Практическое занятие №5

РЕДАКТОР МАТЕРИАЛОВ

1. Цель занятия

Изучение основных методов создания материалов в системе 3D Studio MAX 3.1.

2. Порядок выполнения

Практическая работа заключается в последовательной реализации нижеследующего интерактивного диалога с системой 3D Studio MAX 3.1, изучение интерфейса Material Editor, присвоения материалов и библиотеки , рассмотрение стандартного материала 3DS Max 3.1, а также выполнение упражнения.

Интерфейс редактора материалов

Для вызова Редактора материалов щелкните на кнопке панели инструментов 3D Studio MAX R3 или выполните команду Edit > Material Editor (Правка > Редактор материалов). Как мы уже говорили, Редактор материалов запускается в отдельном окне, элементы которого мы рассмотрим далее.

Окно Редактора материалов

Окно Редактора материалов имеет те же элементы, что и любое другое окно в Windows. Поскольку Редактор материалов является отдельной задачей (хотя его и нельзя запустить отдельно от 3D Studio MAX R3), в строке заголовка его окна выводится надпись Material Editor (Редактор материалов), а также имя материала, с которым в данный момент работает пользователь (рис. 1).

Рис. 1

Основную часть окна занимают 6 небольших панелей, в которых изображены образцы материалов. Мы будем называть такую панель слот, поскольку это название используется в описании программы 3D Studio MAX R3 и в литературе по ней. Обратите внимание, что на самом деле слотов больше чем 6, поскольку их окно имеет полосы прокрутки. Прокручивая изображение в окне, можно получить доступ к тем слотам, которых не видно в данный момент.
Для того чтобы рассмотреть материал " поближе", следует дважды щелкнуть на нужном слоте. Программа 3D Studio MAX R3 откроет отдельное окно, в котором покажет материал. Это окно можно растянуть обычным образом. Если флажок Auto (Автообновление) установлен, то система отслеживает изменение материала в соответствующем слоте. Если этот флажок снять, становится активной кнопка Update (Обновить), щелчок на которой покажет реальное изображение материала (рис. 2).

Рис. 2

Некоторые элементы управления

Опишем некоторые кнопки, которые используются для управления Редактором материалов.

Sphere, Cube, Cylinder (Сфера, Куб, Цилиндр). Эта кнопка-список дает возможность выбрать вид объекта в слоте, на котором изображается редактируемый материал. По умолчанию материал изображается на сфере. Кроме нее можно выбрать куб или цилиндр. При выборе того или иного объекта изменяется тип проецирования карты на объект. Для куба используется прямое картирование, для сферы или цилиндра выполняется соответственно сферическое или цилиндрическое картирование.

Backlight (Подсветка). Эта кнопка включает источник света, который находится в правом верхнем углу слота. По умолчанию источник света включен. Этот режим удобно использовать для оценки поведения при освещении металлических поверхностей и правильной установки параметров блика.

Pattern Background (Фон). При нажатии на эту кнопку фон в слоте заполняется разноцветными клетками. По умолчанию этот режим выключен. Он используется для просмотра прозрачных и полупрозрачных материалов.

Tile (Мозаика). С помощью этой кнопки-списка можно установить число повторений карты на объекте в слоте. Можно выбрать мозаику 2x2, 3x3 и 4x4. Этот режим обычно включается для оценки совмещения краев карты при повторении. Обратите внимание на то, что мозаика, появляется только на объекте в слоте Редактора материалов. Этот режим никак не влияет на объекты сцены. Чтобы задать мозаику для карты, нужно установить соответствующие параметры в ветви Coordinates (Расположение) карты .

Video Color Check (Проверка цвета). Эта кнопка включает режим проверки цвета на совместимость с телевизионными системами кодирования цвета NTSC и PAL. Если цвет имеет слишком высокую насыщенность, он будет записан на видеопленку с искажениями. Пикселы этого цвета на объекте в слоте помечаются или корректируются автоматически в зависимости от установок диалогового окна Render Scene (Визуализировать сцену). Не стоит полагаться на эту настройку, поскольку чистота передачи цвета зависит не только от его насыщенности, но и от многих других факторов. Единственный способ проверить правильность цветовоспроизведения - вывод изображения на телевизионный монитор.

