مدلسازی خودرو در تری دی مکس ، با استفاده از POLYGON ها

در این قسمت به بررسی تئوری و اصول مدلسازی خودرو در تری دی مکس را بر مبنای polygon ها در 3ds Max و Maya می پردازد.

در این آموزش، به بررسی مراحل ساخت مش های polygon که انحنای کیفیت بالایی دارند، برای ایجاد بازتاب بهتر می پردازیم. این آموزش برای هنرمندانی است که تجربه ی مدل سازی سطوح polygon پیچیده و سخت، مانند خودروها، را دارند. اما به دنبال درک بهتر در مورد این موضوع هستند.

در اینجا از مثال بدنه ی خودرو استفاده می کنیم . همین اصول را می توان به هر شی بازتابنده اعمال کرد، خواه یک قایق باشد، خواه یک قطار مفهومی مربوط به آینده، و خواه یک شیر آب تصنعی. با اینکه این آموزش، یک آموزش در مورد مدل سازی ماشین است. اما وارد جزئیات فرآیند اصلی ایجاد مش، ابزار خاص و یا مطابقت با نسبت های مرجع نمی شود،. بهتر است این موضوعات را برای آموزش مدل سازی عمومی و یا مدل سازی سطوح سخت در نظر بگیریم.

سطح کیفی آموزش 

برای شروع بخش مدلسازی خودرو در تری دی مکس باید گفت که ، یکی دیگر از مهمترین موضوعاتی که باید به آن اشاره کرد، این است که سطح کیفیتی که این آموزش با آن مواجه است، مربوط می شود به رندر کردن شیئی که رگه های بازتاب پیوسته از آن ساطع می شود. اگر فقط به چیزی نیاز دارید که منعکس کننده یک محیط آسمان HDR باشد، و برخی از اعوجاج انعکاسی را که چشم غیرمتخصص نمی تواند آنها را تشخیص دهد، نادیده می گیرید، پس این آموزش به درد شما نمی‌خورد.

تسطیح کلاس A

شاید بزرگترین ویژگی معرف بدنه ی یک خودرو، این واقعیت باشد که بازتابنده است! سطوحی که بازتابندگی بالایی دارند، بر خلاف اشیاء مات، انحنای مدل شما را به نمایش می گذارند. یک تورفتگی یا یک برآمدگی که روی یک آینه وجود دارد را در مقابل یک کابینت چوبی گرد و خاکی در نظر بگیرید. برای تمام اهداف این آموزش، می توانید سطح کلاس A را به عنوان سطحی تعریف کنید که بازتابندگی واقعا خوبی دارد. اگر وارد مدلسازی خودرو یا مدلسازی صنعتی برای تولید واقعی شوید، که در آنجا شما از نرم افزار مدلسازی NURBS مانند Autodesk Alias یا Rhino3D استفاده خواهید کرد، با شرایطی مانند تلرانس و پیوستگی مواجه می شوید. اما تمام جزئیات فنی صنعتی، کنار گذاشته می شوند. چیزی که ما به دنبال آن هستیم تا یک خودرو بسازیم و رندر کنیم، پیوستگی است؛ یعنی اینکه پیوستگی انعکاس روی یک سطح چقدر باشد.

برخی از عناصر پیوستگی در تصویر بالا \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

• پیوستگی موقعیت (G0): سطوح، هم تراز شده اند و فاصله ای بین آنها وجود ندارد.
• پیوستگی مماسی (G1): یک نوار گرد بین آنها با مینیمم شعاع مشخص وجود دارد.
• پیوستگی انحنا (G2): با هم ترکیب شده اند و هایلایت هایی که روی آنها حرکت می کنند ظاهر می شوند، مثل اینکه روی یک سطح واحد قرار داشته باشد.
• نرخ تغییر انحنا (G3): حتی بیشتر ترکیب شده است، اما اختلاف بسیار کمی وجود دارد و به سختی می توان تشخیص داد.
• G4-G5-ad infinitum: مورد استفاده قرار نمی گیرند، اما از لحاظ تئوری می توانید هر اندازه که می خواهید اضافه کنید.
  برای کسی که به قسمت ریاضی کار مشتاق است، فقط کافی است مشتق ها و انتگرال ها و نرخ تغییر (سرعت) یا نرخ نرخ تغییر (شتاب) یا نرخ نرخ نرخ تغییر (شتاب شتاب) را در نظر بگیرید. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد NURBS و تسطیح Class A، توصیه می کنم که فایل های Autodesk Alias help یا برخی از منابع زیر را بخوانید. (اگر هر کدام از این لینک ها کار نمی کنند، از این کلمات کلیدی در هر موتور جستجویی که می خواهید استفاده کنید و به نتایج خوبی دست خواهید یافت. wikiها هم بد نیستند.)
• Alias workbench
• Autodesk Alias help files
• Rhinoceros NURBS
• NURBS extreme basics
• Learning Alias
• Fridolin Beisert
• Vladimir Panchenko

