SEMINARSKA NALOGA - Osnove in postopki konstruiranja
NASLOV NALOGE:
Izdelava modela enostavne jadrnice, ki pluje ob obali.
Modeling a model of sail-boat, which sailing near the coast.
DEFINICIJA NALOGE:
Izdelajte model enostavne jadrnice, ki pluje ob obali s pomocjo programskega paketa - modelirnika Alias Wavefront - 3D
Zaporedna stevilka naloge: 6.2
Izdelal: Andrej Kranjc
Mentor: Leon Kos
Datum: 15.04.1999
Nekaj o modelirniku Alias Wavefront - 3D
Modelirnik Alias Wavefront - 3D, je zelo zahteven in podroben program za modeliranje 3D objektov, renderiranje in animacije, zmore skoraj vse kar si clovek lahko zamisli. S pomocjo takega programa je mozno narediti kakrsno koli obliko predmeta, katerega lahko naredimo skoraj popolnoma realen izgled s pomocjo renderja, pri katerem imamo nesteto moznosti za sencenje, osvetljevanje, prilepanje najrazlicnejsih tekstur, katere lahko tudi sami ustvarimo po svoji zelji.
Delovni prostor (Workspace)
Osnovni delovni prostor 3D modelirnika na zaslonu so stiri okna "Top, Front, Right in Perspective". Ta okna so delovni prostori katere poljubno povecujemo in manjsamo, s tem si lahko izberemo natancno tisti pogled v katerem je najlazje risati zeljeno stvar. Objekt ki ga risemo lahko v vsakem trenutku pogledamo z katerekoli strani - kar je nasplosno znacilno za vse 3D modelirnike.
Orodja in menuji
V skrajnem levem robu zaslona je stolpec z orodji ( v ikonah in tekstovni obliki), na vrhu so zavesni menuji.
Orodni stolpec (Tool Palette)
Vsebuje vse funkcije, ki se uporabljajo pri 3D modeliranju. Orodni stolpec je razbit na vec delov zaradi lazje preglednosti:
PICK - vsebuje orodja za izbiranje objektov
XFORM - vsebuje orodja za transformiranje objektov s pomocjo funkcij: Move, Scale, Rotate
CURVES - vsebuje orodja za izdelavo razlicnih vrst krivulj
CURVE EDIT - vsebuje orodja za spreminjanje, editiranje krivulj
OBJECTS - vsebuje orodja za pozicioniranje objektov in luci
OBJECT EDIT - vsebuje orodja za editiranje objektov
SURFACES - vsebuje orodja za idelavo razlicnih povrsin iz krivulj (Surface, extrude, skin, blend)
SURFACE EDIT - vsebuje orodja za spreminjanje, editiranje razlicnih povrsin
POLYGONS - vsebuje orodja za kreiranje in izdelavo veckotnih modelov
POLYGON EDIT - vsebuje orodja za editiranje, spreminjanje razlicnih vrst mnogokotnikov
POLY SHADING - vsebuje orodja za pripravo mnogokotnikov za renderiranje
CAMERAS - vsebuje orodja za gledanje objektov pod razlicnimi koti
GRIDS sebuje orodja za animacijo objektov
LOCATORS - vsebuje orodja za merjenje in dimenz. modelov
EVALUATE - vsebuje orodja za preracunavanje razlicnih lastnosti modela, kot so krivine, osvetljevanje krivulj in povrsin
POINT CLOUDS - vsebuje orodja, kadar delamo s tockovnimi podatki iz 3D digitalizatorja.
Izgled nekaterih orodnih ikon:
Zavesni menuji (menus)
Menuji, ki se nahajajo na vrhu zaslona so standardni kot pri vecina drugih programov:
FILE, EDIT, DELETE, LAYOUTS, OBJECT DISPLAY, DISPLAY, RENDER, ANIMATION, WINDOWS
Nacin modeliranja
Modeliramo lahko na vec nacinov: s pomocjo ze obstojecih 3D objektov (primitives), katere priklicemo iz knjiznice ter jih postavimo na delovni zaslon. Pri tem je mozno tem objektom poljubno spreminjati obliko, jih skalirati, rotirati in translatirati. Mozno je modeliranje tudi s pomocjo razlicnih crt, krivulj CVS.... katere sele pozneje povezemo v 3D objekt, tako da na ta telesa prilepimo razne povrsine in na koncu se razlicne teksture.
