Неоднородные рациональные В-сплайны

В компьютерной графике существует два подхода к моделированию объектов: на основе полигональных сеток и на основе NURBS-кривых. Большинство программ для создания трехмерной анимации работает только с полигонами. В Maya кроме этого используется более сложная и мощная система моделирования, которая основана на неоднородных рациональных сплайнах Безье (NURBS, Non-Uniform Rational Bezier Splines). Созданная таким способом поверхность похожа на трехмерный искривленный лист в пространстве. Существуют ограничения на их построение, соединение друг с другом и деление на части, но в принципе это очень гибкие объекты. Основное их преимущество состоит в том, что в Maya они остаются чистыми кривыми, то есть математическими конструкциями. Уровень детализации получаемых на их основе поверхностей можно указывать как в окне проекции, так и при визуализации. Грубую огранку объектов, возникающую при попытке создать искривленную поверхность из полигональной сетки, легко можно убрать при работе с NURBS-поверхностями. Достаточно увеличить уровень детализации.
Моделирование на основе NURBS-кривых не сводится к соединению друг с другом отдельных фрагментов. В отличие от полигонов, имеющих фиксированную форму, в NURBS-моделировании трехмерные объекты создаются из кривых и поверхностей, что предоставляет неограниченные возможности их использования. Если вам нравится проектирование архитектуры и решение различных задач, то вы определенно почувствуете вкус к NURBS-моделированию.
Попробуем дать вам представление о природе неоднородных рациональных В-сплайнов. Их можно рассматривать как разновидность сплайна, используемого для определения кривых, которые лежат в основе математической структуры, задающей вид NURBS-поверхности. В этой главе мы покажем вам основные приемы работы с объектами данного типа, не пускаясь в глубокие теоретические изыскания. Обучаться компьютерному моделированию лучше всего методом проб и ошибок, поэтому в данной главе вы получите возможность на практике исследовать природу изучаемого объекта. Чтобы облегчить вам запоминание большого количества деталей, мы будем по ходу дела упоминать все команды, клавиатурные комбинации, поля, значения и прочие необходимые подробности. По мере чтения книги такие подсказки будут требоваться вам все реже и реже, но на начальном этапе вряд ли возможно без этого обойтись.

Преимущества моделирования на основе NURBS-кривых
Каждая из методик моделирования имеет свои сильные и слабые стороны, и выбор методики, наилучшим образом соответствующей конкретной задаче, требует немалого опыта в данной области. При выборе метода создания конкретного объекта нужно учитывать несколько факторов. NURBS-кривые хорошо подходят для моделирования объектов органического происхождения, например Животных, растений, фруктов, которые можно строить путем стыковки друг с другом гладких фрагментов поверхности. Также очень удобно использовать NURBS-кривые для построения серийно выпускаемых промышленных изделий, которые одновременно характеризуются точностью исполнения и обтекаемыми формами. К ним относятся транспортные средства, прессованные детали, различные приборы и прочие объекты с искривленными поверхностями, созданные руками человека.
Если вы сомневаетесь в правильности выбора способа моделирования, имейте в виду, что можно начать построение объекта с NURBS-кривых, а затем преобразовать его в сетку полигонов. Эта возможность является одним из основных преимуществ моделирования на основе NURBS-кривых. Например, чтобы освободиться от швов в местах сочленений отдельных частей при создании человеческой фигуры, ее достаточно преобразовать в сетку полигонов и затем связать отдельные фрагменты в единый объект. Благодаря наличию истории создания объекта при редактировании лежащих в основе фигуры NURBS-кривых ее вид будет автоматически изменяться даже после вышеописанного преобразования. Впрочем, моделирование на основе NURBS-кривых имеет и отрицательные стороны. При создании объектов, которые впоследствии должны быть анимированы, можно заметить наличие швов и даже зазоров между отдельными фрагментами NURBS-поверхностей. В результате этой особенности конструирования практически никогда не удается получить монолитный объект. Чтобы избежать упомянутой выше проблемы, приходится очень тщательно сшивать отдельные фрагменты между собой.

Использование NURBS-кривых также приводит к усложнению модели. Наличие большого числа кривых, определяющих поверхность, может заметно усложнить ее редактирование. Кроме того, иногда такие модели оказываются настолько массивными, что с ними невозможно работать в интерактивном режиме. Конечно, в данном случае все зависит от мощности SD-ускорителя компьютера! Другим недостатком использования NURBS-кривых является увеличение времени визуализации. Идеальная математическая кривая, определяющая форму поверхности, должна быть конкретизирована с помощью полигонов, наличие большого количества которых замедляет визуализацию.
В этой главе будет рассмотрен процесс моделирования домика на основе NURBS-кривых. Дом является первым объектом сцены, которую вам предстоит создать в процессе работы над упражнениями нашей книги.