Реферат: Профессиональное программное обеспечение для подготовки специалистов по специальности и бакалавров по профилю

Профессиональное программное обеспечение для подготовки

специалистов по специальности и бакалавров по профилю

«Информационные технологии в дизайне»


*Романов В.Е., **Сидорук Р.М., **Райкин Л.И., **Соснина О.А.

(*Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна,

**Нижегородский ОЦНИТ НГТУ им.Р.Е.Алексеева)


Предложенное в свое время Томасом Мальдонадо и утвержденное VI Конгрессом ИКСИД (ICSID -International Council of Societies of Industrial Design) определение дизайна позиционируется как   творческая деятельность, целью которой является определение формальных качеств изделий. Эти качества включают его внешние черты, а также структурные и функциональные взаимосвязи, превращающие изделие в единое целое как с точки зрения потребителя, так и с точки зрения изготовителя [1]. По-другому, дизайн (от англ. design - проектировать, чертить, задумывать) это вид деятельности, связанный с проектированием предметного мира. Дизайн часто еще называют художественным конструированием или технической эстетикой. Специалисты по дизайну разрабатывают образцы рационального построения предметной среды (зданий, изделий, интерьеров, ландшафта и пр.), изучают ее эстетические, эргономические, экологические и функциональные свойства.

Области деятельности, в которых информационные технологии позволяют дизайнеру реализовать возможности, недостижимые в традиционной ручной технологии весьма обширны:

Рекламно-маркетинговая и проектно-конструкторская деятельность для управления жизненным циклом продукта (Product Life Cycle Management - PLM).

Архитектурно-строительная деятельность и управление жизненным циклом инфраструктуры (Infrastructure Life Cycle Management - ILM).

Моделирование одежды, интерьера, ландшафта, окружающей среды и т.п.

Декоративно-прикладное искусство, художественные промыслы и культурное наследие.

Коммуникационный и информационный обмен (Интернет-сайты, порталы, вебинары, чаты, блоги и т.п.).

Медиа индустрия (телевидение, печатные издания, кинопродукция).

Индустрия развлечения (компьютерные игры, навигаторы, планетарии и др.).

Образование и медицина.

Объектом дизайна может стать создаваемое новое изделие или тюнинг существующего (промышленный дизайн), равно как комплект, ансамбль, комплекс или система в любой сфере жизнедеятельности людей. Технологии компьютерного дизайна широко используются в моделировании изделий, одежды, интерьера, ландшафта, в градостроительном и архитектурном проектировании, в рекламе, в разработке интерфейса. Компьютерный дизайн применяет технологии мультимедиа, виртуальной реальности и др. Широкое распространение Интернета привело к появлению и развитию нового направления в компьютерной графике web-дизайну.

Во времена, когда еще не существовали информационные технологии, а о трехмерной графике никто еще и не мечтал, дизайнерам приходилось вручную набрасывать эскизы своих проектов, а потом разрисовывать их, придавая им максимальную реалистичность. Для особо сложных проектов иногда делались специальные макеты. Но даже самый лучший макет лишь отдаленно напоминал проектируемый объект, поскольку не учитывал таких существенных особенностей, как освещение, материалы и окружающую среду. После всех выполненных работ заказчик мог получить не совсем то, что ему хотелось.

Первые публикации в области информационного (компьютерного) дизайна появились в 70-х годах ХХ-го века параллельно с публикациями по компьютерной графике. Несмотря ни на большую стоимость первых систем для трехмерного моделирования, ни на чудовищные по тем временам требованиям к аппаратному обеспечению, трехмерную графику с самых ранних этапов ее развития стали использовать для дизайна и анимации.

Широкое использование компьютерной графики в дизайне способствует усилению у дизайнеров образного мышления, пространственной и художественной интуиции, визуального воображения, обладающего значительно большей информационной производительностью по сравнению с вербально-логическим мышлением, лежащим в основе интеллекта. В современных информационно-коммуникационных технологиях визуализация, дизайн и виртуализация играют ведущую роль.

Современное состояние компьютерного дизайна характеризуется широким использованием профессиональных программных продуктов со стандартными графическими форматами.

С появлением программ Autodesk 3ds max и Maya произошел переворот в индустрии дизайна. Художники, модельеры и архитекторы получили в свои руки мощные инструменты, позволяющие создавать изображения, учитывающие материалы моделей сцены, источники света, их интенсивность и множество других факторов (рис.1).




а)




б)


Рис.1. Фрагмент виртуальной модели «Нижегородский Кремль» в 3ds Max

а) – вид с западной стороны, б) – вид с восточной стороны


В настоящее время под компьютерным дизайном подразумевается художественное проектирование с широким использованием 3D- и виртуального моделирования.

Создание реалистичного изображения состоит из:

моделирования объектов трехмерной сцены;

визуализации и встраивания в окружающую среду;

анимации изделий или персонажей.

В последнее время заявили о себе концепции цифрового макета изделия - цифрового прототипа (Digital Prototyping) и информационной моделили здания (Building Information Modeling), используемые для концептуального дизайна, испытания функций и формы изделий, архитектурных объектов, помещений, оборудования, рекламы, разработки в области виртуального моделирования возможного и безопасного эксперимента и др.

