Модификаторы Cloth & Garment Maker

    Движок Cloth предоставляет современные инструменты для создания различных тканей и индивидуальной одежды, для персонажей и всяко разных существ J.

 Лаура Жоржа Вальзера

Система Cloth состоит из двух модификаторов:

ü  Модификатор Cloth отвечает за симуляцию движения ткани, т.е. за то, каким образом она взаимодействует с окружающей средой, в которой могут находиться Collision–объекты (например персонаж или стол)

ü  Внешние силы, такие как – гравитация и ветер.

Модификатор Garment Maker, представляет из себя специализированный инструмент для создания  3d–одежды из  2d (двумерных) сплайнов аналогично тому, как в реальности создаётся одежда – сшиванием плоских выкроек.

Создавать ткань можно двумя способами:

1.                   Путём создания Cloth–объектов стандартными методами моделирования 3ds Max_а, и последующего применения к ним модификатора Cloth.

2.                   Путём разработки виртуальных шаблонов одежды, для формирования полного её облика, используются сплайны, которые сшиваются в виде всевозможных виртуальных выкроек,  задействуя для этого модификатор Garment Maker.

С Garment Maker_ом Вы даже можете импортировать сплайновые шаблоны из сторонних приложений и использовать их в качестве своих заготовок.

Темы в этом разделе

Cloth and Garment Overview

Cloth является передовым движком симуляции ткани, что позволяет создавать реалистичную одежду для персонажей и других моделей. Cloth предназначен для совместной работы с инструментами моделирования в 3ds Max и может превратить почти любой 3D – объекты в ткань; он также позволяет создавать одежду с нуля.

Cloth Modifier

Модификатор Cloth это сердце системы моделирования Cloth, и он применяется ко всем объектам, которые должны быть частью Cloth–симуляции. Настройкой его параметров определяются Cloth–объекты и объекты столкновения (Collision–объекты), назначаются их свойства, и реализуется имитационное моделирование. Другие элементы управления включают в себя создание ограничивающих условий, интерактивное перемещение ткани, удаление частей симуляции.

Garment Maker Modifier

Garment Maker – является модификатором, который предназначен для сшивания отдельных выкроек в единые 2D шаблоны, которые затем можно использовать с модификатором Cloth.  С Garment Maker_ом можно взять простой, плоский сплайнообразный шаблон и конвертировать его в сетку, расположить в определённой последовательности эти плоскости и создать швы, для их соединения (сшивания). Также, для складок и разрезов можно указать  Внутренние линии шва. 

Cloth является передовым движком симуляции ткани, что позволяет ему создавать реалистичную одежду для персонажей и других моделей. Cloth предназначен для совместной работы с инструментами моделирования в 3ds Max и может превратить почти любой 3D – объекты в ткань; он также позволяет создавать одежду с нуля.

Прежде чем начать работать с Cloth, мы рекомендуем Вам прочитать этот обзор. Он содержит справочную информацию по технологии моделирования ткани, так что Вы можете начать осваивать этот модификатор именно с обзора основных принципов его работы. Это даст Вам более широкое понимание того, как лучше настроить ткань в сцене, то, как она ведёт себя и  предоставит в Ваше распоряжение целый ряд современных элементов управления.

Как художник и творец, Вы можете использовать эти знания для шитья (это не каламбур), а также для определения того, как ткань будет влиять и взаимодействовать с Вашей сценой, и как Вы можете наилучшим образом воспользоваться этим программным обеспечением.

Технология Симуляции Тканей

Технология симуляции ткани это процесс тиражирования движения и деформаций частей ткани или одежды, для имитации их реального поведения. Для того, чтобы создать работающую симуляцию ткани, сначала Вам нужен Cloth–объект, такой как скатерть или пара брюк. Затем Вам понадобится что-то, что будет взаимодействовать с тканью. Это может быть объект столкновения такой как столешница, или нога персонажа, или же это может быть сила: ветер, или гравитация.

Недостатки

В то время как Cloth призван помочь Вам в создании одежды для Ваших моделей, Вы должны понимать, что по своей природе Cloth–симуляция это всего лишь приближённое состояние того, как ткань будет реагировать в определённых заданных условиях. Эта система имеет некоторые ограничения.

Одним из наиболее важных аспектов работы с Cloth является время, а именно – его количество, затраченное на создание симуляции. При желании создать полностью корректную симуляцию ткани, можно столкнуться с проблемами. Даже на быстром компьютере  просчёт динамики ткани на таком уровне точности (и геометрической детальности) может уйти в бесконечность. Поэтому Вам предстоит научиться пропорционально уменьшать размер модели, возвращая его до разумного уровня.