Preview (Предварительный просмотр). Эта кнопка-список позволяет создать файл предварительного просмотра для анимированного материала. Чтобы создать файл предварительного просмотра, требуется гораздо меньше времени, чем визуализация всей сцены. При создании файла 3D Studio MAX открывает диалоговое окно Create Material Preview (Создание файла предварительного просмотра) (рис. 3).

Рис. 3

Options (Параметры). Щелчок на этой кнопке открывает диалоговое окно, в котором можно установить некоторые параметры Редактора материалов (рис. 4).

Рис. 4

В этом диалоговом окне можно также выбрать модуль визуализации. Если указан вариант Scanline Renderer (Стандартный), визуализацию выполняет стандартный модуль 3D Studio МАХ. Если указано Quick (Быстрый), используется упрощенный модуль, который работает быстрее, но в этом случае могут возникнуть проблемы со сложными материалами.

Select By Material (Выбрать объекты). Эта кнопка позволяет выбрать все объекты, которым назначен материал, находящийся в активном слоте. Щелчок на ней открывает диалоговое окно Select Entities (Выбор объектов).
В списке этого диалогового окна указаны объекты, которым назначен данный материал. По умолчанию все oни выбраны. Можно изменить состояние выбора того иного объекта, а затем закрыть диалоговое окно щелч ком на кнопке ОК, чтобы выбрать объекты или Cancel (Отмена) для отказа от выбора.

Assign Material To Selection (Назначить материал выбранным объектам). Эта кнопка выполняет функцию, "обратную" предыдущей. С ее помощью материал, находящийся в активном слоте, можно назначить всем выбранным объектам в сцене.

Reset Map/Mtl to Default Settings (Сброс параметров материалов). Щелчок на этой кнопке сбрасывает параметры материалов. Все значения параметров устанавливаются такими, какими они заданы по умолчанию. Цвет материала теряется.

Put Material To Scene (Поместить материал в сцену). Если щелкнуть на этой кнопке, отредактированный материал будет помещен в сцену. Кнопка активна при выполнении следующих условий. На первый взгляд второе требование невыполнимо Чтобы его выполнить, нужно сделать копию матери щелкнув на кнопке Make Material Copy (Сделать копию ма ала). В этом случае изменения будут выполнены для копии материала и именно она будет присвоена объекту при выполнении команды Put Material To Scene (Поместить материал в сцену).

Make Material Copy (Сделать копию материала). Эта команде используется вместе с предыдущей для того, чтобы все изменения касались копии материала, назначенного объекту в сцене. После того, как копия материала отредактирована, она назначается объектам сцены щелчков на кнопке Put Material To Scene (Поместить материал в сцену).

Просмотр материалов и карт

Редактор материалов имеет отдельный модуль для просмотра и выбора материалов. Он запускается щелчком на кнопке Get Material (Выбрать материал). Этот модуль называется Material/
Map Browser (Просмотр карт и материалов) (рис. 5).

Рис. 5

Рассмотрим элементы его интерфейса.
Группа Browse From (Где смотреть) задает источник, откуда будет выбран материал. Возможны следующие варианты.
  1. Material Library (Библиотека материалов) - стандартная библиотека материалов программы 3D Studio MAX R3.
  2. Material Editor (Редактор материалов) - материалы, открытые в Редакторе материалов.
  3. Selected (Выделенные объекты) - материалы, назначенные выделенным объектам.
  4. Scene (Сцена) - материалы, задействованные в текущей сцене 3D Studio MAX R3.
  5. New (Новый) - новый материал.
Группа Show (Отображать) позволяет ограничить список. Если указано Materials (Материалы), в список включаются только материалы. Если указано Maps (Карты), список будет состоять только из карт.
Дальнейшие ограничения задаются ниже в той же группе. Вариант 2D Maps (Двумерные карты) выводит список только плоских карт, 3D Maps (Трехмерные карты) - только трехмерных. Переключатель Compositors (Сложные) - включает отображение только сложных материалов. Пункт Аll (Все) снимает все ограничения.
Группа кнопок в верхней части диалогового окна выбирает вид перечисления материалов в окне задачи. По умолчанию материалы выводятся списком. Кроме этого можно выбрать большие или малые значки.

