11 - 2003

Концептуальный дизайн — первый шаг к новому изделию! Часть 3

Александр Лягушкин

Мы продолжаем публикацию серии статей, посвященных конструкторско-дизайнерским работам в программных продуктах, поставляемых отделением RAND Worldwide в СНГ.

В предыдущих статьях (см. «САПР и графика» № 7 и 9’2003) мы рассмотрели программу Pro/CONCEPT и ее функциональность, позволяющую создавать 2D-эскиз, работать с кистями, масками и сплайновыми кривыми. Далее мы затронули некоторые вопросы импорта в программу Pro/CONCEPT трехмерных моделей, коснулись средств редактирования и модификации моделей, отдельно рассмотрели инструменты, позволяющие накладывать сложные текстуры на пространственную модель и сохранять их на диске.

Теперь наступила пора ознакомиться с той функциональностью программы Pro/CONCEPT, которая делает данный программный продукт законченным и самодостаточным инструментом в руках дизайнера-конструктора. Чего же нам не хватает? Рисовать эскиз мы уже умеем, работать со сложной трехмерной геометрией научились, придавать законченный внешний вид объекту, раскрашивая его поверхность и накладывая фактуру, — тоже можем… Нам осталось только выяснить, где взять геометрию. Вопросы импорта мы рассмотрели в предыдущей статье, но импорт — это не всегда удобно… Импорт предполагает другую программу-моделер. Импорт означает необходимость владеть еще одной программой, а это еще один интерфейс, новая логика, идеология и команды. Импорт также подразумевает зависимость от коллеги — разработчика модели.

Поэтому вполне оправданно стремление дизайнеров получить все стадии создания модели в одной программе.

Таким образом, мы переходим к рассмотрению двух заключительных модулей программы Pro/CONCEPT — полигонального моделера и модуля получения фотореалистичных изображений. Так что же имеется в распоряжении дизайнера, начинающего работу с Pro/CONCEPT? Как и остальные модули, набор средств моделирования подчиняется общей идеологии программы — принципу минимальной достаточности.

Действительно, посмотрим на набор средств полигонального моделирования: минимум операций, простой и понятный интерфейс.

Дизайнер получает возможность построения объектов из простых фигур, таких как параллелепипед, сфера, сглаженный параллелепипед (Soap — мыло), поверхности, построенные по набору кривых (Loft, Revolve, Extrude,Sweep). Более сложные формы можно получить с использованием булевых операций, которые позволяют складывать и вычитать объекты. Помимо этого существуют возможности построения различного рода скруглений кромок, построения плавных переходов между поверхностями и т.п.

Казалось бы, негусто для построения сложного объекта? Однако не забывайте о средствах редактирования и модификации модели, рассмотренной в предыдущей статье. В моделере можно создавать базовую геометрию модели, а окончательная обработка, такая как локальное редактирование участков поверхности или, наоборот, глобальная деформация всей модели, может быть произведена средствами модификации, например Bend, Sculpt, Smooth.

На первый взгляд непривычно. Прежде всего с точки зрения конструктора, который привык создавать детали механизмов в CAD-программах, традиционно известных последовательностью работы, в известной степени повторяющей процесс производства детали в цехе. Простая последовательность построения несложного объекта изображена на рис. 1.

После создания модели дизайнеру необходимо получить фотореалистичное изображение объекта для анализа формы, цвета, текстуры, фактуры и т.п., то есть оценить, как модель смотрится при различном освещении, в различной обстановке.

Далее переходим к заключительной составляющей программного продукта Pro/CONCEPT — к модулю получения фотореалистичного изображения. Модель у нас уже есть, текстуры на нее наложены. Осталось только создать сцену, которая включает источники света и обстановку.

Под обстановкой понимается окружение рассматриваемого объекта, такое, например, как демонстрационная комната и свет. Имеется в виду, что ваша виртуальная трехмерная модель помещается в некую демонстрационную комнату, а вы, как главный художник данного статического спектакля, можете раскрасить эти виртуальные декорации, точнее — наложить на поверхности стен, пола и потолка любые растровые изображения. Пользователь может варьировать тип демонстрационной комнаты (прямоугольная или круглая). Также можно менять размеры стен, расположение стен относительно объекта и расположение текстур на полу, стенах и на потолке демонстрационной комнаты.

Теперь поговорим о свете. Вопросы правильного освещения объекта в большей степени относятся к компетенции профессиональной фотографии и к опыту дизайнера как постановщика сцены. Тем не менее высокая скорость рендеринга пакета Pro/CONCEPT позволяет пользователю быстро просчитать несколько вариантов освещения и выбрать в итоге самый удачный. Приблизительно оценить работу света можно и по режиму полутоновой закраски модели (Shading), но всегда стоит делать контрольный рендеринг (см. рис. 1: четвертый кадр — освещение сцены в режиме полутоновой закраски, рис. 2 и 3 — результаты рендеринга). В ваш набор светохудожника включены такие виды источников света, как Ambient (рассеянный, пространственный свет), Distant (световая стена), Lightbulb (точечный источник света), Spotlight (световая пушка или прожектор), Area (освещенная зона). Пользователь имеет возможность регулировать не только геометрию источника света (положение источника, направление излучения, угол конуса прожектора), но и цвет и интенсивность.

