ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БАРЕЛЬЕФА ЛИЦА ЧЕЛОВЕКА В ПРОГРАММЕ «ARTCAM»
Ижевский государственный технический
университет
В статье рассмотрены основные способы трехмерного моделирования барельефа лица человека, предложен способ создания 3D-модели барельефа в
программе «ArtCAM» с применением
векторной графики.
На сегодняшний день использование
технологий трехмерного моделирования позволяет решать сложнейшие задачи в самых
различных областях нашей жизни. В машиностроении – производить расчеты узлов
механизмов, вести проектную деятельность, составлять техпроцессы обработки
деталей, в кинематографе – создавать виртуальные сцены сюжетов фильмов,
полностью исключающие реальные объекты, в архитектуре – моделировать прототипы
зданий, улиц и даже городов. Не менее часто интерактивные объемные модели
применяются в энциклопедиях и обучающих программах, где обеспечивают наглядное
представление того или иного предмета, состояния, вещества и т.п. Однако на
этом список областей, где применяются 3D-модели, конечно, не исчерпывается, —
они необходимы проведении реставрационных работ, создании новых моделей
автомобилей и самолетов и совершенно незаменимы в компьютерных играх и
анимации.
Трехмерная модель, построенная в
какой-либо CAD-системе или графическом редакторе, является,
по большому счету, уменьшенным прототипом будущего изделия и позволяет ввести
коррекцию его формы и детально рассматривать еще на стадии проектирования. В
современной промышленности трехмерные модели используются не только для
проектирования кинематических цепей машин и механизмов, наглядного
моделирования будущих деталей и изделия в целом, но и для непосредственного его
изготовления. В большей мере речь идет о использовании оборудования с числовым
программным управлением, в частности, фрезерных метало-
и деревообрабатывающих станках с ЧПУ с разным числом степеней свободы
шпиндельного узла. Применение таких технологий нашло самое широкое
распространение и в изготовлении художественных изделий из различных материалов
(ювелирные изделия, медали, различные сувениры, элементы мебели, декоративные
элементы интерьера и экстерьера помещений, литейные формы и многое др.).
Среди множества видов художественных
изделий, которые проектируются дизайнерами в программах трехмерной графики,
наиболее сложной темой остается создание 3D-модели барельефа лица человека (см.
рис. 1).
Рис. 1.
Трехмерная модель и готовое изделие, созданные в программе «ArtCAM» (Чеченева В.П.)
Сложность
проектирования заключается не только в представлении анатомического строения
головы человека, точной обрисовке контура лица и всех его деталей, но и в
ощущении формы, которая будет закладываться при получении объема барельефа в
программе трехмерной графики. Многие начинающие 3D-дизайнеры пытаются получить быстрый
результат, используя только растровую фотографию лица человека в профиль или
трехчетвертном повороте. Уровень градации монохромных
цветов, соответствующей высоте рельефа,
не всегда дает хорошие результаты по причине низкого качества фотографии или
каких-то дефектов на ней, например, падающая тень. К тому же многие программы
трехмерного моделирования по растровому изображению («D Sculptor», «RealViz
ImageModeler», «3D Software Object Modeller») работают при наличии нескольких
фотографий с разных ракурсов, которые не всегда имеются в наличии.
Для решения данной задачи, можно
использовать векторную графику (программы «CorelDraw», «Rhinoceros» и др.), которая позволит выявить
важные анатомические опорные точки, определяющие характер пластики и формы
головы. Это макушка (свод черепа, затылочная, теменные и
лобные бугры, надбровные дуги, височные линии, края глазных впадин, скуловые
дуги, основание носа, форма, угол челюсти, подбородочные углы, слуховые
отверстия [1]. В целом задача сводится в компоновке растрового
изображения в новом окне программы и точной ее обводке векторами (дугами,
сплайнами, прямыми) (см. рис. 2). Векторы (так же называемые контурами) -
альтернативный метод представления границ объекта. Компьютер представляет эти
изображения как математические формулы, описывающие длину, угол и кривизну
каждого объекта. Это делает их чрезвычайно гибкими и позволяет быстро управлять
объектами и редактировать. Так как векторы описываются математическими
формулами, можно непосредственно использовать их для построения траектории
механической обработки и создания трехмерных форм. Важным условием получения
будущей 3D-модели является замкнутость всех векторов, участки которых будут
объемно выпуклыми.
Рис. 2. Обводка растрового изображения в программе
«Rhinoceros»
Таким
образом, подготовленный многослойный векторный рисунок, экспортированный в
программу «ArtCAM», позволит смоделировать рельеф лица человека. «ArtCAM» -
технолого-дизайнерский пакет, призванный заменить ручной труд гравёра машинным
и в ряде случаев исключить его совсем. Данная система позволяет быстро и легко
создавать трехмерные модели по двухмерным изображениям и векторным рисункам.
Программа содержит инструментальные средства для моделирования сложных форм и
объединения сохраненных рельефов, генерации траекторий обработки на станках с
ЧПУ для черновых и чистовых стратегий, а также гравировки. Широкий диапазон
возможностей позволяют реализовать сложнейшие художественные идеи дизайнера
[2].
Трехмерная
модель, созданная в «ArtCAM», называется рельефом. Рельеф изображения создаётся
при помощи инструмента «Shape Editor» («Редактор формы»). По умолчанию
плоскость задана на нулевой высоте. Последовательно, выделяя каждый замкнутый
контур и используя данный инструмент «выдавливается» рельеф относительно
нулевой поверхности либо выпукло, либо вогнуто. Причем, каждый следующий
элемент лица человека будет накладываться на предыдущий, тем самым происходит
процесс формообразования будущей модели. В окне «3D» можно визуально оценить
получившиеся результаты (см. рис. 3).
Рис. 3. Трехмерная модель барельефа лица
человека
Для придания текстуры волосяного
покрова применяют карту растрового изображения, которую накладываю на выделенную
область волос. Мелкие детали лица – глаза, губы и др. целесообразно
моделировать с помощью интерактивного скульптура.
В итоге, полученная поверхность
трехмерной модели барельефа лица человека может быть передана в CAM – систему для расчета траекторий
движений фрезы. Полученная рабочая программа обработки позволяет
непосредственно изготовить изделие на станках с ЧПУ из самых разных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
- Методические
указания к практическим занятиям по теме «Рисунок головы человека» для
студентов специальности 121200. / Сост. В.Н. Прокопьев, ИжГТУ. – Ижевск,
2001. – с. 16.
- http://www.delcam.ru/