بازگشت به polygon ها \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

در ادامه بخش مدلسازی خودرو در تری دی مکس، اگر سطوح را به هر نرم افزار مدل سازی polygon ببریم، می توانیم با استفاده از هندسه بسیار ساده و تقسیم بندی Catmull-Clark معمولی، انحنای مشابه را تکرار کنیم . همچنین تقریبا به شکل اصلی نزدیک شویم.

حالا چون می توانیم با استفاده از polygon  ها، به یک تقریب برسیم، به این معنی نیست که می توانیم یک پیوستگی بازتاب دقیق ایجاد کنیم. اگر خودتان آن را امتحان کنید، یا صحنه ی بالا را باز کنید، خواهید دید که تطبیق دقیق یک سطح NURBS با یک مش تقسیم بندی شده ی Catmull-Clark، چقدر دشوار است. زیرا این دو، از الگوریتم های بسیار متفاوتی استفاده می کنند (همچنین توجه داشته باشید که ما یک سطح پیچیده را تست نکردیم). از تمام اطلاعات قبلی به این نتیجه می رسیم که انعکاس ها مهم هستند . حرکت دادن یک رأس یا حلقه، حتی در مقادیر کوچک، می تواند تاثیر زیادی روی نتیجه بگذارد.

در شکل زیر، نماهای نزدیک از رندر یک خودرو را می بینید.

نماهای نزدیک از رندر یک خودرو \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

بنابراین شما یک مش خوب با حلقه های لبه خوب دارید. می خواهید در یک محیط داخلی، یک رندر ایجاد کنید که وضوح بالایی داشته باشد. می ترسید با معضل بازتاب های مواج و ناهموار مواجه شوید. شما می توانید با نزدیک کردن جعبه های انعکاس به مش، اثر آن را کاهش دهید. که این کار باعث می شود که این بافت، تقریبا به یک بافت ساطع تبدیل شود. اما اگر در حال ساخت یک انیمیشن هستید که در آن می خواهید هایلایت ها در سرتاسر بدنه ی خودرو رفت و برگشت داشته باشند، این کار انجام نخواهد شد .

مگر اینکه روتو های بسیار وقت گیر در کامپوزیت انجام دهید و بازتاب ها را برای طول انیمیشن نقاشی کنید. اما اگر از یک مدل خوب برای شروع استفاده کنید، می توان از این موارد اجتناب کرد. بعضی از آرتیفکت هایی که در بالا گفته شد، ممکن است به علت وجود رئوس نابجا باشد. اما در بیشتر موارد، علت آن، بسیار ظریف تر است.

لطفا این اثر را مشاهده کنید:

آرتیفکت هایی که به واسطه ی یک برش یا حرکت ساده ایجاد شده اند همانطور که یک قطب را می ببینید، یک برش ساده یا حتی یک حلقه لبه، می تواند باعث ایجاد آرتیفکت-های قابل توجهی در بازتاب ها شود. در شکل زیر، چند نمونه از بدنه خودروهایی آورده شده که دارای توپولوژی تمیز هستند . در عین حال، موج و ناهمواری مشابهی در انعکاس آنها مشاهده می شود.

یک تاثیر مشابه روی بازتاب خودرو\\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

وقتی می خواهیم محدودیت های مدل سازی polygon را کنار بگذاریم، این اتفاق می افتد. با استفاده از polygon ها، نمی توان به طور کامل از این اثر جلوگیری کرد، اما می توان تا حدودی آن را کاهش داد. مدل هایی که در NURBS با تکنیک های تسطیح کلاس A طراحی می شوند، از انعکاس های کاملی برخوردارند . همچنین دستگاه هایی که قالب پانل های خودرو را ایجاد می کنند، می توانند سطح را تا جایی که به لحاظ فیزیکی امکان پذیر است، ردیابی کنند. در نتیجه می توانند یک قالب بی عیب و نقص تولید کنند که ورق های فلزی را می توان بر روی آن پرس کرد.

در نتیجه، سطحی به وجود می آید که برای ارائه انعکاس های پیوسته، به اندازه کافی دقیق است. همچنین داده های CAD، دارای تلرانس های دقیقی برای تمام پیچ ها و سخت افزار مکانیکی محکم هستند. از سوی دیگر، اگر می خواستید یک مش polygon به دستگاه بدهید، باید تکرار زیربخش ها را تا میزان بسیار زیادی، افزایش می دادید. شاید در آینده بتوانیم برخی روش های ترکیبی هوشمند ببینیم که از یک الگوریتم تقسیم polygon استفاده می کنند، اما هنوز چنین روشی اختراع نشده است.

ابزار

برای اینکه بتوانید نقشه های انعکاس را بصورت تعاملی در صفحه ی نمایش 3ds Max مشاهده کنید، در منوی Views زیر Show Materials در Viewport As، گزینه ی مواد Realistic Materials with Maps را انتخاب نمایید.

راه حل ها

اینکه برای کاهش این اثر، تا کجا پیش می روید، به شما بستگی دارد، اما همیشه باید هدف نهایی خود را در ذهن داشته باشید. فقط شما می توانید تصمیم بگیرید که آیا شما می خواهید یک انعکاس، حتی الامکان خوب باشد، یا می خواهید یک مش تمیزتر داشته باشید.
آیا این را برای یک تصویر ثابت ایجاد می کنید؟ چند تصویر خواهید ساخت؟
آیا می توانید عیوب انعکاس ها را در فتوشاپ اصلاح کنید، یا در حال ساخت یک انیمیشن هستید؟
یا فقط از مدل سازی خودروها لذت می برید و برای ساخت یک خودروی کامل، انگیزه دارید؟
قبل از اینکه به هر گونه جسم پیچیده ای مانند یک خودرو بپردازیم، بهتر است ابتدا مطمئن شویم که می توانیم اجسام ساده تری بسازیم . بعد به سراغ بعضی از شیوه ها برویم.

حتی الامکان از تعداد رئوس کم استفاده کنید\\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

استفاده از حداقل تعداد رئوس، امکان ایجاد بازتاب های سیال و ویرایش سطح را نیز فراهم می کند. با اینکه سعی کردیم تا جایی که می توانم رئوس سطح را به خوبی در سمت راست قرار دهیم، اما نتوانستیم کیفیت انعکاس تصویر سمت چپ که تعداد رئوس کمتری دارد را به دست آوریم. هر چه تعدد رئوس، کمتر باشد، بهتر است

فاصله ی حلقه های لبه (edge loop) را مساوی قرار دهید \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

سعی کنید فاصله ی حلقه های لبه را مساوی قرار دهید . یا برای ایجاد تغییر در تراکم حلقه های لبه، از هر گونه ابزار منحنی موجود برای رئوس استفاده کنید. فاصله گذاری مناسب برای حلقه های لبه، و قرارگیری مناسب رئوس برای تعقیب یک منحنی، می تواند تا حد زیادی باعث بهبود بازتاب ها شود. در 3ds Max می توانید از ابزار حلقه برای انجام این کار استفاده کنید. مساوی قرار دادن فاصله حلقه های لبه، باعث بهبود بازتاب ها می شود

ادامه بخش : مدلسازی خودرو در تری دی مکس

تزیین ها را بعد از تقسیم بندی انجام دهید

بعد از اینکه سطح را به مرحله نهایی رساندید و تقسیم بندی های کافی را انجام دادید، هر گونه تزیین و برشی روی سطح می توانید انجام دهید. هر گونه تزیینی که روی سطح پلی پایینی ایجاد شود، تغییرات شدیدی در انحنا به وجود می آورد. بنابراین برای به حداقل رساندن آرتیفکت ها و به عنوان معیاری برای کنترل آسیب، می توان تزیین ها یا برش ها را پس از تقسیم بندی انجام داد. این اثر را معمولاً می توان در محل دستگیره درب خودرو دید. زمانی که برش های polygon و تمام جزئیات دقیق در پلی مش پایینی انجام می شوند.

اثرات ایجاد تزیینات، قبل و بعد از تقسیم بندی

هیچ حلقه حمایتی وجود ندارد\\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

برای مش نهایی، قصد داریم از مثالی که در انتهای این آموزش است، استفاده کنیم. حلقه های حمایتی را اضافه کردیم، اما در انتهای کار. جریان کاری که در اینجا پیشنهاد می کنیم، روشی است که باید به ابزار خود اضافه کنید. نه اینکه تمام مدل سازی سطح سخت، همین روش باشد.