Это вовсе не означает, что Вы не можете получить реалистично выглядящей ткани (одежды), это скорее значит, что существуют компромиссы и Вы должны быть готовы пойти на них.

Компромиссы

 Для того, чтобы создать правдоподобную модель, необходимо сбалансировать время просчёта в противовес качеству и точности. Чем большее время тратится на просчёт, тем более точную и качественную модель вы получите. Ведь нет необходимости делать модель в 10 000 полигонов, если можно добиться одинаково хорошей формы с 3000 полигонов. Те же самые правила распространяются и на Cloth – симуляцию.

Внутренние и внешние силы

В процессе Cloth – симуляции в игру вступают различные силы и процессы. Некоторые внутренние силы такие как: изгиб растяжение и сдвиг позволяют деформировать ткань в реалистичной манере. Внешние силы, такие как гравитация, ветер, и столкновения создают взаимодействие ткани с окружающей средой. Для того, чтобы получить хорошую, красивую модель, большинство, или все из этих сил должны вступить в игру. Без них, кусок ткани останется плоской, безжизненной плоскостью.

Collision Detection (проверка на пересечения)

Во время «одевания» рубашки или пары брюк на персонаж, нам совсем нежелательно, чтобы какая-либо часть его тела выступала через ткань. Желаемый результат это скорее наличие смятой одежды вокруг сетки, чем проступание сквозь неё. Это делается при помощи collision detection (проверка на пересечения с тканью). Вы сообщаете системе Cloth–симуляции, какие объекты будут действовать как ткань, а какие из них будут выступать в качестве объектов столкновения.

Попросту говоря Cloth–объекты выпускают из вершин ткани виртуальные «щупальцы», чтобы увидеть есть ли какие-нибудь другие объекты, с которыми бы они могли столкнуться (пересечься). Когда одна из таких «щупалец» ударяется о что-то, симуляция понимает, что она должна деформировать ткань. Важно помнить, что сетка Cloth–объекта с большим количеством вершин имеет большее количество этих самых «щупалец», а следовательно может сделать проверку на пересечения лучше. Это очень важно потому, что если Вы работаете с высокополигональным персонажем (объект столкновения), тогда нужно увеличить плотность ткани, иначе высокополигональная сетка будет выступать через низкополигональную сетку Cloth–объекта. Причина этого заключена в том, что Cloth–объекту не хватает «щупалец» для обнаружения всех деталей объекта столкновения.

Альтернатива этому кроется в добавлении одной или нескольких низкополигональных Proxy–сеток к текущему персонажу. Таким образом, отпадает необходимость Cloth–объекту иметь такую высокую плотность, которая замедляла бы симуляцию. Плотность сетки мы рассмотрим чуть позже в следующем разделе.

Ну и наконец, если вы моделируете быстро движущиеся Cloth–объекты, возможно придётся увеличить значение плотности, что в свою очередь даст Вам преимущество в большем количестве «щупалец». Также в процессе симуляции, для более частой проверки на пересечение с объектом столкновения, можно регулировать размер шага.

Одежда и обзор создаваемых образцов

Традиционно, выкройка вырезается из плоских кусочков ткани и затем сшиваются вместе. Место, где одна часть ткани пришивается к другой, называется «швом». Формы таких выкроек как правило симметричны, где левая часть одежды соответствует правой.

Юбка

 Самым простым образцом является юбка, состоящая из двух частей с аналогичной передней и задней формой. Задняя форма чуть больше, чем передняя за счёт бёдер и ягодиц.

Эти формы сшиваются по бокам, чтобы создать одну простую форму юбки!

 Нижний край одежды называется подолом. В модели юбки, линия талии и подол слегка изогнуты.

Когда человек надевает юбку, плоская часть изгиба располагается на талии, в то время как остальная часть юбки спадает в складки на подоле. Поскольку обе части и линия талии и подол изогнуты, юбка спадает на одинаковую длину со всех сторон.

Рубашка

Модель рубашки несколько сложнее. Простая модель футболки состоит из двух частей, одна передняя, вторая задняя. Воротник с задней части немного больше, чем с передней. Её следует сшивать по бокам и плечам, оставляя отверстия для рук открытыми

 Рубашке можно добавить рукава. Образец рукава имеет конусообразную форму.

 Возможно, Вам не сразу будет понятно, как модель превращается в рукав. Большой выступ конуса соответствует верхней части плеча, чтобы оставалось место для движения рук.

