювелирных изделий

Ювелирное производство не стоит на месте, и технология 

3D-моделирования заняла прочное место среди проверенных временем приемов. Плюсы 3D-моделирования очевидны:

1) скорость изготовления как эскиза, так и самого изделия;
2) возможность сделать множество версий эскизов одного изде
лия для правильного выбора;

3) возможность осмотреть изделие со всех сторон и согласовать 

его внешний вид до воплощения в металле;

4) определение достаточно точного веса будущих изделий и коли
чества камней;

5) удешевление производства сложных изделий.
Конечно, изготовление ювелирных изделий на заказ не обходится од
ними машинными технологиями: красивое, аккуратно сделанное украшение обязательно должно пройти через руки ювелира, но при этом 
3D-моделирование является мощным инструментом в руках опытного мастера и качественно дополняет веками зарекомендовавшие себя технологии.

Знакомство с интерфейсом программы

Эскизы ювелирных работ, выполненные в графических пакетах, по
добных 3DS Max, носят технологический характер. Огромный плюс 
этой технологии в том, чтобы увидеть будущее изделие в правильных 
пропорциях, посмотреть на него со всех сторон. Также это возможность 
изготовить макет в натуральную величину, используя 3D-принтеры, 
и возможность быстро сделать большое количество заготовок для отлива всей серии изделия из металла.

Но 3D-моделирование, имея столь яркие достоинства, не имеет се
годня широкого распространения. Технологические новшества внедряются быстро только тогда, когда в результате их внедрения удается избавиться от дорогостоящего эксклюзивного труда и переложить 
все рутинные операции на машины.

Знакомство с интерфейсом программы

Общий вид окна программы представлен на рис. 1. Внимательно 

прочитайте названия основных элементов интерфейса и запомните 
словосочетания, указанные в выносках, потому что они будут использоваться в дальнейшем.

Рис. 1. Общий вид окна программы

Глава 1. ПринциПы моделирования в ПроГрамме Autodesk 3ds mAx

Настройка панелей инструментов

Панели можно перемещать по рабочей области 3DS Max. Для это
го следует навести маркер мыши на серую вертикальную полосу в начале панели и, удерживая нажатой левую кнопку мыши, передвинуть 
панель.

Чтобы увидеть список всех имеющихся панелей, щелкните правой 

кнопкой мыши по пустому месту любой панели. В открывшемся списке галочками отмечены те панели, которые видны на экране.

Для того чтобы сохранить настроенный интерфейс, выберите в глав
ном меню команду Customize — Save Custom UI Scheme и введите название для вашего интерфейса, например, My.ui.

Для загрузки нужного интерфейса выберите в главном меню коман
ду Customize — Load Custom UI Scheme.

Чтобы вернуть интерфейс, который был у программы при установ
ке, выберите в главном меню команду Customize — Load Custom UI 
Scheme и выберите файл DefaultUI.ui.

Основные кнопки панели инструментов

Для работы с объектами в 3DS Max есть множество инструмен
тов, расположенных на специальной панели. Для начала остановимся на основных из них.

Edit — отмена, возврат, перемещение (команды копируются на па
нель инструментов).

Tools — инструменты, позволяют управлять количеством и поло
жением объектов (выравнивание, массив).

Group — группировка объектов (присоединить, отделить).
Views — вид, позволяет управлять отображением сцены в окнах про
екции.

Create — создание, дублируется в командной строке (простые 

и сложные примитивы, составные объекты, камеры, источники света).

Modifiers — назначать объектам сцены действия, изменяющие объ
екты.

Character — персонаж, позволяет создавать группы.
Reactor — меню для анимации.
Animation — меню анимации.
Graf Editors — графический редактор, заметки относительно сцены.
Rendering — визуализация, настройки визуализации.

Знакомство с интерфейсом программы

Customize — настройка пользовательского интерфейса.
MAXScript — для создания сценариев.

Вкладки командной панели

В правой части экрана программы расположена командная панель. 

С ее помощью можно создавать объекты, изменять их параметры, применять модификаторы и прочие команды.

5 вкладок командной панели:

Create — создание;

 Modifi — изменение;

Hierarchi — иерархия;

Motion — движение;

Display — отображение;

Utilites — сервис.

Меню для создания основных объектов сцены (вкладка Create)

Когда нам нужно создать какой-либо объект (линию, твердое тело 

или источник света), воспользуемся вкладкой Create (создание). Основные разделы этой вкладки:

Geometry — трехмерные примитивы;

Shape — формы, двухмерные кривые и текст;

Lights — источники света, освещение;

Cameras — камеры;

Helpers — вспомогательные объекты, рулетки, сетки;

Spase Warps — объемные деформации;

Sistems — дополнительные инструменты.

Глава 1. ПринциПы моделирования в ПроГрамме Autodesk 3ds mAx

Окна проекций

Настройка окон проекций включает в себя как специальную па
нель с кнопками, находящуюся в правой нижней части экрана, так 
и контекстное меню окна проекции, которое можно вызвать, щелкнув 
правой кнопкой мышки по названию окна проекции. Основным инструментом управления является специальное меню, расположенное 
в нижнем правом углу окна 3DS Мax.

Меню управления вида в окнах проекции

Zoom — приближение и удаление сцен. Изменяет масштаб в од
ном окне.

Zoom all — работает аналогично простой лупе, но во всех ок
нах сразу.

Zoom Extents — сцена целиком. Подбирает оптимальный мас
штаб просмотра в выбранном окне, при котором видна вся сцена.

Zoom Extents All — сцена целиком во всех проекциях. Подби
рает оптимальный масштаб просмотра во всех окнах сразу.

Field of View — угол обзора. Меняет угол обзора в перспективе, 

не может работать в плоских проекциях.

Pan View — предназначена для сдвига изображения в проекции 

(колесо прокрутки мыши).

Orbit — поворот проекции. Позволяет повернуть изображение 

в окне под нужным углом. Не работает в плоских проекциях.

Maximize Viewport Toggle — позволяет развернуть проекцию 

на весь экран.

Контекстное меню видового окна

У каждого окна проекции имеется специальное меню, предназна
ченное для настройки данного окна. Для получения доступа к этому меню необходимо щелкнуть правой кнопкой мышки по названию 
окна проекции. Кроме выбора видовых окон проекций можно пере