اضافه کردن حلقه های لبه حمایتی به صورت دستی، نه تنها وقت گیر است، بلکه اصلاح مش مبنا و تمرکز روی انحنای سطح، مشکل تر خواهد شد. OpenSubdiv به ما کمک می کند تا راحت تر بتوانیم چین و چروک ها را کنترل کنیم، اما حتی بدون آن هم می توانیم لبه های سخت را با استفاده از گروه های هموارساز / چین و چروک/ لبه های سخت حفظ کنیم، و حین انجام تقسیم بندی استاندارد Catmull-Clark، لبه های سخت را حفظ نماییم. این ما را قادر می سازد تا با حداقل تلاش، فرم های اصلی را شکل دهیم.

توجه: مدت ها قبل از Autodesk OpenSubdiv، ماریوس سیلچی، افزونه ای به نام TurboSmooth Pro اختراع کرد، که اساسا همین کار را انجام می دهد. برای بررسی این افزونه و سایر افزونه های جالب و مفید، لطفا به وبسایت ایشان مراجعه کنید.

راهنمای ابزار (Tool tip) در تری دی مکس

در اینجا برخی از قابلیت های پنل Tool tip را در تری دی مکس خواهیم آموخت .

3ds Max:

برای تعریف سطح خود، گروه های هموارساز را تنظیم کنید و سپس MeshSmooth / TurboSmooth را اضافه کنید و تیک Smoothing Groups را بزنید. یا اگر از OpenSubdiv استفاده می کنید، مقادیر Crease (چین) لبه ها را به صورت دستی در زبانه Editable Poly Edit Edges تنظیم کنید. من متوجه یک سری اشکالات در 3ds Max شده ام، که بعضی مواقع اگر از گروه-های هموارساز استفاده کنید، یک آرتیفکت زیربخش عجیب می ببینید. همیشه مش خود را دو بار بررسی کنید و به شکل قاب سیمی (wire-frame) نگاه کنید، و اگر متوجه چیز اشتباهی شدید، می توانید با حذف کردن سطح و بازسازی polygon ها آن را برطرف کنید.

راهنمای ابزار (Tool tip) در مایا

در ادامه استفاده از برخی از قابلیت های پنل Tool tip را در مایا خواهیم آموخت .

Maya :

یا از ابزار Crease از منوی Mesh Tools استفاده کنید و نوع OpenSubdiv Subdivision را اعمال نمایید. یا لبه های خود را انتخاب کنید . از منوی Normals ، Harden Edge و سپس Select Smooth Options را انتخاب کنید . از Maya Catmull-Clark به عنوان نوع Subdivision (تقسیم بندی) استفاده کنید . مطمئن شوید که تیک گزینه Hard edges زیر زبانه ی Preserve زده شده است.

برخی از روش های مختلف هموارسازی

روش های مختلف هموار سازی را در اینجا خواهیم آموخت.

ترکیب کردن سطوح

پیشنهاد نمی کنیم که به جای اینکه روی پلی مشی که مناسب می بینید، تمرکز کنید، مش خود را در سطوح جداگانه بسازید، اما این کار کمک می کند تا درک کنید که با اینکه ساختن سطوح ساده که انعکاس مناسبی داشته باشند، به خودی خود آسان است، ما تقریبا همیشه مجبور هستیم که سطوح پیچیده ای داشته باشیم که می توانند باعث اعوجاج شوند.

فرآیند

میل به بهبود انحنای مش های polygon برای تولید انعکاس هایی بهتر، ما را بر آن داشت تا به سراغ یادگیری عمیق NURBS و روش های مختلف تقسیم بندی برویم. بدنه ی خودرو / قایق / هواپیما، بسیار پیچیده است و از تقاطع و ترکیب سطوح زیادی تشکیل شده است. لطفا توجه داشته باشید که حتی اگر از ابزار NURBS برای ساختن مدل خود استفاده کنید، ایجاد بازتاب های پیوسته، همیشه آسان نخواهد بود. به خصوص اگر هدفتان روی یک سطح با کیفیت کلاس A باشد. شیوه های خاصی وجود دارد که می-توانید برای ایجاد نواحی مانند گلگیرها و ستون ها یاد بگیرید.

سطح بازتابنده در طراحی اتومبیل

به هیچ وجه قصد نداریم وانمود کنیم که ما می توانیم پیوستگی های G2 یا G3 را در polygon ها ایجاد کنیم، بلکه قصد داریم یک سطح بازتابنده ایجاد کنیم، به ویژه در قسمت های بزرگتر مانند پانل های جانبی خودرو، سقف و کلاه کاپوت، و از اعوجاج هایی که برطرف کردن آنها آسان است جلوگیری کنیم. مدلی که در اینجا ارائه می دهیم، می توانست بهتر درست شود. یک نقطه هم وجود دارد که قصد داریم در انتهای آموزش نشان دهیم که در آن یک حرکت ساده ی رأس می توانست ضامن ما پس از کار باشد.

