Компьютерный дизайн художественных изделий в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

О. И. Бражникова

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН 

ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ 

В ПРОГРАММАХ AUTODESK 3DS MAX 

И RHINOCEROS

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методическим советом УрФУ

для студентов очной формы обучения бакалавриата

29.03.04 — Технология художественной обработки материалов

Екатеринбург

Издательство Уральского университета

2016

УДК 004.925.83:7.012
ББК 32.972я73+37.277.2-022я73
          Б87

Рецензенты:
Е. В. Денисова — доц. кафедры художественного проектирования 

и теории творчества Уральского гос. горного ун-та;

М. Н. Поспелова — директор АНО ДПО «Уральский ювелирный 

центр»

Научный редактор — канд. техн. наук, доц., завкафедрой «Технологии 
художественной обработки материалов» И. А. Груздева

Б87

Бражникова, О. И.
Компьютерный дизайн художественных изделий в программах 
Autodesk 3DS Max и Rhinoceros : учебно-методическое 
пособие / О. И. Бражникова. — Екатеринбург : Изд-во Урал.  
ун-та, 2016. — 100 с.

ISBN 978-5-7996-1788-2

В учебно-методическом пособии «Компьютерный дизайн художественных 
изделий в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros» представлены 
пошаговые рекомендации по использованию программ Autodesk 3DS 
Max и Rhinoceros в художественном проектировании ювелирных изделий. 
Рассматриваются основные теоретические аспекты освоения навыков 
3D-моделирования, а также инструменты, с помощью которых можно выполнить 
различные виды моделирования.

Рекомендовано к изучению студентами бакалавриата направления 

29.03.04 — Технология художественной обработки материалов и других направлений 
подготовки, желающими овладеть навыками работы в программах 
Autodesk 3DS Max и Rhinoceros.

Библиогр.: 6 назв. Табл. 1. Рис. 114.

УДК 004.925.83:7.012
ББК 32.972я73+37.277.2-022я73

ISBN 978-5-7996-1788-2
© Уральский федеральный  
     университет, 2016

Введение

3D-графика, или трехмерная графика, — это один из разделов компьютерной 
графики, комплекс приемов и инструментов, которые 
позволяют создать объемные объекты при помощи формы и цвета. 
От двухмерных изображений она отличается тем, что подразумевает 
построение геометрической проекции трехмерной модели сцены (вир-
туального пространства) на плоскость. Полученная модель может соот-
ветствовать объектам реального мира или быть целиком абстрактной.

В учебно-методическом пособии «Компьютерный дизайн худо-

жественных изделий в программах Autodesk 3DS Max и Rhinoceros» 
рассматривается применение сразу двух замечательных программ 
трехмерной графики при создании творческих и технических работ. 
Пособие предназначено для студентов направления технологии ху-
дожественной обработки материалов, а также для желающих освоить 
мир 3D-моделирования. Издание рассчитано на элементарное владе-
ние компьютером, а также понимание геометрии тел и художествен-
ный вкус.

Программное обеспечение 3DS Max, рассмотренное в первой ча-

сти пособия, как средство 3D-моделирования, анимации и визуали-
зации ускоряет процессы адаптации, совместной работы и создания 
3D-компонентов. В нем представлены новейшие функции, создан-
ные по запросам пользователей, а также расширенные возможности 
для специалистов в области проектирования и анимации. Трехмерная 
компьютерная графика этого типа широко используется в кино, ком-
пьютерных играх, физике, строительстве, медицине, в графическом, 
промышленном и ювелирном дизайне.

Программа Rhinoceros, рассмотренная во второй части, — мощный 

и легкий в использовании пакет NURBS-моделирования, предназна-
ченный специально для дизайнеров, желающих построить высокока-
чественные 3D-модели.

ГЛАВА 1. Принципы 

моделирования в программе 

Autodesk 3DS Max

Общее описание процесса моделирования

В результате работы программы создаются статические сцены, со-

стоящие из определенного набора геометрических объектов (плоских 
и объемных), которые являются трехмерными, то есть описываются 
тремя координатами. Упрощенно эти координаты (X, Y, Z) можно на-
звать длиной, шириной и высотой. Четвертое измерение — время — 
присутствует только в динамических сценах или сценах, использующих 
анимацию (оживление). Наиболее характерный пример статической 
сцены — трехмерная модель архитектурного объекта, динамической — 
демонстрация работы автомобильного двигателя. Любая сцена фор-
мируется с использованием стандартного алгоритма, который в об-
щих чертах может быть описан следующим образом:

1) создание геометрии;
2) отладка источников света, съемочных камер и материалов;
3) настройка анимации;
4) визуализация.
Конечным результатом, завершающим работу над статической трех-

мерной сценой, является графический файл изображения либо файл для 
прототипирования. Динамическая сцена дает на выходе набор изобра-
жений или анимационную последовательность, где каждый кадр отра-
жает изменения, происходившие с объектами сцены. Результаты визуа-
лизации могут быть перенесены на бумагу, пленку, ткань или записаны 
на CD-диск и т. д. Кратко остановимся на основных пунктах алгоритма 
работы по созданию, отладке и визуализации трехмерной сцены.

