Файл: Тема Сплайны. 3DграфикаЦели изучения темы.pdf

Тема 4. Сплайны.
3D-графика
Цели изучения темы:

ознакомление со сплайновым моделированием;

изучение модификаторов, используемых в моделировании сплайнами;

изучение технологии NURBS;

изучение технологии лофтинга.
Задачи изучения темы:

рассмотрение сплайновых форм в программе;

изучение методики создания объектов посредством применения модификаторов к сплайнам;

изучение методики работы с NURBS-кривыми;

изучение методики лофтинга.
В результате изучения данной темы Вы будете
Знать:

особенности построения сплайнов;

специфику модификаторов, применяемых к сплайнам;

методику работы с NURBS-кривыми;

методику создания объектов посредством лофтинга.
Уметь:

создавать трехмерные модели на основе сплайнов;

применять разнообразные модификаторы к сплайнам для создания объектов;

работать с NURBS;

применять принципы лофтинга для моделирования различных предметов.
Владеть:

навыками операций с опорными точками;

настройками модификаторов Extrude, Lathe, Bevel, Bevel Profile;

навык моделирования объекта посредством создания поверхности по построенным поперечным сечениям.

Учебные вопросы темы:
1. Создание сплайнов.
2. Применение модификаторов к сплайнам: Extrude, Lathe, Bevel, Bevel Profile.
3. NURBS.
4. Лофтинг.
Вопрос 1. Создание сплайнов
Сплайнами называют плоские фигуры, которые служат заготовками для трехмерных объектов. При этом сплайны используются не только в качестве каркаса для предметов, но и могут выступать в качестве «пути» для построения. Этот момент мы подробно рассмотрим в данной теме.
На командной панели во вкладке Create есть раздел Shapes, где и расположены сплайны (Splines)(Рис.1).
Рис.1. Меню сплайнов
Как и в построении геометрических тел, чтобы создать сплайн, нужно выбрать фигуру, затем в проекции нажать левую кнопку мыши и, удерживая ее, растянуть. Клик правой кнопки мыши поможет выйти из режима построения.
Однако стоит упомянуть, что Line (линия) строится отдельными щелчками мыши, а не растягиванием. Каждый клик создает опорную точку.
Рассмотрим представленные типы сплайнов:

Line – линия,

Rectangle – прямоугольник (можно задать параметры скругления углов),

Circle – окружность,

Elipse – эллипс,

Arc – дуга,

Donut – кольцо (две окружности с одним центром),

NGon – многоугольник (можно задать количество углов),

Star – звезда (можно задать количество и параметры скругления лучей),

Тext – текст,

Helix – спираль,

Egg – яйцо,

Section – секция (создает срез трехмерного объекта).

За исключением Line и Section, все сплайны можно настроить (длина, ширина, радиус и т.п.) в Modify.
Для более сложного редактирования плоских фигур используется модификатор Edit Spline. Благодаря ему, можно взаимодействовать с составляющими сплайнов – вершинами (точками) и ребрами. Для этого необходимо спуститься на уровень подобъектов, нажав на стрелочку рядом с названием модификатора.
Уровни подобъектов:

Vertex (Bершина) – опорная точка;

Segment (Cегмент) – отрезок между двумя вершинами;

Spline (Линия целиком) – используется в составных сплайнах.
Особое внимание мы уделим фигуре Line, так как она позволяет создать любую форму. В самом сплайне в параметрах можно влиять на подуровни редактирования. Сплайны строятся по опорным точкам, типы которых можно менять, тем самым изменяя форму сплайна с более угловатой на округлую и наоборот.
Существует 4 типа опорных точек (Рис. 2):

Corner – угол;

Smooth – сглаживание угла без возможности менять изгиб;

Вezier – гладкая точка с направляющими векторами; возможно редактирование плавной формы с помощью направляющих;

Вezier Corner – угловая точка с направляющими векторами; возможно с помощью направляющих сделать резкий переход от плавных линий до резких углов.
Рис. 2. Опорные точки
Изменить тип можно, выделив точку, сделав правый клик в свободном пространстве и выбрав нужный пункт в открывшемся окне.
Очень важно понимать принцип работы с Line, поэтому необходимо изучить команды, располагающиеся в свитках ее параметров.
Разберем операции с точками, для чего перейдем на нужный подуровень редактирования в Modify. Здесь можно менять тип точек (аналог клика ПКМ) –
Linear, Smooth, Bezier, Bezier Corner (Рис. 3).