ادامه بخش : مدلسازی خودرو در تری دی مکس

ساخت یک مش مبنا

این مرحله، مهمترین مرحله است؛ یعنی جایی است که یا آن را به انجام می رسانید یا در آن شکست می-خورید. توپولوژی، ظاهراً ساده است، اما بسیار سنجیده می باشد. مشی که در این مرحله ایجاد می شود، بسیار شبیه چیزی است که در بازی هایی می بینید که تعداد polygon ها در آنها کم است. اگر چند حلقه ی دیگر اضافه می کردیم می توانستیم حتی بدون استفاده از هر گونه تقسیم بندی، و فقط با استفاده از گروه های هموارساز / لبه های سخت، به یک مدل کیفیت بالا برسیم.

تقسیم بندی و بررسی جریان

زیربخش های خود را اضافه کنید و در عین حال، لبه های سخت را حفظ نمایید و مقادیر چین ها را برای OpenSubdiv امتحان کنید. تست های انعکاس را به طور مداوم انجام دهید و دائماً به مش مبنا برگردید تا زمانی که کاملا مطمئن شوید که کیفیت مش در سطح مطلوب شماست.

مرحله نهایی \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

سطح تقسیم بندی را به گونه ای انتخاب کنید که باعث اعوجاج قابل ملاحظه روی تزیینات نشود (در اینجا می توانید قاب های سیمی که انتخاب کردیم را ببینید) و تزیینات، جزئیات و حلقه های حمایتی را اضافه کنید. لطفا مراقب باشید که به محض اینکه شروع به اضافه کردن تزیینات کردید، هیچ راه بازگشتی به مبنای اصلی وجود ندارد و نمی توانید هیچ چیزی را تغییر دهید.

پاشنه آشیل \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

می خواهم به چند ناحیه ی مشکل دار در این مش اشاره کنم که شما هم می توانید مستقیماً از روی نقشه بازتاب شناسایی کنید. شاید اینها جزئی و بی اهمیت به نظر برسند، اما همانطور که در تصویر نهایی مشاهده خواهید کرد، می توانند تاثیر قابل توجهی داشته باشد. البته این بستگی به قرار گرفتن جعبه انعکاس / نور و زاویه دوربین دارد، اما اگر اتفاقی یک نوار بازتاب از داخل یک ناحیه آرتیفکت عبور کند، نشان داده خواهد شد.

برخی از بازتاب هایی که از داخل یک آرتیفکت عبور می کنند

مرجع \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

این تصویر مرجعی است که من برای رندر کردن این خودرو استفاده کردم. امروزه تقریبا تمام عکس هایی که در داخل استودیو از خودرو گرفته می شوند، به شدت دستکاری می شوند، بنابراین شما نمی توانید در مورد بازتاب هایی که روی ماشین می بینید، کاملا مطمئن باشید.
با این وجود آنها می توانند به عنوان راهنمای خوب عمل کنند. تصویر مرجعی که برای ساخت خودرو استفاده کردم

رندر \\ مدلسازی خودرو در تری دی مکس

در اینجا می بینید که در مرحله رندر نهایی در اطراف گلگیر چرخ، جایی که قبلا یک آرتیفکت بسیار کوچک دیده بودید، این اثر، قابل ملاحظه است . باید آن را فتوشاپ می کردم. برای یک انیمیشن، یا باید آن را در comp برطرف کنیم، یا پانل مش را در سطح پایه دوباره اصلاح کنیم. به غیر از انجمن های 3dtotal و CGFeedback که برای بررسی کارهای نهایی و در حال پیشرفت، انجمن های بسیار خوبی هستند، می توانید سراغ انجمن های مخصوص به مدل سازی خودرو بروید.

یکی از وبسایت هایی که به شدت توصیه می کنیم، وبسایت SMCars.net و به ویژه قسمت بخش پیشرفته WIP است که دارای گنجینه ای از موضوعات برای طراحان 3D خودرو می باشد. از اینکه این آموزش را مطالعه کردید سپاسگذاریم و امیدواریم بخشی از اطلاعات اینجا بتواند به هر نحوی به شما کمک کند.

پایان بخش :

مدلسازی خودرو در تری دی مکس