Mỗi thuộc tính là một phần của tất cả những gì tạo nên cảm giác và vẻ ngoài của bề mặt đó.Để làm cho một mô hình 3D trông giống như thật, các họa sỹ cần nắm được các thuộc tính [r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN
BÀI GIẢNG
DỰNG HÌNH 3D NÂNG CAO
(Dùng cho sinh viên ngành Truyền thông Đa phương tiện)
Lƣu hành nội
Tập thể biên soạn:
1 GV Trần Nguyễn Duy Trung
(2)BÀI GIẢNG DỰNG HÌNH 3D NÂNG CAO
Chƣơng 1: ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ 3D TRONG THIẾT KẾ 1.1Tổng quan lịch sử hội họa máy tính
Hội họa máy tính xuất trước khái niệm pixel đời Khi máy tính cịn giai đoạn trứng nước, nhà tiên phong công nghệ sử dụng in thiết bị gọi máy sóng (oscilloscope) thay cho hình máy tính Một số game máy tính xuất trước game Tele Type mà người chơi gửi cập nhật cho in
Khi kỹ thuật hiển thị phát triển, tác phẩm đồ họa máy tính chuyển từ máy in sang hình máy tính Các hình trước hình đơn sắc thiết kế dành cho văn bản, không dành cho đồ họa Tuy nhiên, họa sỹ tìm cách để sáng tạo nghệ thuật có màu
Hầu hết người đề đánh dấu năm 1963 khởi nguồn đồ họa máy tính, Ivan Sutherland phát minh thiết bị Sketchpad Sketchpad cho phép họa sỹ sử dụng bút quang học làm việc với hình ảnh vector hình hiển thị đồ họa vector Đồ họa vector đường thẳng đường cong tính tốn từ cơng thức tốn học
Vào cuối thập niên đó, đồ họa raster phát minh khái niệm pixel đời Raster dịng điểm định hình nên ảnh Hình ảnh mành tạo từ dịng pixel nằm ngang Số lượng đường thẳng nằm ngang số lượng pixel đường xác định nên độ phân giải hình máy tính
(3)Hình 1-1
Cũng không lâu trước nhà khoa học biết cách thay đổi màu sắc hình máy tính Máy tính cịn xem cơng cụ thương mại nghiên cứu Mặc dù chưa nhìn nhận cơng cụ nghệ thuật họa sỹ khơng đứng ngồi Các nhà lập trình quan tâm đến việc sáng tạo đồ họa máy tính bắt đầu viết chương trình sáng tạo nghệ thuật máy tính Trong suốt thời gian có kiện quan trọng khác diễn ra: Máy tính cá nhân (PC) đưa vào thị trường Các máy tính PC thời kỳ khơng mạnh hệ thống máy tính lớn, chúng gây nên thay đổi lớn cho mặt cơng nghệ máy tính Họ đặt máy tính lên tay hàng triệu người, số người lại u thích sáng tạo nghệ thuật Những người bắt đầu viết chương trình đồ họa máy tính cho loại máy tính cá nhân, đặt tảng cho chương trình mà sử dụng ngày
(4)Hình 1-2
Nhân vật có màu Ngày đó, nhiều hệ thống máy tính bị giới hạn số lượng màu sắc mà hình hiển thị Một số máy tính có nhóm màu, máy tính IBM Một số máy tính khác cho phép nhiều biến thể màu khác
(5)Vào thập niên 80, game trở nên thực chúng trông cịn thơ Điều tương tự xảy với đồ họa máy tính Số lượng màu tăng tạo cho họa sĩ máy tính hội sáng tạo ảnh số thực
Được coi trọng phương diện đồ họa, hệ thống máy tính cá nhân bước vào hướng phát triển hoàn toàn mới, đem đến hệ thống hiển thị tốt có độ phân giải cao Nhân vật game có độ cao từ 30 pixel, 60 pixel tăng lên 200 pixel Màn hình có độ phân giải từ 320x300 tăng lên 640x480 Hình 1-4 cho thấy nhân vật game có chiều cao khoảng 180 pixel
Hình 1-4
Đồ họa chiều ứng dụng chương trình mô sử dụng quân Máy mô máy tính chế tạo theo đặt hàng riêng liên kết với hệ thống thủy lực để mô chuyển động máy bay xe tơ Tất nhiên mơ ban đầu cịn sơ khai chưa thực lắm, mang lại cho người dùng có cảm giác môi trường thực
(6)Phần lớn sản phẩm đồ họa 3D phim hoạt hình tạo hệ thống máy tính mạnh gọi workstation Các hệ thống thiết kế đặc biệt với phần cứng hỗ trợ đồ họa mạnh Chúng có giá thành cao tuổi thọ lại ngắn
Các máy tính PC hệ thống cải tiến sức mạnh tính tốn Các hệ thống video game trở nên mạn Những năm cuối thập niên 1990 năm đầu 2000, hệ thống game có khả thể nhân vật đồ họa giống thật Hình 1-5 cho thấy nhân vật từ hệ thống
Hình 1-5
(7)Hình ảnh trục thời gian cho thấy cải tiến tác phẩm đồ họa kỹ thuật số các video game, Hình 1-6
1.2 Đồ họa 3D game
Đỉnh – Vertex
Đơn vị cấu tạo đơn giản vật 3D đỉnh Đỉnh điểm đơn lẻ không gian 3D Nó khơng có kích thước khơng gian ảo Thật dùng để xác định vị trí khơng gian Thậm chí để bắt đầu tính tốn đối tượng 3D, máy tính phải điểm Từ điểm đó, máy tính xác định điểm khác để định nghĩa đối tượng 3D
Mặt đa giác – Polygon
(8)Hình 1-7
Bởi mặt đa giác mặt phẳng, nên khơng có bề dày thật Nó đơn giản mặt phẳng tạo thành cách nối liền ba, bốn nhiều đỉnh Điều quan trọng cần nắm rõ mặt đa giác khơng có chiều dày mơ hình lưới mặt đa giác bao gồm bề mặt đa giác cho chúng kết nối với nhau, họa sỹ game mô đối tượng 3D
Hoa văn – Texture
(9)Hình 1-8
Có thể nhận thấy bề mặt tự nhiên có số thuộc tính, chia thành loại cụ thể sau:
- Màu sắc (Color)
- Độ thô ráp (Roughness) - Độ mờ (Translucency) - Độ phản xạ (Reflectivity) - Độ sáng (Luminance)
Mỗi thuộc tính phần tất tạo nên cảm giác vẻ ngồi bề mặt đó.Để làm cho mơ hình 3D trơng giống thật, họa sỹ cần nắm thuộc tính vốn có bề mặt mà muốn thể cách tạo dạng hoa văn giống với bề mặt tốt
1.3 Nguồn sáng phản xạ
(10)là chất phản chiếu Một vật thể sáng bóng phản chiếu xung quanh
Nguồn sáng
Nguồn sáng điểm – Point Light
Nguồn sáng điểm tương tự ánh sáng tỏa từ bóng đèn Ánh sáng phát theo hướng độ sáng giảm dần theo khoảng cách nguồn sáng Hình 1-9 cho thấy ánh sánh chiếu mạnh lên bỏng Khu vực bao quanh nguồn sáng sáng nhất, khu vực khác nằm góc mặt phẳng tối
Nguồn sáng điểm phù hợp cho việc chiếu sáng phòng khu vực cục ngồi trời sử dụng ngn sáng nhân tạo, chẳng hạn đèn đường đêm
Hình 1-9
Nguồn sáng định hướng – Directional Light
(11)Hình 1-10
Nguồn sáng môi trƣờng – Ambient Light
Nguồn sáng môi trường nguồn sáng chung dùng để chiếu sáng tất bề mặt theo hướng Nó thường kết hợp với nguồn sáng điểm nguồn sáng định hướng để tạo vẻ đẹp tự nhiên cho khung cảnh
1.4 Hoạt cảnh
1.5 Xây dựng vật thể đơn giản 1.5.1 Tạo thùng dầu han rỉ
Chúng ta tạo số vật thể cho giới game cách tạo thùng dầu cũ kỹ, tương tự thứ sử dụng Thế chiến Thứ II
1 Trên bảng lệnh Create, click nút tạo vật thể nguyên sinh Cylinder Trong khung nhìn Top, click drag để xác lập bán kính khối trụ
3 Quan sát khung nhìn Left, tiếp tục drag chuột để xác lập chiều cao cho thùng dầu
4 Với khối trụ chọn, bảng cuộn Parameters, ta xác lập giá trị tham số sau:
- Radius: 20
- Height: 60
- Height Segments: 15
- Cap Segments:
(12)5 Click chọn bảng lệnh Modify nằm bên cạnh bảng lệnh Create Ta thấy bảng cuộn Parameters tương tự bảng lệnh Create ta tạo khối nguyên sinh Cylinder
6 Tiếp theo, chuyển đổi mô hình lưới thành vật thể Editable Mesh Trong khung hình nào, click chuột phải vào khối trụ chọn lệnh Convert To/ Convert To Editable Mesh từ menu Lúc ta thấy tham số bảng lệnh Modify đổi khác hoàn toàn
7 Với khối trụ cịn chọn, nhấn phím Z Lệnh phóng to cho tập chọn - trường hợp thùng dầu – chiếm đầy đủ tất khung nhìn
8 Click chuột phải chọn cấp độ vật thể thứ cấp Vertex từ menu
9 Trong khung nhìn Front, sử dụng chuột trái để drag tạo vùng chọn bao quanh đỉnh phía khối trụ Ta thấy đỉnh đỉnh chọn chuyển sang màu đỏ Xoay mơ hình lưới khung nhìn Perspective, ta thấy đỉnh phía sau chọn
10 Trên bảng lệnh Modify, phần bảng cuộn Selection, ta thấy hộp kiểm Ignore Backfacing, chọn kiểm khơng chọn đỉnh nằm phía sau Chọn kiểm cho tùy chọn
11 Bây giờ, thử chọn đỉnh khung nhìn Font khung nhìn Left Ta thấy chọn đỉnh mặt đa giác hướng phía ta
12 Trên bảng cuộn Selection, nằm bên hộp kiểm Igrone Backfacing năm cấp độvật thể thứ cấp loại vật thể cấp độ Editable Mesh Năm cấp độ được liệt kê menu phần tư: Vertex, Edge, Face, Polygon, Element
13 Chọn công cụ Move, Rotate Scale Ta thấy biểu tượng gizmo xuất Biểu tượng gizmo cho phép di chuyển xoay, thu phóng vật thể theo trục nhiều trục tọa độ
(13)chọn vùng màu vàng biểu tượng gizmo từ khung nhìn Perspective
Hãy thử nghiệm với tùy chọn cảm nhận cách thức chúng làm việc Ban đầu ta gặp khó khăn chút, sau quen dần Sử dụng lệnh Undo để hủy bỏ thao tác thử nghiệm
14 Trong khung nhìn Front, sử cụng công cụ Move để di chuyển đỉnh bắt đầu tạo hình cho thùng dầu Lúc nhớ tắt tùy chọn Igrone Backfacing để chọn tất đỉnh nằm phía sau
15 Tiếp theo, sử dụng công cụ Scale, phóng to hàng đỉnh vành đai mà ta vừa di chuyển chúng bước 14
Tiếp tục chỉnh sửa đơi chút hình dạng thùng dầu bắt đầu gán vật liệu
16 Gán vật liệu cho thùng ta làm sau: chọn bảng lệnh Utilities, mở trình duyệt Asset Browes Tìm đến ảnh map Oil Barrel.bmp thư mục chứa Drag ảnh map Oil Barrel.bmp từ trình duyệt Asset Browres thả lên vật thể khung hình Kết thùng gán vật liệu Đây cách đơn giản nhanh để dựng hình vật thể khơng phức tạp gán vật liệu cho chúng Tất nhiên, ta phải lên kế hoạch cho mơ hình lưới làm vật liệu thật tốt trước để thực cơng việc
17 Lưu lại khung cảnh, đặt tên Thungdau.max
1.5.2 Tạo thùng gỗ
Tiếp theo dựng thùng gỗ đơn giản Chúng ta khởi tạo file max
2 Vào bảng lệnh Create tạo khối nguyên sinh Box với tham số sau:
- Lenght: 50
- Width: 50
- Height: 50
- Lenght Segs:
- Width Segs:
(14)3 Chuyển đổi khối hộp thành vật thể lưới: Convert To Editable Mesh Truy cập đến cấp độ vật thể thứ cấp Vertex Trong khung nhìn Top, chọn hai hàng đỉnh Sử dụng cơng cụ Scale phóng lớn dọc theo trục Y 300% để chúng trùng với hai hàng đỉnh nằm bên bên Tiếp tục chọn hai cột đỉnh phóng lớn theo trục dọc X 300% chúng trùng với hai cột đỉnh bên ngồi Thực tương tự, khung nhìn Front, phóng lớn hai hàng đỉnh dọc theo trục Y 300%
4 Tiếp theo, khung nhìn Perspective chọn sáu mặt đa giác lớn di chuyển chúng tâm khối hộp khoảng đơn vị