Библиотеки материалов

Материалы в программе 3D Studio MAX хранятся в библиотеках. Библиотека - это специальный файл, операции над которым (создание, изменение и удаление) выполняются с помощью средства Material/Map Browser (Просмотр карт и материалов) Редактора материалов.
Выбор материала из библиотеки. Для выбора материала следует указать в группе Browse From (Где смотреть) вариант Material Library (Библиотека материалов). По умолчанию, используется стандартная библиотека Редактора материалов 3DSMAX.MAT. Чтобы указать другую библиотеку, нужно щелкнуть на кнопке Open (Открыть) в группе File (Файл). Программа 3D Studio MAX откроет стандартное диалоговое окно, в котором можно выбрать файл библиотеки. Такой файл имеет расширение .МАТ.
Создание новой библиотеки. Библиотека материалов В Редакторе материалов создается несколько необычным образом. Чтобы создать новую библиотеку, нужно выполнять следующие операции.
  1. Откройте существующую библиотеку, например, стандартную библиотеку Редактора материалов 3DSMAX.MAT.
  2. Удалите все материалы из этой библиотеки, щелкнув на кнопке Clear Material Library (Очистить библиотеку материалов).
  3. Добавьте в пустую библиотеку необходимые материалы.
  4. Сохраните библиотеку под новым именем, щелкнув на кнопке Save As (Сохранить как).
Обратите внимание, что все изменения происходят в памяти машины, до тех пор пока вы не сохраните библиотеку на диск.
Будьте осторожны при указании имени библиотеки, поскольку указание существующей библиотеки уничтожит все материалы в ней.

Изменение библиотеки

Добавление материала

Материал, который находится в активном слоте, можно добавить в библиотеку. Для этого достаточно щелкнуть на кнопке Put to Library (Поместить в библиотеку). Откроется одноименное диалоговое окно, в котором нужно указать имя материала (рис. 6).

Рис. 6

Удаление материала

Чтобы удалить материал, нужно выделить его в списке материалов и щелкнуть на кнопке Delete from Library (Удалить из библиотеки).
При выполнении этих операций содержимое библиотеки на диске не изменяется до тех пор, пока не будет выполнена команда Save (Сохранить) или Save As (Сохранить как).

Навигатор материалов и карт

Редактор материалов имеет специальное средство для работы со сложными материалами Material/
Map Navigator (Навигатор материалов и карт). Это отдельная задача, которая вызывается щелчком на одноименной кнопке в окне Редактора материалов и выполняется в собственном окне (рис. 7).

Рис. 7

Эта задача дает возможность увидеть все параметры сложного материала или материалов в виде дерева. Как обычно знак "минус" обозначает закрытую ветвь, а "плюс" - открытую.
Навигатор материалов дает возможность перейти на любой уровень сложного материала. Альтернативную возможность работы с материалами такого типа дают две кнопки: Goto Parent (Перейти на один уровень вверх) и Goto Sibling (Перейти на один уровень вперед). Первая выполняет переход к редактированию исходного материала. Например, если у вас есть сложный материал А, содержащий карты В и С, то щелчок на кнопке Goto Parent (Перейти на один уровень вверх) даст возможность перейти от редактирования карты В к редактированию материала А. Щелчок на кнопке Goto Sibling (Перейти на один уровень вперед) даст возможность перейти от редактирования карты В к редактированию карты С.

Создание материала

Чтобы создать материал, сделайте следующее. Запустите редактор материалов, щелкнув на кнопке панели инструментов или выполнив команду Edit > Material Editor (Правка > Редактор материалов).
Выберите слот, в котором будет находиться создаваемый материал, щелкнув в нем мышью. Этот слот станет активным - вокруг него появится белая рамка.
По умолчанию создается материал типа
Standard (Стандартный). Если вам нужен материал именно этого типа, то следующие шаги выполнять не нужно. Можно сразу перейти к установкам различных характеристик материала.
Щелкните на кнопке Туре (Тип). Программа 3D Studio MAX R3 запустит специальную задачу - Material /Map Browser (Просмотр материалов и карт), которая предназначена для просмотра всех возможных источников материалов и выбора необходимого материала или карты.
Выберите в группе Browse From (Где смотреть) вариант New (Новый).
В правом окне дважды щелкните на типе материала, который вы хотите создать.
Если создается материал, отличный от стандартного, редактор материалов откроет диалоговое окно, в котором попросит подтвердить замену материала, находящегося в данный момент в активном слоте .
Вы должны решить, будет ли существующий материал использоваться как подчиненный материал, или его можно удалить. В первом случае выберите вариант Discard Old Material (Удалить старый материал), а во втором - Keep Old Material as Sub-material (Сохранить старый материал как элемент сложного материала). Затем закройте диалоговое окно кнопкой ОК.

