Autodesk 3ds Max

Autodesk 3ds Max on tarkvaraettevõtte Autodesk arendatav ja toodetav tarkvara kolmemõõtmeliseks modelleerimiseks ja animeerimiseks. Uuendustega versioone sellest programmist lastakse välja igal aastal, kuid ainult Windowsi operatsioonisüsteemile ja 64-bitisena. Enamasti kasutatakse seda videomängude tegelaste ja efektide loomiseks. Olles väga mitmekesine, ei ole 3ds Maxil silmapaistvaid puudujääke ka teistes valdkondades, kus 3D-graafika loomiseks on vajadust.

3ds Maxis on palju tööriistu, alates selliste lihtsatest kujundite nagu kera, kuubik, silinder jne loomisest kuni fotorealistliku valgustuse ning päriselu füüsikani küberruumis. Lisaks on sellel kaasas oma materjalide kogumik, mida täiendatakse iga uue versiooniga.

Modelleerimismeetodid

Modelleerimistehnikaid on mitmesuguseid ja õige tehnika valimine oma projekti jaoks võib tuua kaasa suure võidu ajakulus. Need tehnikad ei ole ainult 3ds Maxile omased, nende realiseerimiseks vajalikud tööriistad on olemas kõigis sellistes laialt levinud 3D-programmides nagu Blender, Cinema 4D ja Maya.

Hulktahuka meetod
Kõige rohkem kasutatav on hulktahuka modelleerimine (inglise keeles polygonal modelling). Selleks alustatakse primitiivsest objektist nagu kuubik, silinder või kera. Seejärel hakatakse selle erinevate piirkondade tahkusid venitama ja esile tooma niimoodi, et samas objektis tekivad uued tahud. See on aega nõudev aga täpne protsess. Iga tahuka ääri (inglise keeles edges) ja teistega siduvaid punkte (inglise keeles vertexies) saab ükshaaval nihutada. Reegel on, et mida vähem tahke, seda parem. Selleks, et vabaneda konarustest lõpuviimistlusel, on olemas laiendused nagu MeshSmooth, mis jagab kõik tahukad omakorda võrdseteks osadeks nii palju kordi kui vaja, et saada nõutud siledus.

Heal modelleerijal on alati mingi pilt või ese abiks, mille järgi oma mudelit ehitada. Kui tegemist on palju kõverjooni sisaldava mudeliga, siis alustatakse ehitamist joote tasandil. Luuakse vajalikud kontuurid ning seejärel teatud abilisi nagu extrude ja bevel kasutades saab 2D-joontest luua 3D-objekti. Kui sellele lisada veel abilise edit poly, saab alustada hulktahuka modelleerimist.

NURBS meetod
Orgaaniliste objektide loomiseks on parim NURBS (inglise keeles Non-Uniform Rational B-Spline) modelleerimine. Selleks luuakse kas kohe NURBS tasand või joonistatakse NURBS jooned ja siis liidetakse need tasandiks kokku. Kui tavalisel hulktahuka tasandil on tahkude ääred fikseeritud ja punktide liigutamisel kõik ei liigu, siis NURBS tasandil on peal x*y kontrollpunktidest (inglise keeles CV – Control Vertex) koosnev võrgustik ja punkti liigutamisel tekivad silutud ääred selle ümber. Seega esimesel juhul tekib tasandil terav tipp, teisel juhul sujuv küngas. Selle meetodi probleem on suure arvutusvõimsuse vajalikkus, sest kui tavalise tasandi korral on üks punkt seotud nelja äärega, siis NURBS tasandi puhul on üks punkt seotud 20 või enama äärega. Samas tulemus on väga ilus aga meetodi selgeks saamine on tunduvalt raskem.

Materjalid
Ükski 3D-mudel ei saavuta vaataja silmis reaalsuse tunnet, kui sellel pole peal usutavat materjali. Selleks on 3ds Maxis oma materjalihaldur (inglise keeles Material Editor), mis võimaldab objekte värvida, katta neid tekstuuridega alates murust kuni lihvitud metallini, anda läiget, luua klaasi ja vett, panna objekt helendama, teha peegeldusi ja palju muud.