Рис. 3. Типы точек
Create Line – создание нового сплайна, входящего в состав основного.
Break – разбиение сплайна в выбранной точке, одна вершина делится на две точки.
Attach – присоединение другого сплайна к основному с целью создания составной фигуры.
Attach Mult – присоединение нескольких сплайнов с помощью поименного списка.
Cross Section – соединение сплайнов, расположенных друг над другом, вертикальными линиями.
Refine – создание новых вершин на сплайне.
Weld – соединение (спаивание) выделенных точек в одну вершину со сдвигом их друг к другу.
Connect – соединение вершин новым отрезком без сдвига точек.
Insert – создание новых вершин, при котором точка двигает часть сплайна.
Make First – сделать выбранную точку первой в сплайне.
Fuse – расположение точек в одной координате.
Cycle – выделение вершин по кругу.
Fillet – скругление угла, вершина раздвигается на две точки.
Chamfer – создание фаски, угол «срезается».
Delete – удалить вершину (или сегмент в зависимости от выбранного уровня редактирования.
Данные команды позволяют создать любую форму из линии, что необходимо для моделирования различных объектов. Обратите внимание, что для построения прямых вертикальных и горизонтальных линий под углом в 90° с помощью Line необходимо зажать Shift.
Вопрос 2. Применение модификаторов к сплайнам:
Extrude, Lathe, Bevel, Bevel Profile
Сплайны служат основой для построения трехмерных объектов, хотя сами собой представляют плоские фигуры, поэтому необходимы специальные команды для преобразования, которые содержатся в модификаторах.

Extrude
Extrude служит для выдавливания сплайновой формы с трехмерную фигуру
(Рис. 4).
Рис. 4. Параметры Extrude
Чтобы модификатор сработал, необходимо соблюдение определенных требований:

сплайн должен быть замкнутым;

сплайн не должен пересекаться сам с собой.
Для того чтобы сплайн был замкнутым, необходимо при его построении в конце совместить первую и последнюю точку. Появится диалоговое окно с вопросом
«закрыть сплайн?», необходимо подтвердить операцию.
Параметр Аmount управляет толщиной/высотой выдавливания. Она может быть как положительной, так и отрицательной, в этом случае сплайн выдавливается в обратную сторону.
В счетчике Segments задается количество поперечных сегментов. Эти сегменты могут потребоваться только в случае, если к объекту будет применен модификатор деформации. Флажки Сар Start и Cаp End позволяют построить крышки сверху и снизу выдавленного объекта.
Lathe
Данный модификатор служит для создания предметов путем вращения сплайна вокруг центральной оси (Рис. 5). Для применения Lathe требуется построить сплайн, имеющий форму поперечного сечения половины объекта. Рекомендуется строить в проекции Front.

