Μοντελοποίηση και Ψηφιακή Σύνθεση Αντικειµένων για ιαδυκτιακές Εφαρµογές

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Ιωάννου Μάνος Μοντελοποίηση και Ψηφιακή Σύνθεση Αντικειµένων για ιαδυκτιακές Εφαρµογές Επιβλέπων: ιονύσιος Πολίτης Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 2008

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περιεχόµενα Εισαγωγή Texturing Rendering Tutorial για χρωµατισµό IPR Test Render Baking textures & prelighting Bake-Sets ηµιουργία Bake-Set TIPS FOR BAKING Αλληλεπίδραση Φόντου και αντικειµένων Αναφορές ΕΙΣΑΓΩΓΗ Με την χρήση ενός ισχυρού λογισµικού για 3D εφαρµογές, ο χρήστης πλέον µπορεί να κατασκευάσει µια πλειάδα αντικειµένων µε µια σχετική ευκολία που δεν ήταν εφικτή πριν. Ένα απο τα λογισµικά που ξεχωρίζει είναι φυσικά το AUTODESK MAYA, που χρησιµοποίησα και εγώ για την µοντελοποίηση των αντικειµένων µας. Είναι ευκολο στην χρήση του µετά απο µιά εξοικίωση και το learning curve 2

3 του είναι διαφορετικό για τον καθένα. Έχει πάρα πολλά features και πολλά modifications για το interface του ουτως ώστε ο καθένας να βρεί το setup που εξυπηρετεί αυτόν. Το πόστο που είχα εγώ στην οµάδα ήταν η µοντελοποίηση αντικειµένων για να εισαχθούν στο virtual museum που δηµιουργήσαµε. Αυτά τα αντικείµενα τα άλλαξα µετέπειτα σε VRML. ηµιούργησα µια ποικιλία απο αντικείµενα χωρίς περιορισµούς. Χρησιµοποίησα και φωτισµούς ανάλογους µε την σκηνή που θα τοποθετούνταν τα αντικείµενα. Μετέποιτα εφάρµοσα και τον κατάλληλο renderer για να µην επιβαρυνθεί η σκηνή περισσότερο απο όσο πρέπει. ηµιούργησα εξαρχής το workflow που θα ακολουθούσα και µετά απλά εισήγαγα εικόνες των αντικειµένων, για να χρησιµοποιήσω σαν βάση. Υπάρχουν διαφορετικές µεθοδολογίες µοντελοποίησης και εγώ απλά χρησιµοποιούσα κάθε φορά όποια θεωρούσα βέλτιστη. Υπάρχει το polygon modeling και τα nurbs. Στην πρώτη 3

4 περίπτωση ξεκινούµε απο ένα απλό box και κτίζουµε πάνω σε αυτό. Στην δεύτερη περίπτωση ξεκινάς από σφαίρα και πλάθεις σιγά σιγά το αντικείµενο σου. Η δεύτερη περίπτωση προτιµάται για πιο οργανικά αντικείµενα ενώ µε την πρώτη δηµιουργάς πιο γωνιοποιηµένα αντικείµενα. Nurbs Ο outliner (Σηµαντικό εργαλείο για µοντελοποίηση µε Nurbs) 4

5 Εάν δεν χρησιµοποιήσει κάποιος polygons ή Nurbs τότε δηµιουργεί µια σφαίρα, αυξάνει την απεικόνηση της σε grid units και ξεκινά να µοντελοποιεί ακριβώς όπως ένα γλύπτη ξεκινώντας απο ένα άµορφο πηλό και µε διάφορες εντολές του MAYA το µετασχηµατίζει, βασικά σε ότι θέλει. 5

6 Τα βασικά σχήµατα που µπορούµε να χρησιµοποίησουµε στο MAYA Το MAYA διαθέτει το grid για να µπορούν οι χρήστες να υπολογίζουν µε ακρίβεια σε ποιά σηµεία του χώρου θα τοποθετηθούν τα αντικείµενα τους 2. TEXTURING 6

7 Όταν δηµιουργήσουµε το αντικείµενο µας πρέπει ακολούθως να το ντύσουµε µε µια υφή που θα δίνει την ψευδαίσθηση της αληθοφάνειας. Για µια καρέκλα θα πρέπει να έχει την υφή του ξύλου ή µια στέγη θα πρέπει να φαίνεται ότι αποτελείται απο κεραµίδια. Αυτό γίνετε µε το Attribute Editor. 7

