Методическая разработка «Основы моделирования в графическом 3d редакторе blender»

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Иркутской области «Братский политехнический колледж»

структурное подразделение ЦЦОД «IT-Куб»

«Основы моделирования в графическом

3d редакторе blender»

методическая разработка

Подготовил:

Поляков Дмитрий Михайлович,

педагог дополнительного образования

г. Братск 2022 г.

Автор: Поляков Д.М., педагог дополнительного образования ГБПОУ ИО «БрПК» структурное подразделение ЦЦОД «IT-Куб».

«Основы моделирования в графическом 3D редакторе Blender», методическая разработка. ГБПОУ ИО «БрПК» структурное подразделение ЦЦОД «IT-Куб», 2022 г. - 23 с.

Данная методическая разработка раскрывает опыт работы педагога дополнительного образования в графическом 3D редакторе Blender».

Методическая разработка может найти применение в работе педагогов дополнительного образования в IT-сфере.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение 4

2. Основы моделирования 5

2.1. Объекты 5

2.2. Материалы и текстуры 9

2.3. Основы анимации 12

3. Инструкционная карта 13

4. Список используемой литературы 22

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время 3D-технологии все больше внедряются в различные сферы деятельности человека. Значительное внимание уделяется 3D-моделированию. 3D-моделирование применяется как в технической среде, для создания промышленных объектов, так и для создания эстетических и художественно - графических образов и объектов.

Уникальность 3D-моделирования заключается в интеграции рисования, черчения, новых 3D-технологий, что становится мощным инструментом синтеза новых знаний, развития метапредметных образовательных результатов. При изучении 3D-моделирования обучающиеся овладевают целым рядом комплексных знаний и умений, которые необходимы для реализации проектной деятельности, формируется пространственное, аналитическое и синтетическое мышление, готовность и способность к творческому поиску и воплощению своих идей на практике. Знания в области моделирования нацеливает детей на осознанный выбор профессии, связанной с техникой, изобразительным искусством, дизайном: инженер-конструктор, инженер-технолог, проектировщик, художник, дизайнер.

Blender 3D – бесплатный программный продукт, предназначенный для создания и редактирования трехмерной графики. Данная программа распространена на всех популярных платформах, имеет открытый исходный код и доступна совершенно бесплатно всем желающим. Она сможет познакомить с основными особенностями 3D моделирования, а также предложит использовать понятные инструменты для создания или редактирования моделей.

2. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

2.1. Объекты

Объекты в Blender

Все объекты в Blender состоят из двух частей: объект (Object) и данные объекта (Object Data, или сокращенно ObData). Object - это своеобразный контейнер, содержащий в себе информацию о центре объекта (его положении в сцене), масштабе и угле вращения. Данная информация является общей для всех типов объектов доступных в Blender. Object Data - данными объекта является все остальное. Каждый объект имеет ссылку на связанные с ним данные объекта, и в то же время эти данные могут принадлежать многим другим объектам.

Добавление нового Меsh-объекта

Для добавления в сцену нового Меsh-объекта в режиме Object Mode необходимо в Окне кнопок нажать кнопку «Add», в открывшемся меню – «Mesh» и далее, объект, который необходим. Например, «Сylinder». (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Добавление нового Mesh-объекта

Основные Mesh-объекты

Таблица 1. Основные Mesh-объекты, которые можно добавить в сцену

Выделение Mesh-объектов (в объектном режиме)

Выделение или выбор объекта осуществляется левой кнопкой мыши. Для того, чтобы выбрать несколько объектов, необходимо удерживать «Shift» и кликать по объектам левой кнопкой мыши. Выбранный объект отображается светло-розовым цветом. Если кликнуть по выбранному объекту с нажатой клавишей «Shift», то выделение будет снято. Нажатие клавиши «A» выделит все объекты в сцене (если ранее не были выбраны) или снимет выделение со всех (если ранее были выбраны один или более объектов). Клавиша «B» активирует инструмент Border select (выделение прямоугольником). Он позволяет рисовать прямоугольник, удерживая левую кнопку мыши, тем самым выделяя все объекты, которые попадают во внутрь прямоугольника или касаются его. Удерживание «Shift» во время рисования границ прямоугольника – инвертирует операцию: выделение со всех объектов в прямоугольнике снимается.