Valgustamine
Saab luua punktvalgust ja suunatud [kohtvalgus]t ning fotomeetrilisi valgusteid. Viimasel juhul peaks stseeni mõõtühikud olema meetrite peale seatud, et saada parima täpsusega tulemusi. Nende valgustite loomisel aktiveeritakse hulga lisaseadeid keskkonna ja efektide dialoogiaknas. Tähtsamad keskkonna all on säritus ja viimistluse erinevate toonide seaded. Eriefektide all saab pildile pärast viimistlust juurde panna hägusust (inglise keeles Motion Blur), teha pilt teraliseks (inglise keeles film grain), lisada kaamera objektiiviefekte ja muud.

Looduslike välistseenide valgustamiseks on 3ds Maxis omad päevavalgussüsteemid. Nendes saab määrata Päikese asukohta ükskõik mis maailma punktis ja kellaajal 16.–31. sajandini. Pannes vastavusse stseeni ja süsteemi põhjasuuna, saab genereerida kõikide objektide jaoks reaalseid Päikesest tingitud varje ja peegeldusi.

Animatsioon

Ajavõtmed
Animeerimiseks kaadri kaupa on 3ds Maxis kaks võimalust – automaatne või käsitsi. Esimesel juhul on animeerija olukorras, kus iga tema objekti liigutus või kuju muutus salvestatakse kohe stseeni ajateljele. Teisel juhul peab animeerija pärast iga liigutust ise salvestama ajateljele võtme objekti muutuse kohta. Mõlemal meetodil on oma head ja vead. Automaatne juhtub teeb animeerimisprotsessi kiiremaks, aga piirab kontrolli pisimuutuste üle. Manuaalsel juhul on need asjad vastupidi. Kumba varianti kasutada oleneb suuresti animeerija kogemustest ja ka stseeni olemusest. Ajatelje pikkust saab vabalt määrata ja seal on mõõtühikuks üks kaader (inglise keeles frame). Kui animatsiooni kaadri kiirus on 30 FPS-i ja ajatelje pikkus 150 kaadrit, siis saab kokku täpselt 5 sekundit videot.

Kaareredaktor
Kahjuks on 3ds Maxi vaikeseadetes animatsiooni seisukohalt olukord, kus kõik objektide liikumised ruumis mööda kõverjoont luuakse äkilise alguse ja lõpuga. Siinkohal tuleb appi kaareredaktor(inglise keeles curve editor). See tööriist lubab näha kõikide stseenil asuvate objektide liikumiskaari ning muuta neid sujuvamaks või hoopis äkilisemaks. Selles saab ka muuta objektide nähtavust (inglise keeles visibility track), mida on vaja näiteks plahvatuste või klaasi purunemise loomisel. Nendel juhtudel on algobjekt ja sellest fragmenteeritud koopia, nii et nad kattuvad üksteisega. Kui animatsioon jõuab vajaliku tegevuseni, siis ajatelje esimeses osas näidatakse algobjekti ja tegevuse alguses peidetakse algobjekt ning tuuakse stseeni sisse fragmenteeritud objekt.

Kitsendused
Animeerimise koha pealt tasuks mainida ka teatud kitsendusi(inglise keeles constraints) mida saab objektidele lisada. Näiteks on võimalik panna kaamerat liikuma mööda eelloodud kõverjoont ja suunata selle vaade kindla objekti või stseeni punkti peale. Selles olukorras saab animeerida näiteks 360 kraadise pöörde ümber põrkava palli või teha läbisõitu loodud maja interjöörist, keskendudes aegamööda erinevatel detailidel.

Biped ehk kahejalgsed luustikud

3ds Maxis on oma tööriist humanoidide loomiseks sellisena, et kõik luud, millest tegelane koosneb, on omavahel juba kokku seotud. Lisaks saab määrata erinevate luude arvu, luues seega olevusi ühevarbalistest kuni sabakandjateni.