Полный цифровой прототип является виртуальным опытным образцом готового изделия и служит для его оптимизации и проверки [3]. Это снижает потребность в строительстве дорогостоящих физических опытных образцов. Технология цифровых прототипов дает дизайнерским, проектным и производственным подразделениям возможность изучить изделие, прежде чем оно станет реальностью. С помощью данной технологии производители могут создавать проекты, проверять, оптимизировать их и управлять ими с момента создания концепции до стадии изготовления. Использование цифровой модели во время разработки проекта помогает конструкторам обмениваться информацией с заинтересованными сторонами, быстрее выводить продукцию на рынок, делать ее все более современной. Практически отпадает необходимость создания дорогостоящих опытных образцов, так как все испытания и тесты выполняются в виртуальном режиме.

Реализация концептуального дизайна как первой стадии создания цифрового прототипа может быть реализована в виде технологической линейки взаимодействующих программных продуктов компании Autodesk.

Линейка профессиональных программных продуктов для промышленного концептуального дизайна включает:

Autodesk Alias Design - средство, необходимое для разработки инновационного дизайна товаров народного потребления. Приложение поддерживает все аспекты разработки дизайна - от создания первоначальных набросков до моделирования высококачественных поверхностей.

Autodesk AliasStudio - набор инструментов для творческого процесса проектирования, помогающих компаниям создавать дизайнерские решения.

Autodesk ImageStudio - захват и представление концепции конструкции путем трансформирования 3D моделей в сложные тонированные изображения.

С помощью Autodesk AliasStudio замысел проектировщика последовательно реализуется от эскиза к цифровой 3D модели. Обмен проектными данными осуществляется через файлы общепринятых форматов, что позволяет включать данные концептуального дизайна в цифровые прототипы.

В настоящее время качественный дизайн машин и механизмов является их неотъемлемой составляющей, поэтому еще на самых ранних стадиях разработки проекта дизайнеры и конструкторы должны достичь полного взаимопонимания по вопросам внешних контуров изделия и его органов управления. Autodesk Showcase позволяет создавать точные и реалистичные графические изображения по цифровым 3D моделям, встраивать их в окружающую среду, что способствует принятию обоснованных проектных решений. Среда Showcase облегчает процесс демонстрации и проверки проектов перед принятием важных решений. Изображения, полученные в Showcase можно сохранять в файлах формата Photoshop.

Эскизы дизайнеров, разработанные в ^ Autodesk AliasStudio, передаются в Autodesk Inventor для создания точных цифровых 3D - прототипов моделей деталей и изделий (рис.2), позволяющих всесторонне изучать поведение изделий по мере их разработки, а также в Autodesk 3ds Max, воплощающий проектные данные в тонированные изображения и анимирующий цифровой прототип.

Рассмотрим некоторые аспекты компьютерного дизайна.

Моделирование – сложный процесс, результатом которого является законченная трехмерная сцена в памяти компьютера. Моделирование состоит из создания отдельных объектов сцены с их последующим размещением в пространстве.

Среди множества подходов к созданию трехмерных моделей объектов можно выделить несколько основных, предлагаемых сегодня в наиболее успешных программах 3D-графики:

создание твердых тел с помощью булевых операций — путем добавления, вычитания или пересечения материала моделей;

формирование сложных полигональных поверхностей путем полигонального или NURBS-моделирования;

применение модификаторов геометрии.





Рис.2. Дизайнерская модель тостера, выполненная в Autodesk AliasStudio

и переданная в ^ Autodesk Inventor


Кроме того, дизайнер может использовать различные эффекты окружающей среды (туман, объемный свет), эмулировать потоки частиц, огонь, жидкость и многое другое, что позволяет достигать большей естественности изображения. В 3ds max развиваются инструментальные средства для моделирования одежды, волос, шерсти. Существуют специализированные модули для создания различных моделей людей, видов растений, элементов интерьера и пр.

Визуализация, чаще называемая рендерингом (от англ. render - превращать, переводить), – важнейший этап формирования трехмерного изображения, заключающийся в проецировании сцены на экран компьютера с учетом освещенности, материалов объектов сцены и определенной точки взгляда. В памяти компьютера сцена сохраняется в пространственном виде. Для создания плоского изображения компьютеру нужно рассчитать интенсивность освещения в каждой точке формируемого рисунка (в каждом пикселе экрана). При наличии в сцене большого количества источников света, сложных по форме объектов, по-разному отбивающих, преломляющих или поглощающих свет, такие расчеты способны занять очень много времени даже на весьма производительной машине.

Технологии рендеринга можно разделить на две большие категории: первая из них учитывает воздействие света только от непосредственных источников (локальное освещение), а вторая – обрабатывает отражение света от вторичных источников (глобальное освещение). Самих же методов расчета интенсивности света насчитывается немало. Наиболее известный из них – трассировка лучей (ray tracing). Метод основан на отслеживании путей всех лучей в сцене от их источников до глаза наблюдателя. Картинка при этом получается намного реалистичнее, однако сам метод очень ресурсоемок.