Nazaj na kazalo
Konstrukcija trupa jadrnice (hull)
Trup jadrnice risemo v svoji ravnini, se pravi da najprej naredimo novo ravnino - New layer - hull, in ga postavimo za delovnega. Zdaj risemo v ravnini hull.
V top oknu narisemo z orodjem new-CVS krivuljo, bok trupa jadrnice. To krivuljo prezrcalimo na nasprotno stran s pomocjo funkcije Duplicate Object Options.
Z isto funkcijo zarotiramo krivuljo se v globino, tako da se nam pojavi oblika se na frontoknu.
Zdaj imamo izrisane tri CVS krivulje skozi katere lahko z orodjem Surfaces - skin kreiramo povrsino trupa jadrnice. Zdaj lahko pogledamo v perspective okno in vidimo zacetno - grobo obliko trupa jadrnice v treh dimenzijah z generirano povrsino. Trup naknadno se fino obdelamo. Z ukazom Pick - Point types popravimo obliko trupa in nekoliko izvlecemo kobilico, trupu lahko poljubno spreminjamo obliko.
Konstrukcija palube jadrnice (deck) in zadka (transom)
Ponovno izberemo Surface - skin, izberemo krivulji (desni in levi bok), tako nastane povrsina - paluba. Podobno ponovimo se za zadek jadrnice - nastane povrsina na zadku.
Celotni trup se malo popravimo z uporabo orodij kot so Edit point types, Xform - nonp scale. Model ocistimo, tako da z funcijo del activ odstranimo pomozne krivulje, katere smo potrebovali za dolocitev osnovne oblike.
Sedaj transom in hull povrsine grupiramo v enoten objekt z ukazom Group iz Edit menuja. Odpremo Windows - Information - Information window in poimenujemo trup z imenom "hull".
Enako naredimo se za palubo - deck.
Konstrukcija glavnega jadra (main sail) in floka (jib)
Najprej kreiramo novo ravnino z imenom "Sails" in jo naredimo trenutno aktivno.
Pri konstrukciji glavnega jadra in floka uporabimo Boundary funkcijo iz ordnega okna Surface. Najprej narisemo tri krivulje za vsako jadro posebej, jih malo preoblikujemo, tako da so v grobem podobne jadru. Vse to delamo v Front oknu. Te krivulje nam sluzijo za osnovo. Vse tri krivulje izberemo Boundary funkcijo in kreira se nam povrsino jadra, katerega lahko poljubno preoblikujemo - izbocimo - s tem nakazemo da so jadra polna vetra in je model bolj realen. Izbocitev jader nakazemo z orodjem Xform - modify - Proportional mod, s to funkcijo potegnemo jadro v globino. Spremembo jadra spremljamo v perspektivnem oknu. Pred tem aktiviramo v menuju Object display - control vse opcije.
Enak postopek sledi tudi za flok jadro. Na koncu pri obeh jadrih odstranimo krivulje, ki smo jih potrebovali za generacijo jader, tako da jih izberemo z orodjem Pick komponent in aktivirane zbrisemo z Del aktiv.
Oba jadra je treba sedaj se grupirati z Group in poimenovati z imenom "Sails", zaradi lazje kasnejse izbire elementov pri animaciji.
Konstrukcija jamborja in buma (mast and the boom)
Jambor modeliramo tako, da najprej narisemo enostavno krivuljo Curves - New Curves - New curve (cvs), nato pa to krivuljo zarotiramo okoli koordinatne osi "Z" z orodjem Surface - Revolve. S tem dobimo rotirano telo - deblo, katerega visina je enaka dolzini krivulje, ki smo jo narisali. Z orodjem Pick object in Xform - move postavimo jambor na zeljeno mesto.
