Принципы работы 3DMAX

С нарастанием мощностей центральных и графических процессоров стало возможным эффективное использование современных PC для создания и обработки трехмерной графики. Широко распространенных программ трехмерного моделирования довольно много, однако в России наибольшее распространение получила 3D Studio MAX. Данный материал рассчитан на опытных пользователей 3DMAX, однако он будет понятен и широкой аудитории. Специально для тех, кто еще не работал в 3DMAX, но всерьез собирается заняться трехмерным дизайном на PC, я включил в статью пояснение некоторых необходимых принципов работы 3DMAX.

Использование программы трехмерного моделирования очень сходно со съемкой с помощью видеокамеры пространства, полного сконструированными вами объектами. Создание собственного проекта в программах трехмерного моделирования и в частности, в 3DMAX, начинается с построения базовой геометрии и необходимого модифицирования этой геометрии. Всю работу по созданию, расположению и модифицированию объектов, дизайнер основную часть времени проводит в так называемых окнах проекции (Viewports):

Интерфейс 3DMAX

3DMAX позволяет смоделировать практически все, что угодно путем использования разнообразных базовых объектов, таких как кубы, сферы, цилиндры и конусы и их редактирования:

Базовые примитивы

Например, геометрия этого фотоаппарата состоит только из модифицированных “базовых” объектов:

Геометрия модели фотоаппарата

После построения геометрических объектов и должного их размещения к ним можно применять “материалы”, или, другими словами, накладывать на геометрию текстуры, которые представлены в окнах проекции весьма схематично, так как “качество отображения” текстур также “оптимизировано” для большей скорости:

Модель фотоаппарата с наложенными текстурами

Вообще же, текстуры в окнах проекции 3DMAX не закачиваются в полном объеме, а отображаются в виде миниатюр, размер которых регулируется с 128х128 до 1024х1024 пикселов.
И только после необходимой настройки и доводки всей сцены производится окончательная визуализация силами исключительно центрального процессора. Причем качество софтверного “чистового” визуализатора намного лучше получаемого в окнах проекции с помощью ускорителя. Объясняется это очень просто – ни один современный ускоритель не поддерживает столько эффектов, сколько требуется, при сохранении нормального fps, поэтому приходится мириться с медленным, но красивым софтверным рендерингом. Конечно “fps” окончательной визуализации очень мал - некоторые кадры сложных сцен могут обсчитываться часами, но в этом случае скорость не столь важна, как в случае работы в окнах проекции – при окончательной визуализации анимации намного важнее качество. Тем более на этом этапе вмешательство человека не требуется, и компьютер можно оставить считать окончательно смоделированный проект, например, на ночь:

Скриншот финального рендеринга

Совершенно необходимо понимать, что работа дизайнера по созданию проекта производится в окнах проекции, и уровень fps, обеспечиваемый видеокартой влияет только на комфортность работы дизайнера и совершенно не влияет на результат окончательного рендеринга, который производится силами CPU после полного конструирования сцены.

В 3DMAX от видеокарты требуется в первую очередь быстрая обработка сложной геометрии, так как количество полигонов в проекте средней сложности больше количество полигонов среднего уровня Quake3 на несколько порядков.

Сотни тысяч полигонов в одной сцене

То есть, основная нагрузка при отображении сцены в окнах проекции ложится на блок обработки геометрии, и скорость видеокарты определяет мощность этого блока и частота видеопроцессора. Как и отмечалось выше, наложение всех текстур, освещения и эффектов, то есть окончательный рендеринг производится после окончания проекта силами CPU и не имеет к текущему обзору никакого отношения.
В играх же основные вычислительные мощности тратятся на обработку больших текстур и наложение на эти текстуры эффектов, количество же полигонов в современных играх очень мало.
Поэтому в играх так важно количество конвейеров и текстурных модулей.
Таким образом, нагрузка видеокарты при работе в 3DMAX кардинальным образом отличается от нагрузки видеокарты в играх. Другими словами, в играх идет упор на качество изображения, а в 3DMAX на скорость обновления окон проекции.

С одной стороны 3DMAX предъявляет чрезвычайно высокие требования к скорости обработки сложной геометрии в окнах проекции. С другой стороны, при окончательной “доводке” проекта необоримо желание просмотреть всю сцену целиком не только в “каркасном режиме”, но и с наложенными текстурами и освещением, что может катастрофически снижать fps даже на самых мощных видеокартах. Поэтому для регулирования соотношения “скорость-качество”, создатели предусмотрели несколько градаций методов рендеринга (Rendering Method) окон проекции. Поскольку эта статья не посвящена обзору самого 3DMAX, я приведу только основные методы рендеринга окон проекции по возрастанию качества. Понимание различных методов рендеринга, своего рода, различных методов детализации изображения, необходимо для правильного представления условий тестирования.
 

Bounding Box:

Cамый быстрый, но и наименее качественный метод.

Сцена в режиме Bounding Box

На самом деле ни о каком “качестве” при просмотре окон проекции при этом методе говорить не приходится – все объекты представлены в виде ограничивающих их прямоугольников. Этот метод можно использовать разве что только для просмотра очень большой сцены при очень слабой видеоплате. Ни о каком редактировании объектов, само собой речи не идет.
 

Wireframe:

“Проволочный” или “каркасный” метод. При использовании этого метода отображаются только ребра полигонов, и объекты похожи на “проволочные модели”.

Сцена в режиме Wireframe

Из-за того, что можно максимально “прозрачно” видеть все “внутренности” и “обратные стороны” объектов, этот метод широко используется для модификации геометрии.
 

Facets:

При этом методе рендеринга в окнах проекции отображаются только сами полигоны.

Сцена в режиме Facets

Этот метод является “переходным” между методами Wireframe и Smooth и является компромиссом скорости и качества между ними.
 

Метод рендеринга “со сглаживанием”. При этом методе видеокарта “сглаживает” острые грани объектов и накладывает освещение от источников света.

Сцена в режиме Smooth+Highlights

Этот метод широко используется для наложения и подгонки текстур на объекты.
Важно понимать, что одновременно разным окнам проекции можно “выставить” разные методы рендеринга:

Четыре окна проекции одновременно

Чтобы показать, насколько сильно отличается “самое лучшее” качество рендеринга силами видеокарты от качества “окончательного” рендеринга силами CPU, я приведу скриншот “окончательного” рендеринга этой сцены:

Качество финального рендеринга

Этот пример еще раз демонстрирует то, что ради скорости в окнах проекции в жертву принесено качество изображения.

В 3DMAX есть режим сглаживания линий в режиме Wireframe. Этот режим доступен только при использовании OpenGL драйвера видеокарты. Сглаживание линий, естественно, приводит к их некоторому утолщению, что косвенно уменьшает разрешение.

Без антиалиасинга

Однако, если во всех остальных режимах рендеринга окон проекции качество изображения тестируемых видеокарт было совершенно идентично, то при сглаживании качество существенно различается