Zakres materiału: Grafika komputerowa: Implementacja obrazów rastrowych (EK:La3), Lista 3 1) Zaawansowana edycja obiektów modyfikatory logiczne i subdivision surface 2) Nakładanie materiałów na obiekty 3) Renderowanie scen do obrazów rastrowych Autor: Dominik Drabik 1) Zaawansowana edycja obiektów siatkowych - modyfikatory Operacje logiczne (Boolean logic operators) pozwalają na cięcie i łączenie obiektów siatkowych przy użyciu innych obiektów siatkowych. Innymi słowy dwa obiekty mogą być połączone w inny sposób niż za pomocą komendy Join poznanej w poprzedniej liście. Przy wykorzystaniu opcji Join oba obiekty zachowują swoje wierzchołki, natomiast przy użyciu operacji logicznej nowy kształt jest obliczany i usuwana jest wewnętrzna geometria. Bardzo ważne jest to, by geometria obiektu była dobrze zdefiniowana. Istnieją trzy operacje logiczne - alternatywa (część wspólna, intersections), różnica (difference) oraz suma (union). Jest to efektywne narzędzie do wycinania kształtów ze stworzonych obiektów siatkowych. By użyć operatorów logicznych trzeba posłużyć się tzw. modyfikatorami. Modyfikatory są zbiorem różnych algorytmów do obróbki obiektów siatkowych w poszczególne sposoby (na potrzeby tych zajęć opiszę jeszcze tylko subdivision surface w jednej z następnych akapitów). By wykorzystać modyfikator logiczny konieczne jest wejście w panel modyfikatorów (zółty okrąg na obrazku obok) i z zakładki Add Modifier (zielony okrąg) dodać Boolean Modifier (niebieski okrąg). W oknie modyfikatora będzie można wybrać obiekt drugi do operacji na zaznaczonym obiekcie oraz wybrać typ operacji. Kliknięcie na okno object rozwija listę wszystkich obiektów siatkowych, możliwe jest też zaznaczenie obiektu do operacji ręcznie. Efekt operacji będzie na bieżąco uaktualniany. Po wciśnięciu klawisza Apply nowy kształt zostaje ustawiony (warto zwrócić uwagę, że obiekt do modyfikacji - drugi - ciągle jest obecny, więc czasem by zobaczyć efekt konieczne jest przesunięcie tegoż obiektu).
Modyfikator Subdivision Surface jest używany by podzielić ścianki obiektu siatkowego w mniejsze ścianki sprawiając wrażenie gładszego. Wykorzystanie tego modyfikatora pozwoli na modelowanie skomplikowanych płaszczyzn za pomocą prostych obiektów. Pozwala dodatkowo na otrzymywanie wysokiej rozdzielczości obiektów bez konieczności zapisywania i utrzymania dużej ilości danych. Modyfikator można wykorzystać dwojako, albo zaakceptować zmiany i zmienić bazową geometrię obiektu siatkowego (przez co zwiększymy rozmiar danych obiektu) albo po prostu zachować go bez wciśnięcia Apply, co pozwoli na obserwowanie zmian przy renderowaniu bez generowania dodatkowych danych. Ważne jest by pamiętać, że w drugim przypadku modyfikator ten nie zmienia geometrii samego obiektu, przez co eksport go do innego formatu (co będzie robione na potrzeby opisu przygotowania obiektów do wydruku 3D) "zgubi" wygładzenie. Po wybraniu modyfikatora pojawiają się następujące opcje: Typ - Catmull-Clark lub Simple. Pierwszy algorytm bazuje na 6 zdefiniowanych rekurencyjnych etapach. W skrócie rozdziela jedną płaszczyznę na 4 i obraca je w taki sposób, by były zgodne z wierzchołkami obiektu (szczególnie jest to widoczne przy nałożeniu modyfikatora na sześcian, jak kogoś interesują szczegóły działania algorytmu odsyłam do Wikipedii). Drugi algorytm tylko dzieli powierzchnie bez dodatkowego wygładzania i chociaż może być wykorzystywany do zwiększenia bazowej ilości ścianek, nie służy do wygładzania. W zakładce subdivision występują dwa suwaki - view definiuje ilości kroków algorytmu na podglądzie, z kolei render podczas renderowania sceny. W zależności od ustawienia ilości iteracji, efekt końcowy może się znacząco różnić, co widać na grafice poniżej. Opcja Apply modyfikuje podstawową geometrię obiektu. Opcja SubdivideUVs ma znaczenie tylko przy obiektach z nałożonymi teksturami, natomiast Optimal Display sprawia, że renderowane są tylko zewnętrzne ścianki i krawędzie. Efektywna praca z tym modyfikatorem wymaga odrobiny wyczucia. Istotna jest dobrze zdefiniowana topologia obiektu oraz odpowiednie rozmieszczenie krawędzi (można dodać dodatkowe krawędzie za pomocą skrótu Ctrl+R).
2) Materiały i silnik graficzny Silnik graficzny jest to część kodu aplikacji odpowiedzialna za tworzenie grafiki na ekranie komputera. Istnieje szereg silników graficznych, w zależności od potrzeb grafika/developera. W zależności od silnika otrzymuje się szybkość renderowania kolejnych klatek lub bardzo duży realizm. Niektóre silniki do przyśpieszenia obliczeń mogą wykorzystać wsparcie sprzętowe specjalizowanych procesorów graficznych (dla Blendera zainstalowanego na komputerach z kartą NVidia jest to CUDA) oraz bibliotek graficznych DirectX lub OpenGL. Blender natywnie posiada trzy silniki : Blender Render (oficjalna nazwa silnika to internal engine, wiekowy silnik raczej już niestosowany), Blender Game (prosty silnik do tworzenia prostych gier z wykorzystaniem jezyka Python) oraz Cycles Render (jeden z nowszych silników i powszechnie dzisiaj stosowany). W ciągu tych zajęć będziemy stosować silnik Cycles Render, więc proszę się upewnić, czy jest on ustawiony na górnym pasku. Wybranie innego silnika zmienia niektóre opcje obiektów oraz w znaczący sposób modyfikuje nakładanie i ustawianie materiałów i tekstur. Materiały i tekstury są wykorzystywane by zmienić kolory obiektów na scenie z domyślnie szarych na bardziej rzeczywiste. Materiały umożliwiają dodanie koloru, odblasku, przeźroczystości, co nadaje obiektom bardziej naturalnych kolorów i właściwości optycznych. Większość świeżo stworzonych obiektów nie ma przypisanego materiału, więc trzeba najpierw nadać obiektowi. Aby dodać materiał należy zaznaczyć obiekt, na który chce się nałożyć materiał, i przejść do zakładki materiałów (Materials). Tam należy kliknąć na +. Pojawią się nowe zakładki w których można ustawić optyczne właściwości obiektu. Obok przedstawiono opis poszczególnych zakładek. Jest to ogólny przegląd możliwych opcji. W ramach zajęć skupimy się głównie na zmianach materiału na powierzchni. Generowanie materiałów jest oparte o tak zwane shadery. Na grafice obok został ustawiony Diffuse BSDF jeden z powszechniejszych shaderów. Efekty zmian shadera możemy oglądać w okienku Preview (na scenie nie będą one widoczne tylko podczas renderingu). Poniżej opis najpowszechniejszych shaderów: Diffuse BSDF - (w wolnym przekładzie kolor rozproszony) jest to shader nakładający kolor na obiekt. Jeśli obiekt ma być domyślnie czerwony, to ten shader powinien zostać wykorzystany do nadania koloru. Istnieją tutaj trzy opcje do wyboru Color (pozwala na zmianę koloru), Roughness (poziom odbicia światła, im większy tym mniejsze odbicie) oraz pozycjonowanie (przydatne przy bardziej skomplikowanych operacjach). Emission shader modyfikujący właściwości obiektu tak, by wydzielał światło. Dwie opcje kolor oraz siła emisji. Glass BSDF shader imitujący obiekt szklany. Cztery istotne właściwości sposób liczenia rozproszeń, kolor, Roughness (poziom odbicia światła) oraz IOR (współczynnik załamania). Przy pewnych ustawieniach shader ten też jest wykorzystywany do tworzenia obiektów z lodu czy metalu. Transparent BSDF shader czyniący obiekt w większości przeźroczystym. Przydatne przy tworzeniu scen gdzie część widoku jest blokowana, na przykład przy widoku plaży częściowo okiem okularów przeciwsłonecznych.