Na vrhu jamborja kreiramo kroglo z orodjem Object - primitives - Sphere, podamo premer okroglega telesa in ga pozicioniramo na vrh jamborja. Z Cameras - look at dobimo blizji pogled selektiranega telesa, v tej povecavi natancneje pozicioniramo kroglo Xform - move.
Bum naredimo tako da jambor hkrati skaliramo in rotiramo. Najprej ga izberemo Pick - Object nato pa iz zavesnega menuja izberemo Edit - Duplicate Object in oznacimo skaliranje ter rotacijo objekta.
Zdaj ko je narisan jambor, krogla in boom, vse tri objekte izberemo in jih grupiramo, ter jim damo skupno ime, jih poimenujemo.
Narisan imamo model jadrnice, ki je narisan v plavi barvi, katera je nastavljena ze programsko.
Da bo model zgledal cimbolj realisticno ga moramo opremiti se z razlicnimi teksturami, sencenji in lucmi.
Postavitev Scene - okolje
V tej fazi moramo pripraviti se okolje v katerem se bo jadrnica gibala.
Odpremo nov Layer, ki ga poimenujemo "Scena". Naredimo gorovja in obalo, ki se vidi v daljavi ter ledeno goro, ki plava v sredini scene, okoli katere bo plula jadrnica.
V Top oknu narisemo tloris - obris ledene gore, z Curves - Polyline. Ta obris moramo sedaj extrudirati na doloceno visino. Za dolocitev visine narisemo krivuljo Curves - New - CVS, ki je malo visja od jadrnice. Izberemo orodje Surface - Extrude in obris ledene gore extrudiramo po krivulji navzgor. S tem dobimo grob model gore. Nato to goro presekamo se z nekaj extrudiranimi ravninami, katere potem odrezemo z Edit Surface - Cut. Goro prestavimo na pozicijo z Xform - move
Modelu dodamo realne barve ter ga osencimo (Assigning Shaders)
Narediti moramo nekaj novih razlicnih bitmap textur, katere bomo pozneje dodelili delom jadrnice.
Vsak del, ki je imenovan z drugacnim imenom bo imel dsvoj shader.
Iz menuja Windows - Multi lister - Shaders odpremo okno za sencenje in spreminjanje barv.
Hkrati odpremo se SBD Window, ki se uporablja za lazje izbiranje posameznih objektov.
Namesto da bi objekt direkto selektirali na zaslonu, tako posredno preko SBD okna direktno izberemo ime predmeta, zato smo do zdaj poimenovali vse objekte z logicnim imenom, tako da nam je zdaj to v veliko pomoc.
Najprej izberemo osnovni Default shader in ga z Copy skopiramo. Nov Shader poimenujemo npr. "Hull" in ga dvakrat kliknemo. Odpre se nam novo okno v katerem je mozno nastavljati vse mogoce opcije za cimbolj realno sliko modela. Ko vse nastavimo tako kot mislimo da bo najbolje, zapremo okno in shader je pripravljen za uporabo. Potrebno je le izbrati objekt na zaslonu ali preko SBD okna in izbrati primeren shader za ta objekt. Ko shader izberemo gremo pod opcijo Shading - assign shader in shader se bo prenesel na nas model. Tako naredimo z vsemi objekti, ki smo jih zmodelirali.
Za poizkus lahko pozenemo Quick Preview tako da priblizno vidimo kako bo objekt izgledal.
V Shader oknu naredimo tudi texturo za okolje "Environment" in texturo za podlago - morje, ki je rahlo vzvalovano "Water.
Pripravili smo vse shaderje in da bo model zgledal se bolj realen ga moramo se osvetliti z posameznih strani.
Postavitev luci (Lighting the scene)
Odpremo menu Windows - Multi lister - Lights.
Programsko je nastavljena osnovna luc, to luc moramo z Copy skopirati se tolikokrat kolikor razlicnih luci potrebujemo. V nasem primeru naredimo dodatno se dve. Obe poimenujemo in kliknemo na eno izmed njih. Odpre se nam okno v katerem je mogoce nastavljati vse potrebne opcije za dolocitev svetilnosti, intenzitete svetlobe, pozicijo, barvo, itd. Moznost imamo tudi izbiro vrste svetlobe razprsena, usmerjena, pod razlicnimi koti, tockovna, povrsinska, linearna, itd.