 Брюки

Образец брюк имеет в своей верхней части изогнутую форму для размещения в ней бёдер. Более длинный, прямой край это внешний шов, в то время как более короткий это внутренний шов. Верхний изгиб соответствует животу или ягодицам, а нижний - области промежности.

 Каждая часть – это двойной разрез. Две передние части сшиваются вместе вдоль паховой области и две задние части, сшиваются тем же самым способом. Затем передняя часть крепится к задней  внутренними и внешними швами.

 Вытачки

Это ромбовидные отверстия в плоскости или V–образные вырезы на краях одежды (см. рис. ниже), которые, при сшивания возьмут на себя создание соответствующих изгибов формы.

Вытачки когда-то были общей частью повседневной женской одежды, главным образом  в блузках и платьях. Однако они не требуются на свободно облегающей и эластичной одежде. Сегодня они используются в основном в более официальном стиле одежды и одежде сшитой на заказ.

Создание одежды и технологии

Один из способов создания одежды это разложить шаблон ткани и назначить вверх его стека Garment maker.

Garment maker – модификатор, использующийся для сшивания выкроек. С его помощью Cloth–панели  (выкройки) позиционируются относительно объекта и им назначается необходимая плотность. Garment maker можно использовать для создания швов по тем или иным выкройкам, которые разложены на плоскости, это самый распространённый подход, либо визуально: простой используя для этого 3D–макет.

В реальности одежда создаётся путём вырезания формы из кусков ткани, которые сшиваются вместе нитками вдоль швов. Garment maker имитирует этот метод. Сначала необходимо создать шаблон (выкройку), который будет определять форму плоскости. Выкройки для одежды обычно имеют формы, с которыми мы не сталкиваемся в повседневной жизни. Те из нас кто не является опытным дизайнером одежды, могут испытать сложности, создавая эти формы с нуля. Лучше всего начать с образца сделанного кем-то другим.

Движок Cloth содержит множество шаблонов для рубашек, брюк, курток и так далее. А также Вы можете приобрести программное обеспечение, которое будет генерировать эти шаблоны в формате «.DFX»

Одна из программ, которая делает это: PatternMaker, доступная по адресу:

http://www.patternmaker.com.

Когда Вы захотите выйти за рамки редактированных шаблонов, которые включает в себя движок Cloth, часто бывает полезно использовать такие приложения, которые могут помочь создать образцы и самому ознакомиться с процессом.

Выкройка для футболки и уже сшитая при помощи Garment maker рубашка

Моделирование одежды

Garment maker – очень полезный инструмент для создания выкроек одежды и корректировки швов на них, но хороших результатов моделирования также можно достичь и стандартными инструментами 3ds Max, с использованием поверх этих сеток движка Cloth. Одежду можно создавать и  полигонами, Patch_ми, NURBS_ми.

Важно понимать, что готовая модель не должна иметь перекрывающихся вершин или взаимопроникающих фейсов. Такого типа геометрия может привести к неудачной симуляции. Используя Garment maker , Вы не столкнётесь с подобными проблемами. Если Вы внимательны при создании сетки, то следовать этому правилу (корректной геометрии) очень легко. 

Плюсы и минусы

При создании одежды, как правило, лучшим вариантом является использование Garment maker. Это даёт возможность определить места швов, их прочность, складки и др. параметры одежды, которые нельзя смоделировать с помощью других методов. Те или иные методы позволяют распознавать отдельные участки одежды, в зависимости от материала, но Garment maker даёт гораздо больший контроль над этими параметрами.

 Преимущества использования готовой одежды заключается в том, что иногда лучше и  быстрее настроить хорошо знакомый приём, а это удобно с точки зрения видоизменения старой модели одежды, сделанной в прошлом. Использование готовой полигональной модели может привести к слишком ровным загибам и складкам. Garment maker использует «Делоне» –сетку, которая стремится избежать этих проблем. Тем не менее, неправильная триангуляция может привести к артефактам на рендере для тканей с низкой разрешающей способностью (с низкой плотностью сетки), поэтому на одежде созданной при помощи  Garment maker, после Cloth целесообразно применять модификатор HSDS  и одноуровневое подразбиение треугольников.

Замечание: Meshsmooth  в сочетании с сеткой от Garment maker не даёт хорошо сглаженного результата.

Как Cloth работает

Движок Cloth в 3ds Max существует как пара модификаторов: Garment Maker и Cloth. Используя эти два модификатора можно превратить почти любой объект в Cloth–объект, или же можно создать одежду, используя более традиционные методы: из двумерного шаблона, а затем сшить вместе эти две плоскости. Однако прежде чем вникать в особенности этих двух модификаторов, не лишним будет обсудить то, как заранее спланировать использование модификатора Cloth. А это включает в себя следующие аспекты: каким образом геометрия влияет на поведение ткани, а также плотность сетки, используемой в качестве материала ткани.