8 Σε αυτή την περίπτωση χρησιµοποιούµε φωτογραφείες που αποθηκεύονται σε µορφή PSD. Όταν καλύπτεις ένα µοντέλο µε το texture χρησιµοποιούµε το UV Texture Editor για να τοποθετήσουµε UV components και coordinates. 8

9 9

10 3. RENDERING Μια άλλη σηµαντική διαδικασία είναι το rendering. Χρησιµοποιώντας shading materials ορίζουµε την υφή και το χρώµα που θα έχει το αντικείµενο στην τελική του µορφή. 10

11 3.1 Tutorial για χρωµατισµό 1. Right-click the background plane and select Assign New Material > Lambert from the marking menu. The Attribute Editor displays the attributes for the Lambert material. 2. Click the gray box to the right of Color. 3. In the Color Chooser window, click inside the color wheel and drag to a light blue color. The color you select in the Color Chooser is applied to the plane. 4. Click Accept to close the window. 5. In the Attribute Editor, rename the Lambert shading material to wall_lambert. 6. Right-click the surface that the apple is resting on and select Assign New Material > Lambert. The Attribute Editor displays the attributes for the Lambert material. 7. Click the gray box to the right of Color. 8. In the Color Chooser window, click inside the color wheel and drag to a beige color. The color you select in the Color Chooser is applied to the plane. 9. Click Accept to close the window. 10. In the Attribute Editor, rename the Lambert shading material to counter_lambert. 11

12 Ακόµα και στα menu του rendering µπορεί ο χρήστης να ορίσει textures και άλλες παραµέτρους που αφορούν τις ιδιότητες του αντικειµένου και της σκηνής. 12

13 3.2 IPR Μια απο τις τεχνικές rendering που υπάρχουν στο MAYA είναι το IPR (Interactive Photorealistic Rendering). Το συγκεγκριµένο application είναι software rendering και δεν εξαρτάται απο το υλικό του υπολογιστή που χρησιµοποιεί ο χρήστης. Ένα απο τα πολλά προτερήµατα που έχει το IPR είναι το ότι αλλαγές κάνει ο χρήστης µπορεί να τις δεί αµέσως σε εικονική µορφή και σε real time µε το πάτηµα ενός πλήκτρου. 13

14 Μπορούµε επίσης να κάνουµε render σε µια συγκεκγριµένη περιοχή και όχι σε όλη την σκηνή ή το αντικείµενο. Απλά επιλέγουµε την περιοχή που θέλουµε στο Render View και κάνουµε τις αλλαγές που θέλουµε. 14

15 Το µέγεθος του Render View δεν µας περιορίζει φυσικά και µπορούµε να το αλλάξουµε για να έχουµε µια καλύτερη οπτική του αντικειµένου µας. 3.3 Test Render Για να κάνουµε ένα test render ακολουθούµε τα εξής βήµατα: 1. In the Render View window, select Options > Render Settings. 2. In the Render Settings window, select Maya Software from the Render Using drop-down list. 3. In the Render Settings window, select the Maya Software tab. 4. In the Anti-aliasing Quality section, select Production quality from the Quality drop-down list. 15