Moznost je tudi generiranje posebnih efektov kot je npr. megla.
Ko so postavljene vse luci dokoncno, preidemo k animaciji.
Animacija gibanja modela jadrnice okoli ledene gore (Animate - Motion)
Model imamo narisan "Jadrnica", zdaj pa potrebujemo se pot - krivuljo po kateri se bo jadrnica gibala okoli ledenika. Izberemo orodje Curves - New Curves - New curve CVS in narisemo poljubno krivuljo - pot okoli ledenika. krivulja mora biti pozicionirana tocno na vodni gladini, narisana mora biti samo v dveh dimenzijah X in Y.
Sedaj izberemo jadrnico, ki je grupirana kot en objekt in jo premaknemo Xform - move v koordinatno sredisce. Ce je potrebno prestavimo Pivot point z orodjem Xform - Local - Set pivot.
Jadrnico moramo premakniti na zacetek krivulje - poti, Izberemo Anim - Set motion
Nastavimo zacetni posnetek Start frame = 1 in koncni posnetek End Frame = 60, pomeni da bo gibanje modela sestavljeno iz sestdesetih posnetkov gibanja po krivulji. Ko vse to nastavimo pritisnemo gumb "GO", sedaj je treba izbrati pot - krivuljo gibanja in jo kliknemo - aktiviramo.
Cez nekaj casa lahko opazimo, da se je v vseh stirih delovnih oknih zacelo gibanje. Najbolj natancno je to razvidno iz perspektivnega okna.
Jadrnica je v gibanju, sedaj moramo postaviti le se kamero, ki bo spremljala iz neke razdalje gibanje jadrnice in animacija bo popolna.
Postavitev kamere (Autofly)
Za autofly funkcijo moramo narediti dve krivulje. Po eni se giblje kamera, po drugi pa oko kamere.
Konstruiramo najprej zunanjo krivuljo Curves - New Curves - New curve CVS, premaknemo jo na visino 8 s pomocjo Edit - Duplicate Object, nato naredimo se notranjo krivuljo, katero spustimo malce nizje (oko kamere), skopiramo prvo krivuljo, jo skaliramo in translatiramo po Z - osi za vrednost -1, z funkcijo Edit - Duplicate Object.
Obe poti imamo konstruirane, tako da lahko izberemo animacijo. Izberemo Anim - Autofly
nastavimo start frame = 1 in End frame = 60 in kliknemo "GO". Izberemo najprej zunanjo krivuljo, nato pa se notranjo. Polje Create SDL file pustimo zaenkrat se neoznaceno.
Pozenemo test Autofly in ce smo zadovoljni z vsemi nastavitvami kamere se enkrat izberemo Anim - Autofly in oznacimo Create SDL file, to pomeni da bomo naredili datoteko. Vpisati je treba ime datoteke in ime potrditi.
Renderiranje celotne animacije
Iz menuja Render izberemo render in oznacimo pod nacinom rendeninga Raycaster, ponovno nas vprasa po imenu SDL - datoteke, vpisemo ime in potrdimo.
Proces renderiranja traja nekaj casa, saj smo v animaciji nastavili 60 posnetkov, celoten proces traja priblizno eno uro.
Gledanje renderirane animacije
Za ogled animacije izberemo Flipbook orodje.
Iz menuja Animation izberemo Flipbook, vrze nas v knjiznico datotek, iz nje izberemo datoteko, ki smo jo malo prej imenovali in mora imeti koncnico - 001.
Zacne se predvajanje animacije.
Zmanjsati hocemo hitrost menjave posnetkov, to storimo z Flipbook opcijo tako da zmanjsamo Frame rate v nasem primeru na vrednost "5".
Animacijo lahko poljubno uravnavamo, lahko se rocno sprehajamo po posnetkih, eden za drugim.