Основные типы материалов

Редактор материалов в программе 3D Studio MAX R3 сильно изменился по сравнению с предыдущими версиями. Изменения коснулись также и типов материалов, которые можно создавать с его помощью. Рассмотрим основные типы. В редакторе материалов реализовано 10 типов материалов. Это:
  1. Blend (Смешанный);
  2. Composite (Смесь);
  3. Double-Sided (Двусторонний);
  4. Matte/Shadow (Матовый/Затеняемый);
  5. Morpher (Морфинговый);
  6. Multi/Subobject (Сложный);
  7. Raytraced (Трассируемый);
  8. Shellac (Шеллак);
  9. Standard (Обычный);
  10. Top/Bottom (Верхний/Нижний).
Из этих материалов "оригинальными" являются только три - Standard (Стандартный), Matte/Shadow (Матовый/Затеняемый) и Raytraced (Трассируемый). Все остальные получаются из них. Они часто называются составными (Compound).
Материал
Raytraced (Трассируемый) характерен тем, что при просчете эффектов отражения и преломления используется метод трассировки световых лучей.
Материал Matte/Shadow (Матовый/Затеняемый) характеризуется тем, что на его поверхности изображается фон сцены, в которой он находится, но для ее объектов такой материал является непрозрачным, кроме того он может воспринимать тени от объектов сцены.
Если на переднем плане сцены нарисована плоскость, которой присвоен такой материал, то плоскости видно не будет, а тени от всех объектов будут отбрасываться на фон сцены.
Остальные материалы образуются из тех, которые мы только что описали.
Рассмотрим основной материал, наиболее широко используемый при работе в 3D Studio MAX R3 - Standard (Стандартный). Для того чтобы получить большинство объектов реального мира, достаточно подобрать различные характеристики стандартного материала: Кроме того, свойства поверхности можно имитировать с помощью карт текстур - фотографий или изображений, полученных путем синтеза (программных текстур). Общее количество типов текстур составляет 35 (!).

Материал Standart (Обычный)

Для стандартного материала можно указать различные характеристики цвета, отражения, прозрачности и светимости, а также раскраски.

Характеристики тонированной раскраски

В редакторе материалов программы 3D Studio MAX версии R3 появилась ветвь Shader Basic Parameters (Основные параметры раскраски), которой не было раньше (рис. 8). Скажем о ней несколько слов.

Рис. 8

В этой ветви можно выбрать один из методов раскраски: Методы раскраски Blinn (По Блинну), Phong (По Фонгу) и Orient-Nayar-Blinn (По Ориенту-Найару-Блинну) работают по схожим алгоритмам. По умолчанию используется алгоритм раскраски Blinn (По Блинну). При использовании этого алгоритма зеркальные блики выглядят наиболее естественно. При работе по алгоритму Phong (По Фонгу) зеркальный блик получается яркий и большой. Алгоритм Orient-Nayar-Blinn (По Ориенту-Найару-Блинну) позволяет более гибко, чем предыдущие, управлять яркостью диффузного отражения.
Методы раскраски Multilayer (Многослойная) и Anisotropic (Анизотропная) дают возможность создавать на поверхности материала несимметричные блики света и "поворачивать" их в нужном направлении. Для варианта Multilayer (Многослойная) в отличие от Anisotropic (Анизотропная) можно создать два несимметричных блика разных цветов.
На рис. 9 стандартный материал показан последовательно в шести вариантах раскраски: Blinn (По Блинну), Phong (По Фонгу), Orient-Nayar-Blinn (По Ориенту-Найару-Блинну), Metal (Металл), Strauss (По Штраусу) и Multilayer (Многослойная).

Рис. 9

Остальные флажки ветви Shader Basic Parameters (Основные параметры раскраски) выполняют следующие функции.
Напомним еще раз, что по умолчанию используется алгоритм раскраски Blinn (По Блинну). Будем рассматривать настройку базовых параметров раскраски по этому алгоритму.