Переходим к рендерингу. Не будем останавливаться на тонкостях конкретных настроек модуля рендеринга — это, скорее, прерогатива «Руководства пользователя Pro/CONCEPT». Однако стоит коснуться нескольких алгоритмов расчета фотореалистического изображения, доступных в Pro/CONCEPT. Первый и самый быстрый из них — фоторендер (PhotoRender); в большинстве случаев пользователю будет достаточно этого алгоритма. Он превосходно работает в случае непрозрачных объектов, пластиков, полированных металлов, пластиков с текстурой «под дерево». Быстро и качественно обрабатывает отражения обстановки в объекте (рис. 2). Такой алгоритм может рассчитывать прозрачные объекты, но не пригоден для расчета реальных стеклянных, пластиковых и других прозрачных тел. PhotoRender не рассчитывает преломления и отражения лучей света, проходящего через прозрачный объект.

Второй тип алгоритма рендеринга, который вы можете приобрести отдельно и подключить к Pro/Concept, — это рейтрейсер. Данный алгоритм достаточно хорошо работает как на непрозрачных материалах, так и на прозрачных. Основной отличительной особенностью этого алгоритма является возможность получения изображения прозрачного объекта с реальным преломлением лучей света. Для непрозрачных материалов указанный алгоритм следует использовать в случае, когда предъявляются достаточно высокие требования в фотореалистичному изображению. При помощи рейтрейсера можно получить отражение частей объекта в самом объекте, что невозможно при использовании PhotoRender. Более того, можно получить отражение в части объекта отражения части объекта в объекте. Звучит несколько запутанно, поэтому приведем стандартный пример, описывающий переотражения: представьте себе отражение на капоте автомобиля лобового стекла автомобиля, в котором отражается капот… И так несколько раз. Количество переотражений регулируется. Следует иметь в виду, что рейтрейсер — гораздо более точный, но соответственно и более медленный метод расчета. И чем более высокого качества итоговую картинку вы хотите получить, тем больше времени вам потребуется для финального расчета. Определить разумное сочетание различных настроек рейтрейсера необходимо опытным путем.

Примером реализации такого алгоритма расчета является PhotoLux от Lightworks (рис. 3). Данный модуль недоступен в стандартной поставке Pro/CONCEPT, но можно приобрести в виде пакета Pro/ENGINEER Advanced Rendering Extension. При помощи этого модуля пользователю становятся доступны дополнительные настройки и инструменты. Например, подключается библиотека стандартных источников света: ртутные лампы, галогеновые лампы с различными температурами, дневной свет яркий, солнечный свет, сумеречный свет и т.д. Становится доступной библиотека новых материалов: можно использовать материалы более высокого качества, с новыми свойствами, в частности полированные и шлифованные металлы, дерево, гранит и мрамор с процедурными текстурами. Кроме того, появляется возможность отображения многослойных покрытий типа красок «металлик»; в таких случаях регулируются также прозрачность лака, величина и цвет металлического наполнителя, цвет базового пигмента. Помимо этого в комплект PhotoLux входят спецэффекты, такие как туман, визуализация конуса прожектора, артефакты от линз объектива и расфокусировка изображения.

Все эти инструменты и настройки позволяют создать высококачественное изображение вашей модели и на самых ранних стадиях разработки дизайна изделия получить максимально правдоподобное его изображение. И все это без трудозатрат на изготовление реального объекта, без расходов на материалы, покраску, фотографирование и т.п. Представляете, сколько таких виртуальных вариантов может рассмотреть дизайнер? Полноценных фотографий — при любом освещении, при любом ракурсе! А сколько он может нарисовать эскизов от руки или в растровом редакторе изготовить реальных моделей! Сравнение явно не в пользу двух последних способов.

Пожалуй, на этом мы закончим описание Pro/CONCEPT. Давайте подведем итоги. Pro/CONCEPT — это законченный программный продукт, предназначенный для разработки концепции изделия. Pro/CONCEPT предлагает дизайнеру различные варианты работы — от создания растровых эскизов будущих изделий до объемной компоновки и проработки вариантов раскраски модели. Качество проработки изделия гарантируется такими средствами, как возможность построения (или импорта) трехмерной модели, реально «трехмерной» раскраской модели, постановкой сцены и получения реальной картинки; все означенные этапы выполняются быстро и качественно. Интерфейс программы прост и понятен.

На этом основная работа дизайнера заканчивается. Далее наступает очередь утверждения дизайна и конструктивной проработки изделия. Конечно, возможны некоторые доработки дизайна исходя из конструктивных или производственных требований, но сделать это уже гораздо проще при наличии готовой модели и подобранных текстур и сцен.

О том, как претворить блестящую идею дизайнера в реальный объект, мы поговорим в следующих статьях, где будут рассмотрены вопросы восстановления поверхностной геометрии по полигональной модели и построения стилевой поверхностной геометрии.

«САПР и графика» 11'2003