16 Close the Render Settings window. Εκτός απο το IPR υπάρχουν και άλλες τεχνικές που θεωρούνται βέλτιστες σε άλλες περιπτώσεις και χρησιµοποιούνται για µια πληθώρα εφαρµογών και πολύπλοκων σκηνών. Είναι το Batch rendering, Hardware rendering και το Rendering in layers. 4. Baking textures & prelighting Σε µια συνηθισµένη σκηνή κάνουµε shading,texturing,lighting & στη συνέχεια rendering.aντί αυτού µπορούµε να κάνουµε pre-render materials, textures & illumination σε µια διαδικασία που ονοµάζεται baking ή prelighting. Το Baking "παγώνει" το illumination αλλά και το χρώµα ή τις σκιές των αντικειµένων που θέλουµε & το αποθηκεύει σε ένα image file (όταν κάνουµε baking σε textures) ή σε data (όταν κάνουµε bake σε vertices).μετά το baking των αντικειµένων που κάναµε µπορούµε να απλοποιήσουµε τη σκηνή µας αφαιρώντας lights, materials, & textures (shading networks) που σχετίζονταν µε αυτά. Ο renderer τώρα δεν θα υπολογίσει το illumination realtime αλλά θα το τραβήξει αµέσως από το image file του baking κερδίζοντας έτσι σηµαντικό render time. Mερικοί λόγοι που κάνουµε Baking: 1)Nα επιταχύνουµε χρονικά processor-intensive renders,ειδικά για περίπλοκα shading networks ή όταν στο mental ray του Maya το global illumination είναι ενεργοποιηµένο. 2)Για να βελτιώσουµε renders που σχετίζονται µε game rendering engines. 3)Για να δηµιουργήσουµε lighting effects που είναι δύσκολο να γίνουν µε άλλο τρόπο. 4)Για να κάνουµε Export σε πλατφόρµα που δεν υποστηρίζει συγκεκριµένα shading effects.μερικά graphic APIs δεν υποστηρίζουν παρά συγκεκριµένο αριθµό lights & µερικές πλατφόρµες περιορισµένη texture memory οπότε κάνοντας baking τα effects των lights & textures στη γεωµετρία,τότε αυτά µπορούν να αφαιρεθούν από τη σκηνή. Baking to Textures 16

17 Οταν κάνουµε baking σε textures το image file που δηµιουργείται ονοµάζεται light map και αποθηκεύεται στο εξής σηµείο : C:\Documents and Settings\name\My Documents\maya\projects\project name\renderdata\mentalray και περιέχει material(s),texture(s), & illumination των αντικειµένων.οι τύποι αρχείων που µπορούµε να διαλέξουµε για το light map είναι οι εξής: Alias Pix (als),cineon (cin),dds (dds),eps (eps),gif (gif),jpeg (jpg),maya IFF (iff),psd (psd),png (png),rla (rla),sgi (sgi),avid Softimage (pic),targa (Tga),Tiff (tif),tiff16 (tif),windows Bitmap (bmp),sony Playstation (tim) Ακολουθεί το light map που δηµιούργησα για το επόµενο παράδειγµα. Baking to Vertices Σε αυτή την περίπτωση αυτόµατα δηµιουργούνται data που αποθηκεύονται στα polygon mesh s vertex colors. Επίσης έχουµε 2 επιλογές για αποθήκευση σε α)color-pervertex β)displacement της θέσης των vertex. Στην 1η περίπτωση αποθηκεύονται & τα RGB color & alpha 17

18 (transparency) και στη 2η,η θέση των vertex καθορίζεται από τις τιµές RGB(XYZ) και το displacement από το alpha channel εφόσον έχουµε RGBA. Στo Maya η όλη διαδικασία ονοµάζεται "Convert to File texture" 1. Shift-pick the object in the view and then the material swatch in Hypershade. 2. Select Edit > Convert to File Texture in Hypershade. 3. Or, open the options window and adjust the options, then click "Convert Texture". Bake vertices with mental ray for Maya Select the objects for which you want to bake vertices. Do either of the following: In the Rendering menu set, click Lighting/Shading > Batch Bake > opt.in the Modeling menu set, click Edit Polygons > Color > Polygon Prelight (mental ray) > opt. Adjust any attributes, then click Convert and Close or Convert. 18

19 Στη φωτό του παραδείγµατος έχω κάνει την δεξιά σφαίρα baking µε διαφορετικά lights και µετά τα διέγραψα.στη συνέχεια έκανα την διπλανή της baking µε άλλα lights(και πάλι τα διέγραψα µετά) και στις υπόλοιπες τρεις άφησα το default lighting.eτσι πέτυχα τρεις διαφορετικούς φωτισµούς χωρίς στο τελος να έχω όλα αυτά τα lights µαζί και να µου βαραίνουν το τελικό rendering. 4.1 Bake-Sets Tα bake-sets είναι χρήσιµα σε όσους θέλους να έχουν πολύπλοκα baking & λεπτοµερή έλεγχο αυτών.- Μπορούµε να 19