Общее описание процесса моделирования

Создание геометрии или моделирование

Первоначальный и один из основных этапов работы, характери-

зующийся требованиями значительных навыков и знаний основных 
команд и инструментов среды Мах. Причем учитывается именно ге-
ометрия тел, а не их физические свойства или взаимодействия — эти 
понятия лишь имитируются. Осваивая работу по моделированию сце-
ны, можно убедиться, что объем первоначальных знаний доступен для 
запоминания любым начинающим пользователям, и конечный резуль-
тат может быть достигнут довольно быстро.

Источники света. Съемочные камеры. Материалы

Настройка визуальных характеристик сцены будет продолжением 

работы над трехмерной сценой. Цвета и фактура объектов моделиро-
вания, яркость и тон основного и вспомогательного освещения, на-
личие рефлексных источников света, глубина и резкость теней и мно-
гие другие параметры задаются при помощи специальных служебных 
объектов — источников света, а съемочные камеры управляют круп-
ностью кадра, перспективой, углом зрения и поворота и т. д. Кроме 
того, высота точки расположения наблюдателя регулирует так назы-
ваемый «эффект присутствия»: вид с высоты «птичьего полета» или 
человеческого роста сразу задает «настроение» зрителю. Реальность 
получаемого итогового изображения в значительной степени зави-
сит от используемых материалов и примененных в них текстурных 
карт — изображений, имитирующих фактуру дерева, камня, водной 
поверхности и т. п. Многочисленные параметры редактора материа-
лов дают неограниченные возможности в отладке и настройке фото-
реалистичности сцены, приближению ее изображений к натуральности 
реального мира.

Анимация

При моделировании динамических сцен механизм управления движением 
как отдельных объектов, так и целых потоков и групп позволяет 
добиваться реалистичности, приближающей моделированную 
имитацию к реальным съемочным кадрам, получаемым видеокамерой. 
Такие параметры, как замедление и ускорение, циклы и повторы, 
масштабирование временных промежутков и некоторые другие 
позволяют пользователю гибко управлять анимацией.

Глава 1. ПринциПы моделирования в ПроГрамме Autodesk 3ds mAx

Визуализация

Визуализация, или рендеринг, — финальный этап, заключающийся 

в настройке параметров, регулирующих качество получаемого изображения, 
формат и тип генерируемых кадров, добавление специальных 
эффектов (сияния, отражений и бликов в линзах камер, размытия резкости, 
смазанности при быстром движении, тумана и многого другого). 
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель 
превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать 
фильм, то рендерится последовательность таких кадров. Как структура 
данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая 
точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью 
красного, синего и зеленого цвета. Таким образом, рендеринг преобразует 
трехмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. 
Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если 
требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендерин-
га — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью 
проекции. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию материалов, 
из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения 
этих объектов за счет прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

Особенности 3D-моделирования ювелирных изделий

Ювелирное производство не стоит на месте, и технология 

3D-моделирования заняла прочное место среди проверенных временем 
приемов. Плюсы 3D-моделирования очевидны:

1) скорость изготовления как эскиза, так и самого изделия;
2) возможность сделать множество версий эскизов одного изделия 
для правильного выбора;

3) возможность осмотреть изделие со всех сторон и согласовать 

его внешний вид до воплощения в металле;

4) определение достаточно точного веса будущих изделий и коли-

чества камней;

5) удешевление производства сложных изделий.
Конечно, изготовление ювелирных изделий на заказ не обходится од-

ними машинными технологиями: красивое, аккуратно сделанное укра-
шение обязательно должно пройти через руки ювелира, но при этом 
3D-моделирование является мощным инструментом в руках опытного ма-
стера и качественно дополняет веками зарекомендовавшие себя технологии.

Знакомство с интерфейсом программы

Эскизы ювелирных работ, выполненные в графических пакетах, по-

добных 3DS Max, носят технологический характер. Огромный плюс 
этой технологии в том, чтобы увидеть будущее изделие в правильных 
пропорциях, посмотреть на него со всех сторон. Также это возможность 
изготовить макет в натуральную величину, используя 3D-принтеры, 
и возможность быстро сделать большое количество заготовок для от-
лива всей серии изделия из металла.

Но 3D-моделирование, имея столь яркие достоинства, не имеет се-

годня широкого распространения. Технологические новшества вне-
дряются быстро только тогда, когда в результате их внедрения удает-
ся избавиться от дорогостоящего эксклюзивного труда и переложить 
все рутинные операции на машины.