Редактирование Mesh - объектов

Mesh-объект – это объект, определенный как набор вершин, соединенных прямыми ребрами, формирующими, в свою очередь, полигональные грани. Редактирование Mesh-объекта представляет собой добавление, удаление или перемещение вершин, ребер и граней. Каждый объект можно перемещать, вращать и масштабировать. Эти операции выполняются в Объектном режиме. Для более детального изменения геометрии Mesh-объекта необходим режим редактирования. При выбранном объекте клавиша «Tab» осуществляет переключение между этими двумя режимами. Переключение между «Режимом редактирования» и «Объектным режимом» также можно производить, используя меню в нижней части 3D-окна.

Основные модификаторы для манипуляции Mesh-объектами

Тремя основными модификаторами, используемыми в Blender (в объектном режиме), являются: перемещение объекта – клавиша «G»; вращение объекта – клавиша «R»; изменение размера объекта – клавиша «S». Для перемещения объекта по определенной оси (X, Y, Z) необходимо нажать на клавишу «G» и переместить объект в нужное место. Если нажать на колесо мыши, движение будет производиться строго по определенной оси координат.

С помощью мышки и клавиши «R» можно вращать объект, а нажав клавишу «S» и перемещая мышку – изменить размер объекта. Для того, чтобы изменить какой-либо параметр более точно, вплоть до сотых единиц, необходимо модифицировать объект с помощью цифрового окна «Transform Properties» (Рисунок 2). Для этого необходимо в Окне редактора свойств выбрать режим редактирования «Object Properties» и перейти во вкладку «Transform» (Рисунок 3).

Рисунок 2 - Цифровое окно «Transform Properties»

Рисунок 3 – Вкладка «Transform» в Окне редактора свойств

Для того, чтобы поместить объект в заданное координатами место, повернуть на определенный угол по определенным осям или изменить размер объекта в точно заданных пропорциях, нужно, нажимая левую клавишу мышки на соответствующие поля (или щелкая мышкой по концевым стрелкам), ввести новые значения. С помощью кнопки «Link Scale» можно изменить масштаб равномерно по всем осям сразу. Вместо использования команд «R», «S» и «G» можно активизировать функцию «3D-манипулятора». Для этого, мышкой выбирается ось, относительно которой будет произведена модификация объекта. Режимы «3D-манипулятора» – Global (обычные, X, Y, Z плоскости), Local (X, Y, Z плоскости относительно объекта).

Перемещение точки вращения (центра) объекта

Каждый объект, созданный в Blender, имеет маленькую точку в области объекта (по умолчанию она находится в центре объекта). Эта точка является центром объекта или точкой вращения. Если в режиме редактирования попытаться переместить весь объект, то центральная точка остается неподвижной, поэтому центр объекта смещается. Чтобы переместить объект вместе с точкой вращения, нужно выйти из режима редактирования (клавиша «Tab») и осуществить перемещение в объектном режиме. Если нужно переместить точку вращения, то необходимо в объектном режиме установить 3D-курсор в место нового центра объекта, а затем нажать кнопку «Center Cursor» на вкладке Mesh в Окне кнопок. Эта кнопка, а также еще две, находящиеся рядом, изменяют положение центра объекта. После нажатия этой кнопки вершины и грани поверхности объекта переместятся в область нового центра.

2.2. Материалы и текстуры

Основные настройки материала

В средах трехмерного моделирования изменение цветовых свойств объекта – это не то же самое, что изменение цвета в простых графических редакторах. Здесь добавляется и настраивается объекту не цвет, а материал, то есть то, из чего он как бы изготовлен. Материал может имитировать зеленый пластик, желтый песок, прозрачное стекло, блестящий металл, мутную воду и так далее.

В Blender один и тот же материал может быть применен ко множеству объектов. С другой стороны, к одному объекту могут быть применены несколько материалов. Например, с каждой гранью куба можно связать свой материал. При создании нового материала, он привязывается к выделенному объекту. Для настройки материалов предназначена вкладка редактора свойств Material (Рисунок 4).

Рисунок 4 – Вкладка «Transform» в Окне редактора свойств

Базовые настройки цвета

С помощью настройки материала существует возможность создать гладкие, однородные объекты. Blender придает реалистичность объектам отражаемостью, силой отблеска или шероховатостью и т. д. с помощью текстуры. Взаимосвязь между материалом и текстурой называется «маппингом» (отображение, проецирование). Сначала задается информация для текстуры, потом определяется эффект от текстуры на материале.

У нового Mesh-объекта содержимое вкладки Material выглядеть так (Рисунок 5):

Рисунок 5 - Содержимое вкладки Material

В большое поле, с помощью кнопки со знаком «+», добавляются слоты для материалов. Каждый слот может содержать по одному материалу, но материал в слоте можно заменять на другой. Обычно объекты имеют по одному слоту и, следовательно, по одному материалу. Однако, если к одному объекту применяется несколько материалов, то и слотов будет несколько. Чтобы добавить объекту материал, надо нажать на кнопку «New», и тогда будет создан новый материал (и слот, если его не было), или выбрать уже существующий из списка, который разворачивается при нажатии на иконку шарика перед кнопкой New (Рисунок 6).

Рисунок 6 - Выбор материала из списка

Материалы можно переименовывать как непосредственно в слоте, так и через блок выбора/создания материала. Для того, чтобы создать новый материал, надо создать новый слот и перейти на него. Кнопка со знаком с двумя листочками создает новый материал в текущем слоте путем копирования текущего материала. Крестик удаляет материал, а включенная кнопка с щитом позволяет сохранять материал, даже если он не используется ни одним объектом. Пока файл не закрыт, все неиспользуемые материалы сохраняются. Если выбрать другой материал или создать новый путем копирования, он заменит прежний в существующем слоте. Если к объекту применяется несколько материалов, то каждый добавляется в свой слот.

Текстуры Blender

Текстуры в Blender позволяют делать материалы более реалистичными, более похожими на вещества, из которых состоят объекты реального мира. В случае mesh-объектов текстура применяется как бы поверх материала. Здесь нельзя использовать текстуру, не привязав к объекту материал. С другой стороны, с материалом может быть связано несколько текстур. Каждая из них окажет свой эффект на совокупный результат.

Основные стандартные типы текстур, которые наиболее часто используются в Blender: «Clouds» (Облака), «Stucci» (Штукатурка), «Magic» (Магия), «Marble» (Мрамор) и «Wood» (Дерево). Во вкладке Colors можно настраивать цвета текстуры. На панели Preview кнопки переключения определяют принадлежность текстуры: к материалу (Mat), к источникам света (Lamp) или к окружающей среде (World), а кнопка «Default Var» позволяет вернуть текстуре исходные параметры.

Использование Jpeg изображения в качестве текстуры

Иногда на модель необходимо наложить такие текстуры, как трава, металл, ткань, которых нет в стандартных текстурах Blender. Любое изображение, имеющее формат .jpg, может использоваться в качестве текстуры. Чтобы использовать изображение .jpg как текстуру, необходимо добавить материал, затем, в Окне кнопок нажать кнопку Shading. В открывшемся окне нажать на кнопку «New», тем самым сформировать базовые настройки. Для применения изображения как текстуру, необходимо данное изображение добавить к имеющимся базовым настройкам (левой кнопкой мыши перетянуть изображение в рабочую область). С помощью вектора соединить настройки Color и Base Color (Рисунок 7).

Рисунок 7 - Добавление изображения к базовым настройкам.

2.3. Основы анимации

В Blender существует несколько способов анимации. Самый очевидный — анимация при помощи ключевых кадров или кейфреймов (Keyframe). В Blender есть специальный редактор Timeline, позволяющий перемещаться по кадрам, создавать ключевые кадры и др. Кадр – это момент или короткий отрезок времени, для времени играет ту же роль, что точка для пространства. Однако у кадра все же есть длительность. Она зависит от того, сколько "прокручивается" кадров в секунду. В случае 60-ти кадров в секунду (60 FPS) кадр будет короче, чем в случае 24 FPS. Чем больше FPS, то есть чем короче длительность кадров, тем плавнее переходы, качественнее анимация. Увеличение FPS увеличивает размер выходного файла и нагружает вычислительные мощности компьютера.

Движение, вращение и масштабирование – это три основных модификации объекта, которые используются в анимации. При создании ключевого кадра, Blender сам определяет все промежуточные кадровые позиции объекта между двумя созданными ключевыми кадрами (нужно просто указать положение объекта в начальном и конечном кадре – остальные кадры будут просчитаны Blender автоматически). Для того чтобы добавить ключевой кадр объекту, необходимо перейти к кадру, на котором нужно установить ключ, произвести необходимые манипуляции с объектом (движение, вращение, масштабирование), а затем нажать клавишу «I». После данного действия появиться меню «Добавление Ключа» (Insert Key). В этом меню есть три основных опции: Loc (позиционирование объекта); Rot (поворот); Size (размер).

Остальные опции меню – комбинации первых трех. После выбора типа ключа, в зависимости от той модификации, которую применили к объекту, необходимо перейти к следующему кадру, который нужно сделать ключевым. Далее, снова произвести манипуляции с объектом, а затем нажать клавишу «I» и вставить второй ключ и т. д.

Для просмотра анимации необходимо установить номер кадра, начиная с которого нужно просмотреть созданную анимацию. Нужно установить курсор в 3D-окно и нажать комбинацию клавиш «Alt-A» – анимация сразу начнет проигрываться в 3D-окне. Blender будет пытаться отображать анимацию с правильным значением FPS, однако в некоторых случаях он не способен это сделать из-за сложности сцены или параметров настройки отображения.

Инструкционная карта

«Основы моделирования в графическом 3D редакторе Blender»

Для начала работы необходимо:

Запустить ПО Blender.

Откроется главный экран (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Главный экран

При первом запуске программы появляется системный объект «Куб» (Рисунок 9), который необходимо удалить перед работой с новым объектом. Для этого необходимо выделить объект и удалить, нажав на клавиатуре клавишу «Delete».

Рисунок 9 – Системный объект «Куб»

Для того, чтобы добавить новый mesh - объект, необходимо в Окне кнопок нажать «Add» (Рисунок 10).

Рисунок 10 – Добавление нового mesh- объекта

В выпадающем списке навести курсор на параметр Mesh. В следующем выпадающем списке, где располагаются все базовые объекты, выбрать необходимую фигуру. Рассмотрим на примере Plane (Рисунок 11, 12).

Рисунок 11 – Добавление mesh-объекта «Plane»

Рисунок 12 – Добавление mesh-объекта «Plane»

Изменить размер данного объекта можно двумя способами. С помощью основного модификатора: нажать клавишу «S» и перемещать мышку – изменяется размер объекта. Для того, чтобы изменить какой-либо параметр более точно, вплоть до сотых единиц, нужно зайти во вкладку Object Properties Окна редактора свойств (Рисунок 13).

Рисунок 13 - Вкладка Object Properties

Для изменения размера объекта, нужно изменить параметры Scale X, Y, Z. Например, чтобы увеличить объект Plane в 5 раз, нужно изменить значения параметров Scale X, Y, Z на 5,000 (Рисунок 14).

Рисунок 14 – Изменение размера объекта

Текстурирование объекта

Для добавления цвета необходимо выполнить следующие действия.

Выделить фигуру (кликнуть не неё левой кнопкой мыши). В Окне редактора свойств зайти во вкладку Material Properties (Риунок 15).

Рисунок 15 - Вкладка Material Properties

Далее добавить новый материал (1) и сформировать его (2) (Рисунок 16).

Рисунок 16 – Добавление нового материала

Выбрать параметр Base Color (Рисунок 17).

Рисунок 17 – параметр Base Color

На палитре выбрать необходимый цвет (Рисунок 18).

Рисунок 18 – Цветовая палитра

На верхней панели задач перейти в режим просмотра теней (Рисунок 19).

Рисунок 19 – Режим просмотра теней

Таким образом, проявляется тень (цвет) (Рисунок 20).

Рисунок 20 –Цвет объекта

Для добавления текстуры на объект в виде изображения, необходимо в Окне кнопок выбрать Shading (Рисунок 21).

Рисунок 21 – Добавление текстуры

Далее сформировать новый материал с помощью кнопки «New» (Рисунок 22).

Рисунок 22 – Формирование нового материала

В появившемся блоке для редактирования материалов в область редактирования перенести изображение, которое было скачено заранее. Далее вектором соединить параметр изображения Color и параметр объекта Base Color (Рисунок 23).

Рисунок 23 – Блок редактирования материалов

Наблюдать результат можно во вкладке Layot (Рисунок 24).

Рисунок 24 – Вкладка Layot

Добавление анимации

Анимация строится по ключевым кадрам. Необходимо вытянуть навверх временную шкалу, которая располагается в самом низу (Рисунок 25).

Рисунок 25 – Временная шкала

Далее необходимо зафиксировать местоположение, поворот, размере объекта. Нажать на клавиатуре букву I и в появившемся окне выбрать «Location, Rotation and Scale».

Для определения шага анимации, с помощью курсора, нужно сместить значение временной шкалы на необходимое (К примеру, изначально значение = 1, далее было смещено на 10). Менять местоположение, разворот или размер и фиксировать все значение необходимо также с помощью букву I.

Чтобы просмотреть анимацию достаточно перейти на начальную точку и нажать пробел.

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Слаква А. Инструменты моделирования в Blender.

Справочное руководство Blender 3.2 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://docs.blender.org/manual/ru/dev/Основы Blender 2.7+ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://blender3d.com.ua/blender-basics/

ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Электронное учебное пособие «3d-моделирование в программе blender3d» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://elar.rsvpu.ru/bitstream/123456789/29009/1/RSVPU_2019_107.pdf

Пошаговые инструкции. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://gospodaretsva.com/category/blender.