Liikuva tegelase sünd
Luid saab panna iga kolmemõõtmelise objekti sisse, kuid kui tegemist pole humanoidiga, siis peab luud looma ükshaaval. Viimane ei ole tegelikult nii aeganõudev kui tundub, sest järjest paiknevate luude loomisel ühendab 3ds Max ise liigesed ära ja animaatori ülesandeks on luud mudeli sees õigesse kohta saada. Loodud luustik tuleb ka mudeliga siduda, kasutateks selleks sobivat laiendit (inglise keeles modifier) nagu physique või skin.

Osakeste süsteemid
Eriefektide loomiseks nagu sädemed, sademed, vaht, suits, tuli ja muu taoline, on 3ds Maxis tööriistavaldkond nimega "osakeste süsteemid" (inglise keeles particle systems). Nendest võib mõelda kui objektidest, millest tuleb välja palju teisi objekte. Need süsteemid on otseses sõltuvuses ajateljest ja osakeste genereerimise kiirust ja hulka saab animeerida projektile vastavaks. Osakesteks võivad olla eeldefineeritud pallikesed, kuubikud, ainult kaamerasse vaatavad tasandid näiteks suitsu loomiseks, tähekesed või siis ükskõik milline iseloodud objekt. Viskoossete ainete loomiseks on erivõimalus nimega metaosakesed (inglise keeles metaparticles), mis on aga väga ressursinõudlik arvuti koha pealt. Generaatorist tulevaid osakesi saab panna omavahel kokku põrkuma, neid saab venitada pikemaks liikumissuunas ja panna pöörlema.

Osakeste sidumine välisjõududega
Osakeste süsteemidele saab 3ds Maxis lisada füüsikalisi jõude, näiteks tuult, gravitatsiooni ja keerist. Need seotakse osakeste süsteemiga ja kõik genereeritavad osakesed on mõjutatud sellele määratud jõu poolt. Jõudude mittelisamisel on osakeste liikumine ebareaalne, nimelt lendavad need lineaarselt otse, kui põrkeid ei toimu.

Lennutee häirimine
Lisaks saab osakeste teele panna ette deflektoreid. Need saadavad sellele langenud osakesed liikuma õiges suunas olenevalt langemisnurgast. Deflektorid on nagu nähtamatud tasandid, mille kuju saab muuta oma stseeniobjektide pindadega kattuvaks, et asi paistaks reaalne. Kui neid ei lisata, siis kukuvad osakesed objektidest läbi.

Arhitektuur
Kuigi 3ds Maxi ei peeta heaks arhitektuuri programmiks vaid rohkem multimeedia loojaks, on sellel kaasas suur hulk tööriistu ehitusülesannete täitmiseks. Mõne hiireklikiga saab luua omavahel seotud seinu, treppe sirgetest spiraalseteni, aiapiirdeid, aknaid ja uksi igas mõõdus. Mõõtühikutena saab kasutada meetrikat millimeetritest kilomeetriteni ja Ameerika ühikutes tollidest jalgadeni. Arhitektuuri koha pealt on 3ds Maxi suurem vend Autodeski tootevalikus Autocad. 3ds Max lubab enda sisse importida Autocadi faile aga vastupidi mitte. Ehituse koha pealt kasutatakse 3ds Maxi seega rohkem kolmemõõtmeliseks visandamiseks ja lõpptulemus valmib Autocadis.

Scene Explorer ehk stseenihaldur
Kui loodav stseen hakkab liiga kirjuks minema, siis tuleb appi 3ds Maxi stseenihaldur. See näitab kõiki loodud objekte, väljaarvatud neid, mis autori enda poolt peidetud. Kui kõik objektid on arusaadavalt vaikeväärtustelt ümber nimetatud, siis ei ole probleemi ka väikseima teiste objektide taga asuva objekti valimisel kasutades selle nime.