20 έχουµε διαφορετικές ρυθµίσεις για διαφορετικά objects και να τα κάνουµε baking όλα µαζί.- Να κάνουµε διάφορα γκρουπ µε objects που θα έχουν το ίδιο baking και στο τέλος να κάνουµε baking όλα τα γκρουπ µαζί. - Να κάνουµε override διάφορες ρυθµίσεις (πχ για πειραµατισµό) ενός baking και µετά να αποθηκεύσουµε τις αλλαγές ως ένα νέο user preset ώστε να µην αλλοιώσουµε το πρώτο. Μια σκηνή στο Maya µπορεί να έχει πολλά & διαφορετικά bake-sets τα οποία είναι δυο ειδών: 1)Vertex bake-sets 2)Texture bake-sets. To πρώτο αφορά polygon objects και το δεύτερο polygon & nurbs objects. 4.2 ηµιουργία Bake-Set 1)Eπιλέγουµε το object(s) στη σκηνή µας 2)Click Light/Shading > Assign New Bake-Set > Texture Bake-set (to create a Texture bake-set) or Vertex Bake- Set (to create a Vertex bake-set), ή 3) Right click the object, then select Baking > Assign New Bake-Set > Texture Bake-set or Vertex Bake-Set. Οι επιλογές του bake-set εµφανίζονται αµέσως στον Attribute editor όπου κάνουµε τις ρυθµίσεις που θέλουµε. Αν θέλουµε να επιλέξουµε ένα bake-set χωρίς να επιλέξουµε τα objects,αυτό γίνεται µέσα από το hypershade και το tab "Bake-sets" Ένας ακόµη τρόπος είναι κάνοντας Right click the object, then select Baking > Assign New Bake-Set > Texture Bakeset or Vertex Bake-Set. 20

21 Πρόσθεση objects σε υπάρχον bake-set Οι τρόποι είναι αρκετοί και είναι οι παρακάτω: - Lighting/Shading menu > Assign Existing Bake-Set > then choose fro_m the list of existing bake-sets. - Right-click the bake-set node in the Hypershade, then click Assign Selection to Bake Set. - Right-click the object, then select Baking > Assign Existing Bake-Set > then select the Bake-Set. - Use the MEL command. For example: sets add mybakeset nurbssphere2; - Χρησιµοποιώντας το Relationship Editor 21

22 4.3 TIPS FOR BAKING - Selecting a surface (A) and baking it, then selecting another surface (B) and baking it is not the same as selecting two surfaces (A and B) and baking them together. This is more noticeable with global illumination, where objects bounce and absorb the light of other objects in a scene. Once an object is baked it s assigned a surface shader and it no longer reflects light within the scene. - When baking light maps using mental ray some of the built-in texture filtering features in Maya can be of great help. For example, when a texture bake operation has been performed, go to the File Texture node in the shader network (by default connected to the outcolor channel of the assigned SurfaceShader) and under the Effects tab in the Attribute Editor adjust interactively using the Filter and Filter Offset controls (the Filter Offset control is very sensitive and is effective with values in the 0.05 range) to get the required smoothness. This may then be converted to an unfiltered texture by using the ConvertToFileTexture procedure. - Preventing swimming animation This operation can be useful if you want to prevent an animated object fro_m swimming through a 3D texture. If a 22