Nekaj posameznih posnetkov Frames vzetih iz animacije, ki vsebuje 60 posnetkov.
| POSNETEK - 11 |
POSNETEK - 13 |
POSNETEK - 20 |
 |
 |
 |
| POSNETEK - 22 |
POSNETEK - 28 |
POSNETEK - 35 |
 |
 |
 |
Nazaj na kazalo
A few words about Alias 3D modeler
I worked on this project in school in laboratory for Computer Aided Design - LECAD - under direction of expert assistant Leon Kos. We worked on Computer station machines - Silicon Graphics.
Purpose of this exercise, was to learn how the model could be created with help of Modeling program Alias Wavefront 8.5. This program is very wide and complicated 3D modeler.
First I have carefully read the instruction book - Learning Alias Wavefront in English language.
From this book I was made a few samples from different area - began with a construction of a guitar, to find out how the model is created. A guitare is a very simple sample of constructing 3D - model, all that you need to know is how to play with Nurbs Curves and lifting curves in 3D model with extrude or some other option from the Surface tool box.
Than I made a few more samples for animation, rendering and shading. When I finished the learning course from the book Learning Alias Wavefront, I have start to made my own 3D model.
Definition of the project
I have to made a model of a Sail-boat which is moving - sailing - around the coast.
Modeling step by step
The first step:
First I made a hull of the boat with some nurbs curves and skin tool, then I made a deck and the transom of the boat.
The second step:
Construction the main sail and the jib. I was construction the main sail and the jib using the 3 - sided boundary function to build the surface from pre - defined curves CVS. By using the boundary function I were simulate the effect of the wind in the sails for more realistic results. After creating the two sails I were removed the construction curves and group them together.
The third step:
Than I must to made a mast and the boom of the boat. That was done with a help of one curves CVS and rotation of this curve around the Z - axes with Revolve function. When the mast was done I duplicate this object with translate, rotate and scale in a new object the boom. In the end of this step I just pick Surface - Primitives and made a small sphere on the top of the mast.
The fourth step:
When the model was completed I have to assigning the shaders to the various sailboat parts which gives the boat color and texture.
The fifth step:
Setting up the environment, I have to change the background color of my environment shader. I was add some fog effect in the scene and very realistic water texture for ground. Than I made scene in the back, some montains and in the midle of the water one big ice mountain.
The sixth step:
Lighting the scene - a number of variables effects lighting, such as intensity, position, number and even color were used in on my model of the sail-boat.
The seventh step:
We have to add the motion of the sail-boat around the ice - mountain, with option Animation - Set motion. Before that, I was draw a curve - path of the boat.
The eight step:
Setting up the cameras with autofly options.
The ninth step:
Creating a SDL file and Viewing the Rendered Animation of the sail - boat.
Nazaj na kazalo
Z dolgotrajnim delom sem uspel v zadnjem casu zakljuciti projekt. Ugotovil sem da je 3D - modelirnik Alias Wavefront enkraten program, z njim se da narediti popolnoma vse kar je potrebno za cimbolj realno vizualizacijo 3D modela. Hkrati je tudi zelo zahteven program z ogromnim stevilom opcij in pod opcij in kdor ga hoce uporabljati v profesionalne namene se more zelo poglobiti v njegovo vsebino. Sam sem delal s tem programom priblizno en mesec, zvedel sem veliko osnovnih stvari, vendar se zavedam, da ce bi zacel resno na njem modelirati bi potreboval se zelo veliko vaje.
Moja vaja je obsegala popolnoma vse funkcije od konstrukcije in postavitve modela, do postavitve scene, sencenja, postavitve luci in kratke animacije.
Literatura, ki sem jo uporabljal zraven: Learning Alias Wavefront 8.5
Model jadrnice, je mozno pogledati na Silicon Graphics graficni postaji v LECAD laboratoriju za racunalnisko podprto konstruiranje pod naslednjim direktorijem:
Animacijo gibanja jadrnice, ki vsebuje 60 posnetkov je mogoce videti, ce v tej datoteki "kranjc-s9" odpremo Flipbook in izberemo SDL datoteko z imenom Risanka.
Nazaj na kazalo