Lõpuviimistlus

3ds Maxile on alates 2011. aastal valminud versioonist sisse ehitatud kolm viimistlusmootorit (inglise keeles rendering engine). Nende abil luuakse programmis loodud objektidest lõppkaader, mida saab salvestada vajalikku formaati nagu .jpg, .png, .tiff ja palju muid. Kui tegemist on animatsiooniga, siis saab panna väljundiks salvestama videot AVI-vormingus.

Scanline viimistleja
See on alati eksisteerinud 3ds Maxis, aga on oma võimalustelt limiteeritud, kuid väga kiire ja loomingu algfaasides parim kasutada.

Mental Ray viimistleja
See mootor on kolmest kõige realistlikumate tulemustega aga samas aeglaseim. Selle teosamm on tingitud ülitäpsetest arvutustest. Eriti siis nende hulk on kõrgeks aetud. Nimelt kui stseenil on fotomeetriline valgusti, siis saab määrata, mitu korda arvutatakse virtuaalsete footonite põrkumist stseeni objektidel. Lisaks veel pildi teravus ehk sakiliste joonte eemaldamine varjude hajuvus ning objektide pinnapeegelduste täpsus. Kui kõik võimalikud seaded põhja ajada, siis saab väga ilusa lõpptulemuse aga pildiviimistluse ooteaeg kasvab 
eksponentsiaalselt. Mental Ray avab materjalihalduris lisasektsiooni nimega Arch&Design, mis teeb kättesaadavaks hulga arhitektuuris ja siseruumide disainis kasutatavaid materjale. Neil on juba vaikeväärtustena määratud reaalsusele vastavad peegeldus, läbipaistvus ja läige. Loomulikult saab kõike ka ümber korrigeerida enda stseenile vastavaks.

Quicksilver Hardware viimistleja
Kasutades viimistluseks nii CPU-d kui GPU-d, võib seda mootorit pidada potentsiaalselt parimaks. See toetab samuti fotomeetrilist valgustust, aga ei toeta Arch&Designi ja osasid teisi materjale. Selle mootori eelis on tema väga suur viimistluskiirus. On juhtumeid, kus muidu Mental Ray jaoks valmistatud stseenid valmivad selle mootoriga 10 korda kiiremini. Muidugi peab arvestama materjalide limiteeritusega. Kuna see mootor tuli kaasa alles 3ds Max 2011-ga, siis on kindlasti tulevikus lootust täienduste jaoks.

Objektide interaktsioon ehk "reactor"
Füüsika simuleerimiseks on 3ds Maxil sisseehitatud lisa nimega reactor. Selle abil saab stseeni objekte lisada erinevatesse kogumikesse, milleks on jäigad kehad, pehmed kehad, riidetaolised kehad ja joonetaolised kehad. Lisades stseeni objektid nende omadustele vastavatesse kogumikesse saab neile lisada nii öelda lahendajad (inglise keeles constraint solvers), mis lubab lõpuks jooksutada füüsika simulatsiooni. Iga objekti jaoks tuleb määrata tema mass, hõõrdetegur ja elastsus ning objekti käitumine stseenil. Viimane määrab kas objekt hakkab esimesest kaadrist alates tundma gravitatsiooni või alles millegagi kokkupuutel. Kui reactor-is nähtud simulatsioon meeldib, siis saab selle kogu valitud pikkuses salvestada ajateljele nii, et 3ds Max loob võtmed iga objekti liikumise kohta. Enne seda tegevust tasub luua varukoopia või salvestada mällu stseeni hetkeseis enne simuleerimist, sest lihtsalt tagasi võtta seda toimingut ei saa.

MaxScript
3ds Max toetab ka skriptimist ehk siis on programmi sisse ehitatud võimalus korduvate protsesside tegemiseks, nagu näiteks mingi objekti paljundamine, läbi tekstiridade kirjutamise. MaxScript lubab muuta ka standardset kasutajaliidest ning luua endale uusi tööriistu.

Kirjandus
Wiley 3DS Max 2010 bible
Mastering Autodesk 3ds Max Design 2010

Välislingid
Ettevõtte koduleht
Hea valik näiteid osakeste süsteemidest
Suur kogumik allalaaditavaid mudeleid
Graafikatarkvara