Рис. 5. Модификатор Lathe
Необходимо соблюсти два требования при построении сечения:
1. Крайние точки сплайна должны иметь тип Соrner;
2. Первая и последняя точки должны иметь одинаковую координату Х (в
Front).
Среди параметров модификатора ключевым является Degrees, который управляет углом поворота. По умолчанию значение составляет 360°, именно столько необходимо для создания замкнутой поверхности.
Weld Core позволяет спаять точки поверхности на полюсах. Иногда при работе с модификатором на полюсах появляются стяжки, которые сильно портят вид объекта. Если в объекте не предусмотрено никаких отверстий, то лучше установить эту галочку.
Flip Normals позволяет вывернуть поверхность объекта наизнанку, то есть развернуть нормали. В случаях, когда при визуализации получается, что у объекта вместо верха виден низ, необходимо включить данную команду.
Параметр Segments управляет количеством сегментов (полигонов).
Рекомендуется ставить счетчик от 40, чтобы объект имел плавные формы. Кнопки Х,
Y и Z помогают выбирать ось вращения (по умолчанию Z).
Команды Мin, Center и Мах служат для автоматической установки точки выравнивания. Как правило, лучше выравнивать по минимуму. Флажок Smooth задает режим сглаживания.
С помощью данного модификатора можно создать вазы, фрукты (яблоки, груши, апельсины и пр.), бокалы, бутылки, блюда, практически любую посуду.
Общий порядок действий по созданию объектов:
1. Построить половину сечения с помощью Line.
2. Настроить типы точек: первая и последняя – Corner, для остальных лучше использовать Bezier Corner.
3. Проверить, чтобы у первой и последней точки были одинаковые координаты по оси X (настраивается в координатных полях);
4. Применить модификатор Lathe.
5. Установить нужные параметры (рекомендуется установить галочку у Weld
Core и выравнить по Min/Max).

Bevel
Данный модификатор позволяет выполнить выдавливание формы с фасками.
Обратите внимание, что обязательным условием выполнения команды является то, что сплайн должен быть замкнутым.
Прежде всего необходимо задать величину выдавливания в свитке Bevel
Values. Start Outline устанавливает величину начального отступа.
По умолчанию включен только первый уровень (Level 1), то есть при увеличении значения сплайн выдавится на заданную величину, подобно использованию модификатора Extrude. Для того, чтобы получить фаски, необходимо включить второй и третий уровни (Level 2 и Level 3), установив галочки рядом с ними (Рис.6).
Рис. 6. Модификатор Bevel
Height – высота уровня выдавливания.
Outline – величина отступа уровня (необходима для получения фаски). Чтобы получить объект с двумя симметричными фасками, необходимо настроить параметры выдавливания так, чтобы величины отступа для первого и третьего уровней были противоположными (например, 3 и -3), а величина отступа второго уровня было нулевой.
В разделе Сарping задается покрытие – крышки (сверху и /или снизу), а в разделе Сар Туре выбирается тип покрытия. Linear Sides позволяет задать прямые стороны, а Curved Sides – скругленные.
Bevel Profile
Bevel Profile позволяет выдавить замкнутый контур с профилем (Рис. 7).

Рис. 7. Модификатор Bevel Profile.
Благодаря этому, возможно получать объекты с нужным поперечным сечением.
Модификатор работает в двух режимах:

Classic (Классический)

Improved (Улучшенный)
Последовательность применения классического режима Bevel Profile:
1.Создайте объект-путь и объект-профиль (оба должны быть плоскими сплайнами).
2. Выделите путь.
3. Примените к нему модификатор Вevel Profile и выберите режим Сlassic.
4. Щелкните на кнопке Pick Profile.
5. Выделите созданный профиль.
Improved режим в модификаторе Вevel Profile реализует возможность выбрать уже готовые сечения из перечня Beveling в свитке Improved. Изменяя значения в
Extrude и Bevel Depth, можно подобрать размеры профиля.
Вопрос 3. NURBS
NURBS расшифровывается как Non-Uniform Rational B-Splines – нерегулярные рациональные В-сплайны. Данная технология представляет собой отдельный подход к созданию объектов, она заключается в построении линий каркаса, между которыми «натягивается» поверхность. Метод позволяет строить идеально сглаженные, высокоточные, сложные трёхмерные поверхности. Наиболее часто с помощью данной технологии моделируются шторы и разнообразные органические объекты. Также стоит отметить, что NURBS применяется в проектировании в лёгкой и тяжелой промышленности
Находятся NURBS-кривые на вкладке Create в разделе Shapes, в выпадающем списке NURBS. Они делятся на 2 вида: кривые с контрольными точками (CV-curves) и точечные кривые (Рoint curves) (Рис. 8).