5 Khi di chuyển đỉnh cho chúng trùng bước 3, số mặt đa giác tương ứng bị thu nhỏ tồn không cần thiết Chúng ta xoa bỏ mặt cách hàn dính đỉnh nằm trùng Chọn tất đỉnh khối hộp Ở cuối bảng cuộn Edit Geometrym ta click nút Selected phần Weld
6 Ta thấy có số mặt bị nám đen khung nình tơ bóng Perspective Đây vấn đề lỗi nhóm trơn láng (Smoothing Group) Chuyển sang cấp độ vật thể thứ cấp Element để chọn tất mặt khối hộp Trong bảng cuộn Suface Properties, click nút Clear All phần Smoothing Groups Hiện tượng nám đen biến
7 Sử dụng Asset Brower, gán ảnh map Wood Crate.bmp cho khối hộp Ta thấy hoa văn ảnh map khơng áp xác lên thùng gỗ Đó thay đổi vị trí mặt đa giác hàn dính chúng, ta làm xáo trộn tọa độ UV Tuy nhiên, dễ dàng khắc phục tượng
8 Vào menu kéo xuống Modifier, chọn phép hiệu chỉnh UV Coordinates/Unwrap UVW để áp cho khối hộp Trên bảng lệnh Modify, danh sách Modifier Stack, chọn cấp độ vật thể thứ cấp Face phép hiệu chỉnh Unwrap UVW Chọn tất mặt khối hộp
(15)Chương hướng dẫn cách xây dựng vật thể phức tạp sử dụng nhiều kỹ thuật vật thể nguyên sinh khác Ở đây, nhận diện số khó khăn thường gặp xây dựng vạt thể phức tạp tìm hiểu kỹ thuật sử dụng để tạo mơ hình ấn tượng Chúng ta trang bị đầy đủ thơng tin để tạo mơ hình lưới hồn chỉnh thích hợp cho việc lập trình
Trong chương đề cập đến công việc xây dựng vật thể phức tạp, bao gồm chủ đề sau:
Xác lập khung cảnh máy bay
Tạo thân máy bay, tản nhệt, mũ cánh quạt, cánh quạt phận hạ cánh
Dọn mơ hình lưới máy bay
Tạo đối xứng mô hình lưới để hồn tất máy bay
Áp vật liệu cho máy bay
2.1 Dựng mơ hình máy bay Mustang
Trong phần này, tạo phần bên máy bay cổ điển - Mustang Chúng ta sử dụng vật thể nguyên sinh phép hiệu chỉnh để tạo phận Ảnh bitmap khung nhìn giúp tham khảo q trình xây dựng mơ hình lưới
2.1.1 Xác lập khung cảnh
Chúng ta khung cảnh lưu lại với tên Mustang Một điều thực trước xác lập khung cảnh phức tạp phải chuẩn bị vẽ phác thảo vật thể muốn xây dựng Bản vẽ xác, mơ hình lưới chuyên nghiệp Tiếp đến, xây dựng mặt phẳng tham khảo theo ba trục Điều giúp dựng mơ hình xác tiết kiệm thời gian
(16)Hình 2-1
(17)Hình 2-2
Một ảnh nhìn từ trái qua phải tương ứng với mặt Left 3Ds max:
Hình 2-3
(18)Hình 2-4
* Lưu ý: Chúng ta tìm hình ảnh máy bay qua internet phác thảo giấy scan phác thảo định dạng file ảnh để đưa vào chương trình 3Ds max
Để tạo mặt phẳng tham khảo, thực bước sau:
1 Trên bảng lệnh Creat , loại vật thể Standard Primitive, click nút Plane Click drag khung nhìn Top để tạo mặt phẳng có chiều dài sau:
- Length: 400
- Width: 400
- Length Segs:
- Width Segs:
2 Từ cơng cụ chính, chọn cơng cụ Move
3 Di chuyển mặt phẳng tọa độn 0, 0, Xác lập đưa điểm Pivot mặt phẳng gốc tọa độ giới Nhấn phím Z để quan sát rõ mặt phẳng khung nhìn
Tiếp theo, cần áp hình ảnh tham khảo cho mặt phẳng Bật tùy chọn hiển thị Smooth + Hightlights
(19)- Width Segs:
Tiếp tục gán ảnh bitmap vào mặt tương ứng, thao tác gán ảnh giống mặt Top Khi hồn thành xong, ta có mặt phẳng tham khảo giống minh họa Hình 2-5:
Hình 2-5
Sau mặt phẳng tham khảo điều chỉnh vị trí, làm đơng (Freeze) chúng:
(20)Hình 2-6