Влияние геометрии на ткань

Идеальный вариант это когда геометрия ткани не влияет на её поведение. Однако на практике характеристики геометрии оказывают своё воздействие на симуляцию. Прежде всего, плотность сетки определяет качество возможных складок. Если Вы создаёте плоскость всего из девяти вершин, то когда Вы задрапируете её материалом, очевидно что не получите достаточно детализированных складок. В дополнение к этому, в сетке существует такое понятие как качество рёбер. Складки могут появиться только на рёбрах расположенных м/у треугольниками, таким образом, равномерность или неравномерность сетки, определяет получаемые деформации материала. Например, плоскость у которой все рёбра треугольников выровнены по гипотенузе, приведёт к тому, что складки выровняются по этим рёбрам. Garment maker создаёт сетку с неравномерным размещением (но довольно равных по размеру и близким к равносторонним) треугольников, что позволяет избежать смещения складок. Однако это тоже может привести к появлению артефактов у тканей с низкой плотностью сетки, поэтому рекомендуется после Garment maker, применять модификатор HSDS и одноуровневое подразбиение треугольников.

Замечание: Meshsmooth  в сочетании с сеткой от Garment maker не даёт хорошо сглаженного результата. 

Слева: Рубашка с низкой плотностью «Делоне»-сетки;

Справа: та же рубашка с применённым модификатором HSDS поверх Cloth.

Замечание: В стеке м/у Garment maker  и  Cloth  никогда не должно быть модификаторов, изменяющих топологию сетки. Например, Unwrap UVW можно использовать, такие модификаторы как Editable Mesh, Meshsmooth или HSDS – НЕЛЬЗЯ.

Тип геометрии, с которым Вы работаете, может иметь большое влияние на поведение ткани. Наверняка при моделировании Вы привыкли использовать треугольные и четырёхугольные полигоны. Garment maker же использует сетку «Делоне–подразбиения», которая активирует неоднородную деформацию.

При использовании 4-х угольных полигонов во время симуляции опасайтесь получения однородных и симметричных результатов.

Слева: полигональная сетка;

Справа: «Делоне»-сетка.

Cloth. Плотность сетки

Важно помнить о том, какую плотность должна иметь сетка, для достижения желаемого результата. Слишком плотная – замедлит систему, а при очень маленькой плотности Вы не получите достаточной детальности и желаемых складок.

Например, если к цилиндру, содержащему всего несколько сегментов применить модификатор Bend, результат будет угловатый и неровный. С другой стороны, если создать цилиндр с 1000 сегментов, это приведёт к неоправданному расходованию ресурсов. Тоже самое относится и к ткани. Вам необходимо найти баланс м/у уровнем детализации и подходящей для конкретной сцены производительностью.

«Низкая», «Средняя» и «Высокая» плотности сетки и примеры их деформации.

Замечания по модификатору HSDS

Использование модификатора HSDS для добавления деталей модели, может стать эффективным решением, которое позволит создав сетку с меньшей плотностью, получать качественные результаты. Тем не менее, если Вы решили использовать модификатор HSDS  поверх модификатора Cloth, то ниже него Вы можете применить модификатор Edit Mesh для «сварки» вершин вдоль швов. Это убережёт сетку от распада на части в области швов т.к. HSDS подразбивает её.

Выше показано, как при использовании модификатора HSDS должен выглядеть стек. Edit Mesh используется в этом промежутке для «сварки» в месте стыка панелей, через их вершины. Если нужно сохранить «морщинистость» швов, то Вам следует к тому же применить модификаторы Mesh Select и Smooth, чтобы заново выбрать плоскости в ширину этих швов и применить к  ним различные группы сглаживания.

Программное обеспечение для изготовления шаблонов ткани

Ниже приведён список программного обеспечения традиционно использующегося для создания тканей, одежды, которое можно задействовать для создания шаблонов одежды, с последующим её импортом в 3ds Max и совместное использования с модификатором Cloth. Убедившись в активном интернет-соединении, кликните на имени программного обеспечения, чтобы отобразить имена сайтов производителей данного ПО.

·        Fashion CAD

·        PatternMaker

·        Wild Ginger Software

·        Autometrix

·        AccuMark Pattern Design

·        TUKATECH

Смотрите также:

·        Cloth Modifier

·        Garment Maker Modifier

_________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________

_________________________________________________________________________________