Моделирование физических явлений и динамики в программном продукте Autodesk 3ds max
, (НОЦ НИТ НГТУ)
С помощью 3ds max можно просчитывать анимацию объектов, которая будет подчиняться законам физики. При этом в настройках объектов указываются их физические свойства, на основе которых происходит просчет их поведения и взаимодействия. Просчет таких сложных сцен происходит с использованием модуля reactor. Он предназначен для расчета и моделирования физических взаимодействий. В отличие от традиционной анимации, при которой необходимо вручную создавать состояния объектов в ключевых кадрах, модуль reactor определяет движения объектов, базируясь на их свойствах. Это позволяет освободить пользователя 3ds max от монотонной работы по созданию множества ключевых кадров.
Модуль reactor позволяет:
ü имитировать визуально правдоподобные взаимодействия трехмерных тел с учетом таких воображаемых физических свойств объектов, как масса, упругость, жесткость, коэффициент трения и т. п., а также действия на объекты таких сил, как тяжесть, ветровое давление, сопротивление воздуха, вращающий момент, архимедова сила и т. п.;
ü учитывать начальные условия движения тел, заданные средствами традиционной анимации, на момент начала имитационных расчетов, то есть обеспечивать стыковку традиционной анимации с имитацией модуля reactor;
ü предварительно просматривать созданную анимацию в специальном окне, обладающем интерактивными возможностями;
ü автоматически генерировать ключи анимации для объектов трехмерной сцены, после чего можно просматривать готовую анимацию в окнах проекций или выполнить ее визуализацию стандартными средствами 3ds max.
Если сцена содержит большое количество анимированных объектов, то установить для каждого из них свой набор ключевых кадров очень сложно. Поскольку подбор значений анимированных параметров в каждом из ключевых кадров производится методом проб и ошибок, на подгонку такой сцены уйдет очень много времени.
Чтобы понять, насколько это может быть сложно, приведем пример. Допустим, требуется создать простую сцену, в которой мячик падает на пол. В реальной жизни мяч несколько раз подпрыгнет, причем каждый следующий раз он будет подскакивать все ниже. Если вы решите делать такую сцену при помощи ключевых кадров, вам придется потратить большое количество времени. Во-первых, необходимо точно вычислить промежутки времени между ключевыми кадрами, а во-вторых, потребуется подобрать положение мячика относительно пола в каждом ключевом кадре. Согласитесь, задание не из легких! Заметьте, что сцена очень проста, и объектов в ней только два. Если же представить сцену, в которой, например, таких мячиков более 10, и каждый из них находится на разной высоте от земли, то создание анимации с расстановкой ключевых кадров вручную покажется непосильной задачей. В то же время, используя модуль reactor, эту сцену можно просчитать за несколько секунд, причем все ключевые кадры будут созданы автоматически, практически без участия пользователя.
При помощи модуля reactor можно просчитать поведение тел при взаимодействии, имитацию водной поверхности, материи и многое другое. В ранних версиях 3ds max reactor, как и некоторые другие модули, был подключаемым модулем, однако, начиная с 3ds max 5, он входит в стандартную поставку программы.
В 3ds max 8 используется вторая версия модуля reactor. Он полностью интегрирован в 3ds max 8 - в левой части экрана расположена панель с настройками модуля (рис. 1).
Рис. 1. Панель модуля reactor.
Создание сцены при помощи reactor 2 можно условно разделить на несколько этапов.
1. Создание сцены 3ds max 8.
2. Установка физических параметров каждого объекта, включенного в сцену, при помощи свитка настроек Properties (Свойства) утилиты reactor 2.
3. Объединение объектов в группы.
4. Создание конструкции из компонентов сцены.
5. Анализ и просчет готовой сцены.
Модуль reactor 2 может работать со следующими группами объектов: Rigid Bodies (Твердые тела), Soft Bodies (Гибкие тела), Rope (Веревка), Deforming Mesh (Деформируемые поверхности), Constraints (Конструкции), Actions (Воздействия) и Water (Вода). Эти группы с сокращенными названиями также находятся в категории Helpers (Вспомогательные объекты) и Space Warps (Объемные деформации) вкладки Create (Создание) командной панели в группе объектов reactor (рис. 2).
Рис. 2. Группа объектов reactor.
При имитации движения объектов, связанных между собой, применяются Constraints (Конструкции). В модуле используются разные типы конструкций, наиболее интересными из которых являются Cooperative Constraints (Объединенные конструкции).
В их числе:
Rag Doll Constraints (Ограничение куклы) - поворот тел на угол, не превышающий заданное значение (примером данной конструкции может служить плечевой сустав);
Hinge Constraints (Ограничение поворота) - движение одного объекта относительно другого вокруг заданной оси (например, локтевой сустав руки и колено);
Prismatic Constraints (Призматическое ограничение) - поступательное движение, подобное тем, которое осуществляют роботы и другие механизмы;
Car-Wheel Constraints (Ограничение колеса) - симуляция поведения колес транспортного средства.
Модуль reactor 2 может хранить данные относительно взаимодействий всех объектов Rigid Bodies (Твердые тела), которые происходили в процессе просчета. Эта информация запоминается, ее можно просмотреть, используя язык сценариев MAXScript. Для этого перед просчетом в свитке Collision (Информация о взаимодействиях) настроек модуля reactor 2 необходимо установить переключатель Store Collision (Сохранять информацию о взаимодействиях) в положение Always Store (Всегда сохранять), а после просчета нажать кнопку View (Показать), откроется окно. Информацию о взаимодействиях также можно сохранить в текстовом файле. Он будет содержать данные о скорости движения тел, координатах точек взаимодействий и др.
Таким образом, с помощью модуля reactor можно смоделировать следующие физические явления и динамические ситуации:
|
|
Рис.3. Динамика ткани. | |
|
|
Рис.4. Динамика веревок/канатов. | |
|
|
Рис.5. Динамика жидкостей. | |
|
|
Рис.6. Динамика твердых тел. |
Литература.
1. , 3ds max 9. Библия пользователя.- СПб:Питер, 2008. - 608с.: ил.
2. , , 3ds Max 8 на 100%. - СПб:Питер, 2006. - 416с.: ил.
3. Верстак в 3ds Max9. Секреты мастерства. - СПб:Питер, 2008.