Характеристики цвета

Одной из самых главных характеристик видимого объекта является его цвет. Объект может отражать, поглощать и преломлять лучи падающего света, а также излучать свет.
Цвет объекта, отражающего свет, определяется тем, какую часть лучей видимого света он отражает. В том случае, когда весь спектр видимого света отражается объектом одинаково, а поглощение отсутствует, он будет казаться белым. Черный объект - это объект, который поглощает весь палаюший свет.
Если объект светится сам, то его цвет определяется тев в каких областях видимого спектра он излучает и тем, как он отражает и поглощает свет от внешних источников.
Для настройки характеристик материала предназначены ветви Basic Parameters (Основные параметры) и Extended Parameters (Дополнительные параметры). Ветвь Maps (Карты текстур) предназначена для работы с картами текстур.
Рассмотрим способы задания цветовых характеристик. Для их установки предназначена ветвь
Basic Parameters (Основные параметры) - рис. 11.

Рис. 11

Отметим, что сейчас мы рассматриваем параметры для алгоритма раскраски Blinn (По Блинну). Параметры для алгоритма раскраски Phong (По Фонгу) полностью совпадают с данными.

Установка характеристик цвета

Можно установить следующие характеристики цвета: Ambient (Подсветка), Diffuse (Диффузный), Specular (Зеркальный).

Установка характеристик отражения

Кроме параметров падающего на объект света можно устанавливать и некоторые характеристики отражения.
В этой группе также находится график, на котором по оси Y показана яркость пятна, а по оси X - его размер.

Управление свечением и прозрачностью

Ветвь Basic Parameters (Основные параметры) содержит элементы, позволяющие управлять свечением и прозрачностью материала. Если установить флажок Color (Цвет) в группе Self-Illumination (Самосвечение), то пользователь получает возможность выбрать цвет, которым будет светиться материал. В противном случае можно задавать яркость диффузного компонента цвета. Светящийся материал выглядит так, как будто источник света находится внутри объекта, которому такой материал присвоен. Это достигается тем, что цвет диффузного рассеяния заменяет собой цвет подсветки. Если указано значение 0, то материал не светится. Если указано значение 100, то свечение будет максимальным.
Параметр Opacity (Непрозрачность) задает прозрачность материала. При значении счетчика, равным 100, материал полностью непрозрачен, при 0 - абсолютно прозрачен.
На рис. 12 показаны примеры материалов с использованием параметров Self-Illumination (Самосвечение) и Opacity (Непрозрачность).

Рис. 12

Установка параметров цвета

Для того чтобы установить значение цвета, выберите нужный вариант в левой части ветви Basic Parameters (Основные параметры), а затем установите значение цвета по шкале RGB или HSV. Можно также установить этот цвет при помощи диалогового окна Color Selector (Выбор цвета), которое открывается щелчком на цветном прямоугольнике, находящемся рядом с кнопкой того или иного варианта. В заголовке диалогового окна через двоеточие указано название варианта, для которого устанавливается цвет, например, Ambient (Подсветка) - рис. 13.

Рис. 13

В диалоговом окне Color Selector (Выбор цвета) можно установить значение цвета любым из трех способов: непосредственно задав его по шкале RGB или HSV, передвигая регуляторы на цветовых шкалах RGB или HSV, или перемещая курсор по цветовой плоскости с помощью мыши. При установке цвета любым из способов все элементы управления перемещаются так, чтобы их значения соответствовали этому цвету.
Нажав кнопку, которая находится слева между кнопками Ambient (Подсветка) и Diffuse (Диффузный), можно заставить программу 3D Studio MAX R3 при изменении параметров для одного вида света, одновременно изменять их для другого. Если нажать эту кнопку, система откроет диалоговое окно, в котором попросит подтвердить одновременное изменение параметров.
Кнопка, расположенная между кнопками Diffuse (Диффузный) и Specular (Зеркальный), работает аналогично предыдущей. При нажатии на нее программа 3D Studio MAX R3 также попросит подтвердить одновременное изменение параметров.