Velvet BSDF shader nakładający na obiekt delikatny gradient koloru. Mix Shader no i oczywiście shader pozwalający mieszać powyższe shadary w określonych proporcjach. Pozwala na przykład na stworzenie świecącego kryształu poprzez połączenie shaderów glass i emission. Szczególny przypadek lustro - Aby utworzyć materiał odzwierciedlający lustro albo odbijającą płaszczyznę, należy wybrać shader Glossy BSDF z ustawieniami GGX oraz Roughtness 0.001. Odpowiednia zabawa mix shaderem i geometrią obiektu pozwoli także na osiągnięcie ciekawych efektów (grafika po prawej). 3) Renderowanie scen Rendering jest to proces, którego celem jest wygenerowanie obrazu stworzonych w systemie wektorowym wierzchołków, krawędzi i siatek, przypisanych materiałów oraz wyliczenie zachowania światła i odpowiednich cieni obiektów zawartych na scenie. Obraz taki jest generowany w grafice rastrowej, czyli posiada określoną rozdzielczość i piksele. Renderować można zarówno pojedyncze grafiki, serie grafik albo filmy. Definiowany jest format plików graficznych (np. JPEG/TIFF/PNG), rozmiar pliku wyjściowego, wyjściową jakość, obecność cieni, obecność efektu Motion Blur a także gdzie będą zapisywane pliki. A jeśli renderowany będzie film to ile klatek na sekundę powinien mieć. Wszystkie te kwestie ustawiane są w opcjach renderingu. Im lepsza jakość pliku wyjściowego tym dłużej zajmie proces renderingu i więcej będzie rozmiar pliku wyjściowego. W Blenderze podzielono wszystkie ustawienia na trzy zakładki Scenę, Warstwy i Rendering (czerwony okrąg na grafice powyżej, okno warstw nie zostało opisane, gdyż nie starczy czasu na zajęciach na opis systemu warstw). Jest szereg opcji, o których warto wiedzieć, by skutecznie zapisywać efekt swojej pracy jako film lub obraz. W liście zostanie opisane zapisywanie obrazów w formacie JPEG (przedstawione w grafice na następnej stronie). W zakładce Rendering precyzuje się jak przebiega sam proces renderingu, natomiast w zakładce Scene ustawia się rozmiar, widok z której kamery ma być renderowany, etc. Opis opcji obu zakładek znajduje się poniżej. Większość ustawień można zostawić w wartościach domyślnych, o ile określone warunki nie muszą być spełnione (na przykład film w kosmosie bez grawitacji). W celu wy-renderowania prostego obrazu JPEG należy ustawić zgodnie z potrzebami wszystkie opcje poniżej zaprezentowane. Bardzo ważne jest, by ustawić typ obrazu na JPEG w Render Output. Dla pojedynczego obrazu warto podnieść jakość, gdyż jest ona drugorzędna jeśli nie renderuje się filmu. By zrenderować należy wcisnąć klawisz F12 albo wybrać przycisk Render. Po pojawieniu się zrenderowanego obrazu wystarczy
wcisnąć F3, co wywoła okno do zapisu obrazu. Wystarczy już tylko podać nazwę pliku i określić lokalizację. Pamiętaj by zapisać plik z odpowiednim rozszerzeniem. Poniżej ogólny opis opcji dla bardziej wnikliwych osób oraz szczegółowy opis niektórych zakładek. Sampling Im więcej próbek zostanie wybranych tym częściej promienie z kamery są rzucane na scenę oczyszczając obraz. Można określić ilość próbek zarówno dla podglądu jak i finalnego renderowania. Dodatkowo występują tutaj opcje Seed (współczynnik losowy dystrybucji próbek. Aby móc renderować ten sam obraz na kilku maszynach z takim samym plikiem wyjściowym. Jeśli będzie renderowana animacja to będzie można dostrzec ten sam szum obecny na każdej klatce, czemu można zapobiec zmieniając ten parametr w czasie), Clamp Direct (nie pozwala żadnej z próbek ze światła bezpośredniego by były jaśniejsze niż określona wartość), Clamp Indirect (nie pozwala żadnej próbce być jaśniejszej niż sprecyzowana wartość), Square Samples (automatycznie wykorzystuje kwadrat wpisanych wartości w oknie render i preview, czyli 10 odczytywane jest jako 100 i tak dalej) oraz Pattern (sposób w jaki kamera próbkuje nie jest całkowicie losowy w wyniku czego w szumie można dostrzec wzór. Istnieją dwie formy wzorowania szumu więc jeśli jeden zaczyna być widoczny - warto spróbować drugiego. Z zasady rendering Multi-Jitter trwa dłużej, ale efektem jest mniejszy szum gdy stosunkowo mało próbek jest wykorzystanych, na przykład mniej niż 50). W zakładce Performance można zdefiniować określoną liczbę rdzeni procesora wykorzystywaną do renderingu (Threads) oraz określić rozmiar kafelków przy renderingu. W przypadku wykorzystywania CPU do renderingu zalecane jest stosowanie dużej ilości małych kafelków, natomiast w przypadku renderowania na GPU małej ilości dużych kafelków. Jeśli chodzi o możliwość renderowania na GPU, opcja ta jest dostępna na niektórych modelach kart (głównie NVidia) i można ją włączyć w User Preferences -> System i w Computer Device. Następnie w oknie opcji renderingnu wybrać odpowiedni Device.
UWAGA Zadania 2-5 wymagają zapoznania się z opisem silników graficznych oraz nakładania materiałów powyżej. Proszę nie być cwanym i nie próbować robić ich bez zapoznania się z opisem. Zadanie nr 1 na zaliczenie listy Latarnia (modyfikatory logiczne) Celem zadania jest wzbogacenie modelu latarni z poprzedniej listy o okna wykorzystując w tym celu operacje logiczne na obiektach siatkowych. Stwórz sześcian i wyskaluj go do odpowiedniego kształtu i rozmiaru. Umieść sześcian na jeden ze ścianek latarni. Następnie zaznacz latarnię i przejdź do okna modyfikacji. Wybierz modyfikacje logiczne (Boolean Modifier). W oknie object wybierz stworzony przez siebie sześcian, natomiast operację zmień na różnicę (Difference) i wciśnij Apply. Na pierwszy rzut oka nic się nie zmieniło ale po zaznaczeniu i przesunięciu sześcianu zobaczysz, że kształt latarni się zmienił. Powtórz ten proces stosując inne obiekty siatkowe tak by latarnia miała przynajmniej 4 okna i jedne drzwi. Pamiętaj by dodawać modyfikator logiczny do latarni, a nie do stworzonego obiektu. Jeśli modyfikatory logiczne nie działają lub zachowują się w sposób dziwny należy: usunąć bieżący modyfikator, zaznaczyć latarnię, włączyć tryb edycji, zaznaczyć wszystkie ścianki (A) i wcisnąć skrót klawiszowy ctrl+n w celu przeliczenia normalnych do płaszczyzn. Jak to nie pomoże proszę zawołać prowadzącego zajęcia. Aby zaliczyć to zadanie wystarczy wysłać wyrenderowany obraz
Zadanie nr 2 na zaliczenie listy Krajobraz (nakładanie materiałów) Najwyższy czas nałożyć materiały na stworzony przez nas teren, a by wyglądał na chociaż trochę bardziej rzeczywisty. W tym zadaniu przepatrzymy jakie możliwości daje nam nakładanie materiałów. W następnej liście będziemy bardziej urzeczywistniać widoczek dodając tekstury. Wczytawszy plik z krajobrazem zaznaczmy płaszczyznę. Następnie przejdźmy do właściwości materiału i stwórzmy nowy materiał. W domyśle jego nazwa to będzie Material lub coś podobnego, zmieńmy nazwę na bardziej oddającą sens materiału (edytowane w okienku zaznaczonym na zielono). Wybierz shader Diffuse BSDF i ustaw kolor zielony. Z racji faktu, że ziemia/trawa nie są zwykle szczególnie jasne więc odpowiednio zmniejsz intensywność i zwiększ roughness. Warto też w zakładce settings zmienić Viewport Color aby odróżnić materiały między sobą. Póki co nie wygląda to zbyt realistycznie, ale na razie testujemy podstawowe opcje materiałowe. Po wyrenderowaniu (F12) scena powinna być zbliżona do widoku po prawej. Następnie dodajmy płaszczyznę wody do sceny. Stwórz płaszczyznę w widoku z góry i wyskaluj ją do rozmiarów terenu. Następnie przejdź do widoku z przodu i unieś lekko nad ziemią. Upewnij się, że nie dostrzegasz żadnych krawędzi widokiem z kamery. Ostatnim etapem jest dodanie materiału który będzie odzwierciedlał wodę, podobnie jak zrobiliśmy dla ziemi. Dodaj nowy materiał i ustaw go jako Mix Shader. Ustaw jeden shader jako Glass, drugi jako Diffuse. Parametry i factor obu shaderów dobierz według uznania i poczucia estetyki. Ostatecznie wyrenderuj scenę klawiszem F12. Końcowy efekt może (ale nie musi) być zbliżony do tego obok. Bardzo dobry efekt daje też zastąpienie shadera Glass shaderem Glossy. W późniejszych etapach przełoży się to na bardziej realistyczne lustro wody. Aby pozbyć się zielonych kropek/szumu wystarczy w zakładce Light Paths w Rendering odznaczyć obie opcje Reflective Caustics i/lub zwiększyć liczbę odbić światła. Uwaga aby zaliczyć to zadanie wystarczy wysłać wyrenderowany obraz
Zadanie nr 3 na zaliczenie listy Nakładanie wielu materiałów na jedną bryłę Istnieje możliwość nałożenia jednej bryle kilku materiałów w tym samym czasie. W tym celu otwórzmy nową scenę, zaznaczmy domyślnie stworzony sześcian, wejdźmy w tryb edycji i korzystając używając narzędzia subdivide (z odpowiednio ustawionymi opcjami) sprawmy, że ścianka sześcianu będzie miała w sumie 16 ścianek (po 4 ścianki na krawędź). Następnie wróćmy do trybu obiektowego i przypiszmy jeden materiał sześcianowi, a następnie dodajmy 5 kolejnych materiałów o różnym kolorze. Powinno to wyglądać podobnie jak na rysunku obok. Kolejnym etapem jest wejście w tryb edycyjny, ustawienie zaznaczania ścianek i zaznaczenie tylko ścianek na jeden ze ścianek sześcianu. Po ich zaznaczeniu należy wybrać kolejny kolor i nacisnąć przycisk Assign widoczny pod listą kolorów. Powtarzać to do momentu aż każda ścianka będzie miała inny kolor. Po zakończeniu obróbki stworzony sześcian powinien przypominać ten przedstawiony na rysunku poniżej. Ewentualnie można rozdysponować po jednym kolorze na dany bloczek każdej ścianki modelując sześcian by wyglądał podobnie do kostki Rubika. Wykorzystując narzędzie knife można łatwo wyciąć sobie obszary o innej kolorystyce. Uwaga aby zaliczyć to zadanie wystarczy wysłać wyrenderowany obraz i plik blend
Zadanie nr 4 na zaliczenie listy kieliszek wina W tym zadaniu należy wymodelować kieliszek wina, a następnie nałożyć na niego materiał o tak skonfigurowanych parametrach, aby przypominał faktyczny szklany kieliszek wina. Poniżej widać teksturę wyjściową (dobrym pomysłem jest wczytanie jej do tła, tak jak było robione w przypadku loga) oraz efekt końcowy (do środka wrzucono czerwoną sferę). Najprostszym podejściem jest stworzenie wypełnionego okręgu (circle) a następnie ekstruzja po frontowym widoku do uzyskania końcowego kształtu. Takie podejście jednak sprawi, że stworzony kieliszek nie będzie miał parametru grubości. Najłatwiej to rozwiązać stosując modyfikator Solidify (w tym samym oknie co modyfikatory logiczne). Modyfikator ten nadaje płaszczyznom określonej grubości co jest bardzo przydatne w przypadku brył o ściankach o niewielkiej grubości. Mając na uwadze, ze kieliszek jest obiektem o wyjątkowo innych wymiarach niż domyślne ustawione dla kamery, warto wspomnieć o jeszcze jednym, znacznie wygodniejszym, sposobie ustawiania widoku kamery. Zacznijmy od przejścia do zakładki Render (ikona aparatu fotograficznego w domyślnie prawym oknie). W zakładce Dimensions znajduje się obszar oznaczony jako Rozdzielczność (Resolution) z parametrami X i Y. Zmiana wartości pomiędzy tymi parametrami wykreśli obszar o wymiarach bardziej zbliżonych do rozmiarów kieliszka. Druga sztuczka polega na przejściu do widoku kamery (klawisz 0), a następnie wywołaniu zakładki transformacji (klawisz N) i odszukanie w zakładce View opcji Lock Camera to View, którą to należy zaznaczyć. Spowoduje to zmianę obramowania obszaru kamery na czerwoną przerywaną linią, a jakiekolwiek obroty/przesunięcia widoku będą skutkować przesunięciem kamery (zamiast standardowego powrotu do normalnego widoku). Podziękowania za odkrycie możliwości zmiany układu kamery w ten sposób należą się Pani Dagmarze Rybak. Uwaga aby zaliczyć to zadanie wystarczy wysłać wyrenderowany obraz
Zadanie nr 5 na zaliczenie listy Dalszy trening modelowania i nakładania materiałów W ramach zadania wymodeluj i nałóż materiały by odwzorować kolorystykę jednego z wybranych poniżej obiektów. Pamiętaj, że (póki co) obiekt nie musi być jedną bryłą. (tak, okulary mają szkiełka!) Uwaga aby zaliczyć to zadanie wystarczy wysłać plik blend
Poznane klawisze skrótowe Skrót Opis numpad 7/1/3 widok z góry/boku/prawej strony numpad 0 widok kamery numpad 5 przełączanie się między widokiem ortogonalnym i perspektywą numpad 2/4/6/8 obrót po przestrzeni 3D ctrl+n7/1/3 widok z dołu/tyłu/lewej strony ctrl+n2/4/6/8 przesunięcie po 2D w danym kierunku scroll+lpm swobodny obrót po przestrzeni 3D shift+scroll+lpm swobodne przesunięcie po 2D Z włączenie/wyłączenie widoku szkieletowego T przywołanie/schowanie zakładki narzędzi N przywołanie/schowanie zakładki transformacji shift+s dodatkowe opcje precyzyjnego umieszczenia kursora 3D shift+a przywołanie okienka tworzenia obiektów Tab przełączanie między trybem obiektowym a edycyjnym G przesuwanie obiektu S skalowanie/rozciąganie obiektu R obracanie obiektu shift+d duplikowanie obiektu ctrl+z cofnięcie wykonanego kroku ctrl+shift+z cofnięcie cofnięcia shift+ppm zaznaczanie wielu wierzchołków/krawędzi/ścian w trybie edycyjnym B w trybie edycyjnym : wyrysowanie okna do zaznaczenia wierzchołków C w trybie edycyjnym : zaznaczanie wierzchołków w danym okręgu E w trybie edycyjnym : ekstruzja zaznaczonych wierzchołków O włączenie/wyłączenie edycji proporcjonalnej K w trybie edycyjnym : narzędzie knife F w trybie edycyjnym : łączenie wierzchołków/punktów/krzywych ctrl+j przy zaznaczeniu dwóch obiektów siatkowych : łączenie obiektów w jeden P w trybie edycyjnym : rozdzielenie wierzchołków od obiektu siatkowego F12 renderowanie sceny F3 wywołanie okna do zapisywania obrazu po wyrenderowaniu Materiały dodatkowe do listy 3 Książki: 1) Blain John, An Introduction to Blender 3D, A book for beginners, strony 54-55, 57-74, 101-103. 2) Blain John, The Complete Guide to Blender Graphics, strony 86-107 oraz 138-139. 3) Steinmetz Fredrik, Hofmann Gottfried, The Cycles Encyclopedia, Chapter 14: Render Settings Materiały video (ang): 1) https://www.youtube.com/watch?v=jyj6e-72rds (polecane!)