23 procedural texture is very noisy and appears to shift and swim during an animation, try increasing the Filter and/or Filter Offset values to try to achieve a slightly blurred effect and to reduce the sharpness that causes the swimming. You can also try increasing the Shading Samples as a last resort. 5. Αλληλεπίδραση Φόντου και αντικειµένων Οταν θέλουµε backgroung για τη σκηνή µας στο Maya συνήθως κάνουµε ένα rendering χωρίς φόντο(µαύρο) και µετά εισάγουµε το αρχείο σε µια άλλη εφαρµογή (πχ Photoshop) & το δηµιουργουµε εκεί µε εισαγωγή φωτογραφίας ή ζωγραφίζοντας. Αν θέλουµε να γίνει το φόντο µέσα στο Maya και να περιλαµβάνει ένα αρχείο image τότε δηµιουργούµε ένα image plane για την κάµερα που πρόκειται να γίνει το rendering.(view>>>camera attribute editor>>>enviroment>>>create(image plane).αν θέλουµε για φόντο απλά ένα χρώµα τότε το διαλέγουµε µέσω του color chooser που έχει στο "Enviroment" tab.to αρχείο που πρόκειται να εισάγουµε στο image plane µπορεί να είναι µια φωτογραφία,µια ακολουθία φωτογραφιών( image sequence) ή ένα movie file. Σκοπός του tutorial είναι δείξει µε ποια µέθοδο µπορούν να γίνουν τα εξής: το φόντο να δηµιουργεί αντανακλάσεις στα µοντέλα,τα µοντέλα να αντανακλώνται στο φόντο,να µετακινούµε ένα µοντέλο πίσω ή µέσα στο φόντο,να δηµιουργούµε σκιές στα αντικείµενα. 1) ηµιουργήστε ένα φόντο µε το image file που θέλετε στην κάµερα που πρόκειται να γίνει το render.2)mε βάση το φόντο δηµιουργήστε επιφάνειες (stand-ins) για τα αντικείµενα της φωτογραφίας που θέλετε να αλληλεπιδράσουν µε τα αντικείµενα της σκηνής.aν για παράδειγµα θέλουµε ένα από τα µοντέλα της σκηνής να δηµιουργεί αντανακλάσεις στο πάτωµα της φωτογραφίας που βάλαµε για φόντο, τότε δηµιουργούµε ένα plane σαν stand-in στο κατάλληλο σηµείο. 3)Scale & position τα stand-ins ώστε να βρίσκονται πάνω στα σωστά σηµεία του φόντου.4)στο Hypershade υπάρχει ένα ειδικό material µε το όνοµα "Use Background" το οποίο θα κάνουµε assign στα stand-ins surfaces τα οποία πρέπει να έχουν το ίδιο χρώµα µε τα αντικείµενα της φωτό που προορίζονται. 23

24 5)Μπορείτε τώρα να µετακινήσετε µοντέλα της σκηνής πίσω από τα stand-ins και αυτά να δείχνουν ότι είναι πίσω από αντικείµενα της φωτογραφίας του φόντου αλλά και να δηµιουργούν αντανακλάσεις & σκιές.(πρέπει να έχετε τσεκάρει τα " visible in reflections" & "cast shadows" στo attr. editor των stand-ins) 24

25 Στο παράδειγµα που δείχνουν οι φωτό κάναµε το human model να βρίσκεται πίσω από την µηχανή και το αριστερό του χέρι από εµπρός. Στις παρακάτω φωτό κάναµε µια κολόνα να φαίνεται ότι βρίσκεται µέσα στο background και να δηµιουργεί σκιά στον δρόµο. 25

26 Για λεπτοµερείς αντανακλάσεις αντικειµένων του φόντου πάνω στα 3D models της σκηνής κάνουµε τα ακόλουθα: 1)Αssign blinn ή phong material στα stand-ins (δεν χρησιµοποιούµε το "Use Background" material). 2)Στο Attr. editor του material,πατάµε το εικονίδιο για mapping.στο παράθυρο "Create render node" επιλέγουµε "As projection" και µετά "File". 26

27 3)Στo Attr. editor του render node που δηµιουργήσαµε πριν λίγο βάζουµε στο µενου projection >>>Projection attributes>>>proj type=perspective.στο µενού "file" >>>image name>>>button επιλέγουµε τη φωτογραφία(image file) του φόντου.επιστρέφουµε στο µενού "projection"και στο tab "Camera projection attributes" στo slider "Link to camera" επιλέγουµε την κάµερα στην οποία είχαµε τοποθετήσει το background αρχικά(αν έχουµε µόνο µια κάµερα στην σκηνή µας(την default) θα υπάρχει µια επιλογή στη λίστα).με αυτόν τον τρόπο τα stand-in surfaces έχουν το ίδιο χρώµα µε τα αντικείµενα του φόντου που αντιπροσωπεύουν και τα 3d models της σκηνής αντανακλούν τα αντικείµενα του φόντου. Τα stand-ins τέλος, πρέπει να φωτιστούν κατάλληλα για πλήρως ρεαλιστική απεικόνιση. Αναφορές INTRODUCING MAYA 8: 3D FOR BEGINNERS ΒΥ DARIUSH DERAKHSHANI ADVANCED MAYA TEXTURING AND RENDERING BY LEE LANIER MAYA PROFESSIONAL TIPS AND TECHNIQUES BY LEE LANIER