Знакомство с интерфейсом программы

Общий вид окна программы представлен на рис. 1. Внимательно 

прочитайте названия основных элементов интерфейса и запомните 
словосочетания, указанные в выносках, потому что они будут исполь-
зоваться в дальнейшем.

Рис. 1. Общий вид окна программы

Глава 1. ПринциПы моделирования в ПроГрамме Autodesk 3ds mAx

Настройка панелей инструментов

Панели можно перемещать по рабочей области 3DS Max. Для это-

го следует навести маркер мыши на серую вертикальную полосу в на-
чале панели и, удерживая нажатой левую кнопку мыши, передвинуть 
панель.

Чтобы увидеть список всех имеющихся панелей, щелкните правой 

кнопкой мыши по пустому месту любой панели. В открывшемся спи-
ске галочками отмечены те панели, которые видны на экране.

Для того чтобы сохранить настроенный интерфейс, выберите в глав-

ном меню команду Customize — Save Custom UI Scheme и введите на-
звание для вашего интерфейса, например, My.ui.

Для загрузки нужного интерфейса выберите в главном меню коман-

ду Customize — Load Custom UI Scheme.

Чтобы вернуть интерфейс, который был у программы при установ-

ке, выберите в главном меню команду Customize — Load Custom UI 
Scheme и выберите файл DefaultUI.ui.

Основные кнопки панели инструментов

Для работы с объектами в 3DS Max есть множество инструмен-

тов, расположенных на специальной панели. Для начала остановим-
ся на основных из них.

Edit — отмена, возврат, перемещение (команды копируются на па-

нель инструментов).

Tools — инструменты, позволяют управлять количеством и поло-

жением объектов (выравнивание, массив).

Group — группировка объектов (присоединить, отделить).
Views — вид, позволяет управлять отображением сцены в окнах про-

екции.

Create — создание, дублируется в командной строке (простые 

и сложные примитивы, составные объекты, камеры, источники света).

Modifiers — назначать объектам сцены действия, изменяющие объ-

екты.

Character — персонаж, позволяет создавать группы.
Reactor — меню для анимации.
Animation — меню анимации.
Graf Editors — графический редактор, заметки относительно сцены.
Rendering — визуализация, настройки визуализации.

Знакомство с интерфейсом программы

Customize — настройка пользовательского интерфейса.
MAXScript — для создания сценариев.

Вкладки командной панели

В правой части экрана программы расположена командная панель. 

С ее помощью можно создавать объекты, изменять их параметры, применять 
модификаторы и прочие команды.

5 вкладок командной панели:

Create — создание;

 Modifi — изменение;

Hierarchi — иерархия;

Motion — движение;

Display — отображение;

Utilites — сервис.

Меню для создания основных объектов сцены (вкладка Create)

Когда нам нужно создать какой-либо объект (линию, твердое тело 

или источник света), воспользуемся вкладкой Create (создание). Основные 
разделы этой вкладки:

Geometry — трехмерные примитивы;

Shape — формы, двухмерные кривые и текст;

Lights — источники света, освещение;

Cameras — камеры;

Helpers — вспомогательные объекты, рулетки, сетки;

Spase Warps — объемные деформации;

Sistems — дополнительные инструменты.

Глава 1. ПринциПы моделирования в ПроГрамме Autodesk 3ds mAx

Окна проекций

Настройка окон проекций включает в себя как специальную панель 
с кнопками, находящуюся в правой нижней части экрана, так 
и контекстное меню окна проекции, которое можно вызвать, щелкнув 
правой кнопкой мышки по названию окна проекции. Основным инструментом 
управления является специальное меню, расположенное 
в нижнем правом углу окна 3DS Мax.

Меню управления вида в окнах проекции

Zoom — приближение и удаление сцен. Изменяет масштаб в одном 
окне.

Zoom all — работает аналогично простой лупе, но во всех окнах 
сразу.

Zoom Extents — сцена целиком. Подбирает оптимальный масштаб 
просмотра в выбранном окне, при котором видна вся сцена.

Zoom Extents All — сцена целиком во всех проекциях. Подбирает 
оптимальный масштаб просмотра во всех окнах сразу.

Field of View — угол обзора. Меняет угол обзора в перспективе, 

не может работать в плоских проекциях.

Pan View — предназначена для сдвига изображения в проекции 

(колесо прокрутки мыши).

Orbit — поворот проекции. Позволяет повернуть изображение 

в окне под нужным углом. Не работает в плоских проекциях.

Maximize Viewport Toggle — позволяет развернуть проекцию 

на весь экран.

Контекстное меню видового окна

У каждого окна проекции имеется специальное меню, предназначенное 
для настройки данного окна. Для получения доступа к этому 
меню необходимо щелкнуть правой кнопкой мышки по названию 
окна проекции. Кроме выбора видовых окон проекций можно пере-