Рис. 8. Кривые с контрольными точками CV-curves
и точечные кривые Рoint curves
CV-curves обеспечивают более универсальный способ создания кривой, которая огибает вершины прижимаясь к каркасу этими вершинами образованному.
В данном типе кривая не проходит через управляющие вершины. Рoint curves, напротив, задают форму непосредственным положением точек на самой кривой.
Когда кривые построены и корректно расположены, на их основе можно создать поверхность. Для этого необходимо перейти во вкладку Modify, где можно вызвать специальное меню Creation Toolbox. Здесь можно создавать вершины
(Points), кривые (Curves) и поверхности (Surface) (Рис. 9).
Рис. 9. Вершины Points, кривые Curves и поверхности Surface
Рассмотрим последний и самый важный подуровень. Всего существует 17 различных NURBS-поверхностей. Название каждой появляется при наведении курсора.
Первые две Create CV Surface и Create Point Surface работают по похожему принципу, то есть создают прямоугольные поверхности, принадлежащие текущему
(выделенному) объекту.
Create Blend Surface позволяет соединить две поверхности плавным переходом без создания швов. Чтобы создать переход необходимо указать края поверхностей, при этом предварительно они должны быть соединены между собой командой Attach в Modify.
Create Offset Surface создает новую поверхность, отступающую от изначальной.
Create Mirror Surface, как следует из названия, отражает поверхность.

Команда Create Extrude Surface аналогична модификатору Extrude, то есть создает поверхность выдавливания. Чтобы создать поверхность, необходимо потянуть кривую в сторону для получения толщины.
Create Lathe Surface так же подобна одноименному модификатору и представляет собой поворот сечения вокруг оси.
С помощью Create Ruled Surface создается (натягивается) поверхность между двумя кривыми. Самая простая и самая часто используемая команда.
Create Cap Surface создает поверхность, которая закрывает отверстие в объекте, то есть работает по принципу крышки. Важной особенностью является то, что команду можно применить только к замкнутой кривой или краю.
Create U Loft Surface соединяет поверхностью кривые, идущие параллельно. Для создания нужно щелкнуть по первой кривой, затем последовательно по всем остальным, после выделения всех кривых необходимо щелкнуть правой кнопкой мышки.
Create UV Loft Surface позволяет натянуть поверхность на произвольную сетку из любого количества
NURBS-кривых.
Для создания необходимо выделить последовательно все кривые, идущие в одном направлении, потом щёлкнуть правой кнопкой мышки, а затем указать кривые, идущие в другом направлении, закончить все нужно кликом правой кнопкой мыши.
Create 1-Rail Sweep позволяет создать объект на основании пути и набора сечений. Команда содержит два режима работы: с одним сечением или с набором сечений. Прежде всего необходимо щелкнуть по пути, а затем последовательно по всем сечениям.
Create 2-Rail Sweep натягивает поверхность между 2 направляющими, учитывая форму построенных поперечных сечений. При применении команды сначала выделяется первая кривая, затем вторая, а после по очереди выделяются сечения. Часто используется для создания кузовов автомобиля.
Create Multisided Blend Surface представляет собой соединение краев поверхностью, которая натягивается между ними. Наиболее часто команда используется в роли заплатки. Обратите внимание, предварительно кривые нужно соединить между собой командой Attach в Modify.
Create Fillet Surface позволяет скруглить грани объекта.
Кривая, проецируемая на поверхность – основной способ прорезания отверстий в поверхностях. Они создаются с помощью Vector Projected Curve и Create a Multicurve Trimmed Surface.
Общая последовательность действий при работе с NURBS:
1. Построение с помощью кривых (CV-curves или Рoint curves) основы;
2. Правильное их размещение в пространстве сцены в разных проекциях;
3. Переход в Modify, по умолчанию появится панель инструментов NURBS;
4. Выбор нужной команды и последовательное выделение кривых для создания объекта.
Вопрос 4. Лофтинг
Технология лофтинга представляет собой моделирования объекта посредством создания поверхности по построенным поперечным сечениям, расположенным вдоль заданного пути. Лофтинг можно использовать для создания колонн, плафонов для люстр, перил, балясин, труб и тому подобного.
Последовательность действий при лофтинге: