Grafika komputerowa

Ćwiczenie R-1

„Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Instrukcja laboratoryjna

opracował: Marcin Skotnicki

„Człowiek - najlepsza inwestycja” Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Warszawa 2009

spis treści1. Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a 3

1.1. WPROWADZENIE 3

1.1.1. Uruchomienie 3

1.1.2. Interfejs - opis 4

1.1.3. Interfejs - najważniejsze narzędzia 5

1) Pasek narzędzi podstawowych 5

2) Linia komend 5

3) Paski narzędzi głównych 6

4) Submenu - Powierzchnia 6

5) Submenu - Bryła 7

6) Submenu - Narzędzia bryły 7

7) Submenu - Przekształć 7

1.1.4. Interfejs - warstwy 8

1.2. WYKONANIE ĆWICZENIA 9

1.2.1. Zadanie 1 - siłownik 9

1.2.2. Zadanie 2 12

1.3. LITERATURA 13

2 Ćwiczenie 1 „Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

1. Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a

1.1. WPROWADZENIE

Rhinoceros to niezależne, komercyjne środowisko do modelowania geometrycznego powierzchni 3D, opartego głównie o powierzchnie NURBS. Stosowany zarówno przy projek-towaniu graficznym na potrzeby multimediów, jak i do zastosowań przemysłowych i CADowskich. Swoją rosnącą popularność zawdzięcza różnorodności funkcji, dużej dostępności dodatkowych pluginów, przystępności interfejsu, stosunkowo niskiej cenie i możliwości eksportu do kilkudziesięciu formatów plików.

Najprostszymi narzędziami w większości programów 3D są bryły podstawowe. (Prostopadłościan, walec, sfera itd) Za pomocą tych brył i ich kombinacji (suma, różnica i iloczyn logiczny) można uzyskać wiele złożonych kształtów, których wszystkie parametry liczbowe można dokładnie ustalić za pomocą linii komend - co jest przydatne zwłaszcza w zastosowaniach CADowskich.

1.1.1. UruchomieniePrzy uruchomieniu Rhino może poprosić o wybór szablonu i jednostek - nie ma to

większego znaczenia przy tworzeniu modeli na potrzeby grafiki. Dla zastosowań CADowskich dobrze jest wybrać milimetry.

Ćwiczenie 1 3

„ Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

1.1.2. Interfejs - opisInterfejs w Rhino jest dość przejrzysty i osoby zaznajomione innymi programami do

modelowania 3D na pewno szybko się do niego przyzwyczają. Wszystkie podstawowe narzędzia są umieszczone w 2 paskach po lewej stronie ekranu. Mała strzałeczka przy prawym dolnym rogu ikonki narządzia oznacza, że jest to rozwijane menu - dłuższe przy-trzymanie przycisku myszy spowoduje rozwinięcie go, a krótkie kliknięcie - wybranie stan-dardowego narzędzia z tego menu. Część narzędzi pełni inną funkcję, jeśli wybierze się je klikając prawy przycisk myszy. (Np. narzędzie skalowania - po wybraniu za pomocą lewego przycisku powoduje równomierne skalowanie obiektu we wszystkich 3 osiach, a wybrane prawym przyciskiem - skalowanie dwuwymiarowe tylko w płaszczyźnie wybranej rzutni.) Rozwinięte menu można przenieść i zakotwiczyć na stałe jako dodatkowy pasek narzędzi.

Główną część ekranu zajmują cztery rzutnie - trzy prostopadłe i widok w perspekty-wie. Nazwa aktualnie wybranej rzutni jest zaznaczona innym kolorem - w przypadku wpisy-wania współrzędnych rysowanych obiektów z linii poleceń, będą liczyć się osie tej właśnie rzutni.

Rys. 1.2. Interfejs1 – paski narzędzi głównych (rysowanie/edycja)2 – pasek narzędzi podstawowych (plik/widok/właściwości obiektu)3 – linia komend4 – widok główny (standardowo: 4 rzutnie)

4 Ćwiczenie 1 „Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

1.1.3. Interfejs - najważniejsze narzędziaProgram Rhinoceros zawiera wiele narzędzi wspomagających modelowanie - przeksz-

tałcenia krzywych, brył i powierzchni, tworzenie brył z krzywych, wymiarowanie itd. Opi-sanie wszystkich w tej instrukcji byłoby niemożliwe, dlatego opiszę tylko narzędzia przydatne przy wykonywaniu tego i następnych ćwiczeń. Tłumaczenia nazw narzędzi pochodzą z wersji Rhino 4.0. (nazwy mogą nieco się różnić w poszczególnych wersjach)

1) Pasek narzędzi podstawowych:

zawiera podstawowe polecenia z menu plik (nowy, otwórz, zapisz, drukuj) i edycja (wytnij, kopiuj, wklej, cofnij/przywróć), ustawienia widoku rzutni, widoczności obiektów, cienio-wania, renderowania, świateł, wymiarowania i pomoc.

Najważniejsze narzędzia:1. Przesuwanie/obracanie/przybliżanie i oddalanie widoku wybranej rzutni. Rzutnie prosto-

padłe można przesuwać bez wybrania tych narzędzi, przytrzymując prawy przycisk myszy. W widoku perspektywicznym prawy przycisk myszy powoduje obracanie kamery.

2. Ustawienia widoku w aktualnie wybranej rzutni3. Ustawienia warstw4. Właściwości aktualnie wybranego obiektu 5. Pocieniowanie aktualnie wybranej rzutni. (Prawy przycisk myszy - pocieniowanie wszyst-

kich rzutni.) Jakakolwiek zmiana usunie cieniowanie i spowoduje powrót do widoku drutowego.

6. Stałe pocieniowanie wybranej rzutni. (Prawy przycisk myszy - wyłączenie cieniowania rzutni i powrót do widoku drutowego.) Rzutnia będzie pocieniowana aż do wyłączenia.

7. Rendering. Kliknięcie prawym przyciskiem myszy - ustawienia renderingu - możliwe jest np. ustawienie rozdzielczości, rodzaju wygładzania, koloru tła, włączenie renderowania krzywych. (Standardowo renderowane są tylko bryły i powierzchnie) Renderer w Rhino nie należy do najlepszych, jednak wystarcza do prostych grafik - dla uzyskania lepszych efek-tów, trzeba wyeksportować model i użyć zewnętrznego renderera. (Np. Flamingo)

2) Linia komend:

Umożliwia zmianę parametrów wybranego narzędzia, a także ręczne wpisywanie współrzędnych rysowanych punktów, krzywych, lub powierzchni, kiedy potrzebna jest większa precyzja. (Uwaga! Ułamki dziesiętne we współrzędnych podajemy z kropką, np. 0.5 - przecinek służy do oddzielania poszczególnych liczb.)

Ćwiczenie 1 5

„ Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

3) Paski narzędzi głównych:Zawierają najważniejsze narzędzia do tworzenia i edycji obiektów.

1. Anuluj - Anulowanie zaznaczenia, lub wybranego narzędzia.2. Punkt - Tworzenie punktu. (Prawy przycisk myszy - wiele punktów)3. Narzędzia tworzenia linii krzywych, łamanych i wieloboków.4. (submenu: Powierzchnia) Narzędzia tworzenia powierzchni z krzywych

i punktów. 5. (submenu: Bryła) Tworzenie brył i kształtów podstawowych6. (submenu: Narzędzia bryły) Narzędzia operacji na bryłach - w tym ope-

racje Boole’a7. Rzutowanie krzywej na powierzchnię. Submenu: Krzywa z obiektu.8. Siatka z powierzchni/polipowierzchni - zamiana powierzchni NURBS na

siatkę polygonów, np przed eksportem do formatu 3DS.9. Połącz: Łączenie obiektów (linii lub powierzchni)10. Rozbij: Rozdzielenie połączonych obiektów11. Włączenie edycji punktów, lub punktów kontrolnych na zaznaczonym

obiekcie. Prawy przycisk myszy - wyłączenie edycji punktów. Submenu: Dodawanie/odejmowanie punktów, edycja węzłów i wag.

12. (submenu: Przekształć) przekształcenia geometryczne.

4) Submenu - Powierzchnia: Tworzenie powierzchni z linii lub punktów.

1. Powierzchnia z krzywych krawędziowych - rozpięcie po-wierzchni pomiędzy 2-4 krzywymi, niekoniecznie tworzącymi zamknięty obwód.

2. Powierzchnia z płaskich krzywych - tworzy powierzchnię z jednej, lub kilku płaskich krzywych zamkniętych.

3. Wyciągnij prosto. Tworzy z krzywej powierzchnię prostopadle do płaszczyzny, na której znajduje się krzywa.

4. Wyciągnięcie po profilach (nazwa może być trochę myląca, chodzi o lofting, czyli roz-pięcie powierzchni na krzywych) - pozwala na stworzenie dowolnej powierzchni opisanej krzywymi NURBS.

5. Powierzchnie obrotowe.6. Powierzchnie z siatki punktów.

6 Ćwiczenie 1 „Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

5) Submenu - Bryła:Bryły i kształty podstawowe.

1. Prostopadłościan - dodatkowe rozwijane menu pozwala na ustalenie innych sposobów definiowania rozmiarów bryły. (Standardowo jest to: prostokąt określający podstawę, wy-sokość)

2. Sfera - dodatkowe rozwijane menu pozwala na ustalenie in-nych sposobów definiowania rozmiarów bryły. (Standardowo jest to: środek, promień)

3. Elipsoida - dodatkowe rozwijane menu pozwala na ustalenie innych sposobów definio-wania rozmiarów bryły. (Standardowo jest to: środek, 3 promienie)

4. Stożek (definiowany przez podanie środka i promienia podstawy, oraz wysokości stożka)5. Walec (definiowany przez podanie środka i promienia podstawy, oraz wysokości)6. Tuba (definiowana przez podanie środka podstawy, dwóch promieni - wewnętrznego

i ewnętrznego, w dowolnej kolejności - i wysokości bryły)7. Torus (definiowany przez podanie współrzędnych środka, promienia i grubości)8. Rura - do utworzenia tej bryły wymagane jest najpierw narysowanie krzywej, na której

będzie ona opisana. Następnie podajemy promienie przy obu końcach rury i opcjonalnie w kilku dodatkowych wybranych miejscach.

6) Submenu - Narzędzia bryły:Przekształcanie i łączenie brył - operacje Boole’a.

1. Suma Boole’a - suma logiczna 2, lub większej liczby brył.2. Różnica Boole’a - różnica logiczna między 2 zestawami brył. (po wy-

braniu brył ‘dodatnich’ nacisnąć enter, aby rozpocząć wybieranie brył ‘ujemnych’ - każda bryła z drugiego zestawu zostanie odjęta od każdej z pierwszego zestawu)

3. Część wspólna Boole’a - iloczyn logiczny 2 zestawów brył.4. Zaokrąglenie krawędzi.5. fazowanie.

7) Submenu - Przekształć:Bryły i kształty podstawowe.

1. Obrót. Po zaznaczeniu obiektów i środka obrotu wskazać myszą kąt początkowy i końcowy, lub wpisać wymagany kąt wynikowy w linii komend.

2. Skalowanie - w podmenu możliwe jest wybranie zmiany roz-miaru tylko w 2, lub 1 wymiarze.

3. Odbicie lustrzane.4. Rozłożenie obiektów w szyku biegunowym.

Ćwiczenie 1 7

„ Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

1.1.4. Interfejs - warstwy

Ustawienia warstwOtwarte okna: warstwy, właściwości obiektu.

Okno warstw pozwala na dodawanie, lub usuwanie warstw, zmianę wyświetlanego koloru, blokowanie obiektów przyporządkowanych do konkretnej warstwy, lub zmianę ich widoczności.

Przy większych projektach przypisanie obiektów do różnych warstw znacznie ułatwia organizację pracy - obiekty przypisane do różnych warstw będą rysowane innym kolorem, można też zaznaczyć jednym polece-niem wszystkie obiekty przypisane do konkretnej war-stwy (z podmenu Edycja w menu głównym). Kliknięcie na ikonkę kłódki przy wybranej warstwie w oknie warstw powoduje zablokowanie wszystkich obiektów do niej przypisanych - nie będzie ich można zaznaczyć, co ułatwi zaznaczanie pozostałych obiektów w zatło-czonej scenie.

Aby przypisać wybrany obiekt do innej warstwy, należy po jego zaznaczenie otworzyć okno właściwości i wybrać inną warstwę w zakładce Obiekt. (Powinna być zaznaczona standardowo, jeśli okno nie było wcześniej otwierane.)

Na rysunku poniżej prostopadłościan został przypisany do innej warstwy, niż sfery - jest więc oznaczony innym kolorem.

8 Ćwiczenie 1 „Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

1.2. WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Zapoznanie się ze sposobami modelowania i łączenia brył podstawowych w Rhino2. Wykonanie 2 modeli - uproszczonego modelu siłownika wg dołączonej instrukcji,

oraz samodzielne wymodelowanie tulei, lub wymyślonej przez siebie sceny.

1.2.1. Zadanie 1 - siłownikWykonać model siłowniczka korzystając z brył podstawowych i narzędzi bryły, wg

poniższej instrukcji.

1) Narysować tubę - kolejne wymiary można wprowadzać klikając myszą, lub wprowadzając współrzędne w linii poleceń. (W rysunku przykładowym ma ona wymiary: długość: 25, promienie: 5 i 6.5) Dla wygody dobrze jest umieścić środek jednej z podstaw w środku układu współrzędnych. (Najlepiej wpisać jego współrzędne w linii komend kiedy program o to zapyta)

Standardowo na wybranej rzutni zaznacza się tylko średnicę rury, a jej główna oś będzie do niej prostopadła (to samo dotyczy też walców). Można jednak narysować całą rurę na jednej rzutni, wyłączając ograniczenie kierunkowe. Po wybraniu polecenia tuba, lub walec, w linii poleceń wpisać o, po czym nacisnąć enter.

Pojawi się pytanie o rodzaj ograniczenia - wpisać b i wcisnąć enter, żeby je wyłączyć.

Ćwiczenie 1 9

„ Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

2) Narysować walec , prostopadły do stworzonej wcześniej tuby. (Wymiary użyte w rysunku przykładowym: promień: 7, wysokość: 14) Ponownie - dla wygody można wyłąc-zyć ograniczenie kierunkowe także dla polecenia walec.

3) Narysować walec współosiowy z tym punktu 2, o nieco mniejszej średnicy - może być też trochę dłuższy. (Wymiary przykładowe: promień: 5, wysokość: 16)

4) Łączenie brył. Z menu Narzędzia bryły wybrać polecenie Suma Boole’a , zaznaczyć dwa pierwsze walce i nacisnąć enter. Bryły zostaną scalone.

5) Tworzenie otworu. Wybrać poecenie Różnica Boole’a . Wskazać dodatni zestaw brył (czyli bryłę utworzoną w poprzednim kroku), nacisnąć enter, aby przejść do wyboru brył ujemnych (walec utworzony w kroku 3), nacisnąć enter, aby potwierdzić.

10 Ćwiczenie 1 „Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

6) Fazowanie. Z menu Narzędzia bryły wybrać narzędzie Faza o zmiennym promieniu . W linii poleceń wpisać odległość fazy: 0.5 i nacisnąć enter.

Zaznaczyć do fazowania wewnętrzne krawędzie otworów - najwygodniej zrobić to po przybliżeniu widoku 3D, po czym wcisnąć enter dla potwierdzenia. Program spyta o końcową odległość fazy. Ponieważ jest ona taka sama, jak początkowa, wystarczy ponownie wcisnąć enter.

7) Zaokrąglenie krawędzi. Z menu Narzędzia bryły wybrać Zaokrąglenie o zmiennym promieniu . Wpisać promień zaokrąglenia: 0.5, wcisnąć enter i zaznaczyć zewnętrzne krawędzie walców.

gotowy obiekt po zaokrągleniu krawędzi i włączeniu cieniowania:

Ćwiczenie 1 11

„ Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

9) Analogicznie wykonać drugą część siłowniczka.

1.2.2. Zadanie 2: Do wyboru A lub B:

A) Zadanie CADowskie: Wykorzystując bryły podstawowe i narzędzia brył wykonać tuleję z poniższego rysunku (na rysunku widok w przekroju). Wszystkie fazy to 0.5x45, nieopisane promienie zaokąglenia to 0.5. Tuleja składa się z 6 współosiowych walców o różnych długościach i średnicach, i jednego prostopadłego do nich, odpowiednio dodanych, lub odjętych od siebie.

12 Ćwiczenie 1 „Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej

B) Zadanie graficzne - Zamodelować dowolną wymyśloną przez siebie scenę wykorzystując bryły i operacje Boole’a.

1.3. LITERATURA

1. www.rhino3d.com/tutorials.htm

Ćwiczenie 1 13

„ Modelowanie w Rhino - bryły podstawowe, operacje Boole’a”

Laboratorium Grafiki Komputerowej