Настройка базовых параметров раскраски Metal (Металл)

Данная ветвь отличается от предыдущей тем, что в ней нет параметров управления зеркальным отражением, поскольку цвет блика в данном случае соответствует цвету, который падает на объект. При возрастании значения параметра Specular Level (Сила блеска) одновременно падает интенсивность дибрфузного рассеяния. Параметр Glossiness (Глянец) одновременно изменяет яркость и размер блика (рис. 14).

Рис. 14

Настройка базовых параметров для алгоритма раскраски Oren-Nayar-Blinn (По Оурену-Найару-Блинну)

В данной ветви присутствует дополнительная группа параметров Advanced Diffuse (Свойства диффузного рассеивания) (рис. 15).

Рис. 15

Параметр
Diffuse Level (Уровень диффузного рассеивания) управляет уровнем яркости этого рассеивания относительно яркости диффузного света. Этот уровень может быть как выше, так и ниже яркости света. Их равные уровни получаются при значении этого параметра, равном 100.
Параметр Roughness (Шероховатость) задает переход от цвета диффузного рассеяния к цвету подсветки. При возрастании этого параметра материал становится матовым. Если установить параметры Diffuse Level (Уровень диффузного рассеивания) равным 100, a Roughness (Шероховатость) равным 0, то алгоритм раскраски Oren-Nayar-Blinn (По Оурену-Найару-Блинну) не будет отличаться от алгоритма Blinn (По Блинну).

Настройка дополнительных параметров

Ветвь Extended Parameters (Дополнительные параметры) одинакова для всех алгоритмов раскраски. В этой ветви настраиваются толщина линий каркаса при визуализации в каркасном режиме и различные свойства непрозрачности (рис. 16).

Рис. 16

Группа Advanced Transparency (Дополнительные свойства непрозрачности) используется для того, чтобы установить "характер" непрозрачности объекта. При установке переключателя Falloff (Спад) в положение In (Внутрь) прозрачность увеличивается от краев к центру. Если переключатель установлен в положение Out (Наружу), прозрачность увеличивается от центра к краям.
Степень изменения прозрачности (ее "производная") задается параметром Amt (Степень).
Переключатель Туре (Тип) задает взаимоотношение цвета, прошедшего сквозь материал, с цветом объекта, расположенного позади него. Выбрать можно один из следующих вариантов.
Первый режим используется для получения более реалистичных объектов в сцене, а два других - для получения различных специальных эффектов, таких как дым, луч прожектора или, наоборот, цветной тени от объекта.

Группа параметров Reflection Dimming (Ослабление зеркального отражения)

Эта группа дает возможность задать ослабление зеркального блеска для тех участков поверхности, которые находятся в тени. Элементы управления этой группы работают только в том случае, если назначена карта зеркального отражения.

Настройка толщины линий каркаса

Если объект визуализируется в виде каркаса (для этого должен быть установлен флажок Wire (Каркас) в ветви Basic Parameters (Базовые параметры) для любого алгоритма раскраски), то группа Wire (Каркас) позволяет настраивать толщину линий каркаса. Переключатель In (В) задает единицы, в которых измеряется толщина линий - пикселы или единицы измерения 3D Studio MAX R3, а счетчик Size (Размер) дает возможность установить толщину линии.

Карты характеристик материала

Ветвь Maps (Карты) материала Standard (Стандартный) дает возможность задать карту для любой характеристики, которую рассмотрели выше (рис. 17).

Рис. 17

Выбор алгоритмов раскраски

Для большинства не очень сложных объектов имеет смысл выбирать алгоритм раскраски Blinn (По Блинну),который в программе 3D Studio MAX R3 предлагается по умолчанию.
Для металлических объектов выбирайте алгоритм Metal (Металл).
Для самого первого просчета имеет смысл установить флажок Wire (Каркас) в ветви Basic Parameters (Основные параметры) любого из алгоритмов раскраски.
Для следующего просчета можно установить флажок Faceted (Огранка), при котором система отключает сглаживание ребер. Этот режим соответствует алгоритму постоянной раскраски, который применялся в предыдущих версиях программы.
И, наконец, при чистовом расчете можно экспериментировать с ветвью дополнительных параметров, добиваясь максимального сходства материалов с тем, что вы задумали в сцене. Учтите только, что время рендеринга может при этом существенно возрасти.

См. Упражнение