Важным этапом визуализации является текстурирование, то есть процесс наложения текстур на модели. Текстурами может быть любое двухмерное изображение. Необходимость в текстурах возникла из-за того, что материал или цвет объектов не всегда однородны, вследствие чего простого задания оптических свойств материала не всегда достаточно для получения реалистичной поверхности объекта. Текстурой, например, может быть изображение волокон дерева, наложенное на грани объекта, моделирующего деревянную доску. Анимация во многом похожа на дизайн. Движущееся объемное изображение на экране всегда впечатляет, однако ресурсов на него затрачивается на порядок больше, чем при формировании обычной картинки.

Процесс создания анимации состоит из трех этапов:

моделирование объектов, участвующих в анимации;

задание перемещения, деформации и взаимодействия объектов сцены посредством формирования ключевых кадров;

создание анимационного ролика, включающее в себя последовательный рендеринг каждого отдельного кадра (с учетом изменяющегося освещения, положения и формы объектов) и соединение всех кадров.

Сам процесс анимации может быть простым и сложным. Простая анимация подразумевает перемещение относительно траектории (изменения координат центра модели), вращение и деформацию модели. Сложная анимация применяется, как правило, при создании анимированных персонажей. При этом поначалу описываются ограничения атомарного движения персонажа, а затем следует этап генерации сложных движений на основе последовательности атомарных движений.

Кроме оформления компьютерно-графической документации (чертежи, схемы, эскизы планировки и т.д.), в компьютерном дизайне большую роль играют информационные технологии построения и обработки изображений (растровых, векторных и гибридных). При этом под обработкой изображений понимается любая форма обработки информации, для которой входные данные представлены изображением, например, фотографиями или видеокадрами. Обработка изображений может осуществляться как для получения изображения на выходе (например, подготовка к полиграфическому тиражированию, к телетрансляции и т. д.), так и для получения другой информации (например, распознание текста, подсчёт числа и типа клеток в поле микроскопа и т. д.). Кроме статичных двухмерных изображений, обрабатывать требуется также изображения, изменяющиеся со временем, например видео (рис.3).

Типичными задачами обработки изображений являются:

Геометрические преобразования, такие как вращение и масштабирование.

Цветовая коррекция: изменение яркости и контраста, квантование цвета, преобразование в другое цветовое пространство.

Сравнение двух и более изображений.

Комбинирование изображений различными способами.

Интерполяция и сглаживание.

Разделение изображения на области.

Редактирование и ретуширование.

Расширение динамического диапазона путём комбинирования изображений с разной экспозицией.

Компенсация потери резкости, например, путём нерезкого маскирования.

Отметим наиболее распространенные в мировой практике компьютерного дизайна профессиональные пакеты обработки изображений, которые могут быть рекомендованы





Рис.3. Фрагмент дизайна ИС «Нижегородская ярмарка»,

выполненный с использованием технологий нелинейного видеомонтажа

(Графический пакет ^ Adobe Photoshop CS4 - для обработки графики и создания

дизайна системы, Adobe Premiere CS4 - для обработки видео и

Microsoft PowerPoint - для создания презентаций)


для освоения дисциплин специальности (по ГОСам 2-го поколения) или бакалавра по профилю (по ФГОСам 3-го поколения) «Информационные технологиив дизайне»:

- в растровой графике: ^ Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint, Corel Painter и др.

- в векторной графике: CorelDRAW, Adobe Illustrator, Adobe Indesign, Adobe Streamline, Macromedia FreeHand и др.

- в гибридной графике: Spotlight компании CSoft Development;

Для создания обучающих проектов, интерактивных презентаций, видеороликов и программ для Internet часто используют Macromedia Director.

Для создания и воспpоизведения мультимедиа-инфоpмации может использоваться пpогpамма ^ Multimedia Windows, а для дизайнеров и художников, работающих с дигитайзерами и планшетными ПК – Autodesk ShetchBook Pro.

При подготовке специалистов и бакалавров целесообразно широко использовать информационные обучающие системы (значительный набор которых разработан и используется НОЦ НИТ), учебники и учебные пособия [4,5], графическую периферию (сканеры, плоттеры, графические планшеты и др.).


Литература и источники информации

http://ru.wikipedia.org/wiki

http://www.autodesk.ru

Райкин Л.И., Райкин И. Л., Сидорук Р. М., Кабанова Т. Ю. Создание цифровых прототипов с помощью технологий Autodesk. Часть 1. Этап концептуального дизайна. CAD/CAM/CAE Observer. № 1. 2010. Стр.28-34.

Сидорук, Р.М. Геометрическое моделирование в среде AutoCAD: учебное пособие/ Р.М. Сидорук, О.А. Соснина, Л.И. Райкин. – НГТУ им. Р.Е. Алексеева. - Н. Новгород, 2008. - 225 с.

Райкин Л.И. Компьютерная геометрия и графика: учебник для вузов / Л.И. Райкин; Нижегород. гос. техн. ун-т. им. Р.Е. Алексеева. - Н. Новгород, 2008. - 474 с.


Тел./факс: (831) 436-23-03

e-mail: sidoruk@nocnit.ru