Principles of Modelling and Rendering with 3D Studio (Book)

The use of three-dimensional modelling is developing rapidly in a number of important areas - product design, visualization and architecture for example. Designed to complement the existing reference books on Autodesk 3D Studio, this book primes the reader with an understanding of the fundamentals of 3D computer modelling, rendering and animation.

Edition

Stuart Mealing, Brian Adams & Martin Woolner

 

The authors are colleagues at the University of Plymouth (Exeter) and members of the Centre of Visual Computing. Stuart Mealing has a BA (Hons) in Fine Art and an MA in Computing in Design, Brian Adams has a BA (Hons) and a MDes(RCA) in Ceramics, Martin Woolner has a BA (Hons) in Sculpture and a MDes(RCA) in Furniture Design. Between them, they have a broad ranging knowledge of both the practice and theory of 3D computer modelling and have published and exhibited widely in the UK and abroad. Brian and Martin are particularly involved with designer-maker practice and use 3D Studio on a daily basis. Other books by Stuart are: The Art & Science of Computer Animation, Mac3D and Computers & Art.

1       INTRODUCTION

 

PART ONE: THEORY

2       THE WORLD OF 3D     3

         2.1       What is modelling?     3

         2.2       Navigating a 3-D computer world     4

         2.3       What is rendering?     6

         2.4       The role of the designer     8

 

3       APPLICATIONS     9

         3.1       Architecture     10

         3.2       3-D Design     11

         3.3       Engineering     12

         3.4       Simulation     13

         3.5       Medical     17

         3.6       TV graphics     18

         3.7       Special effects     20

         3.8       Art     22

         3.9       Film animation     22

         3.10     Archaeology     23

         3.11     Education     24

         3.12     Games     26

         3.13     Virtual reality     27

 

4       FUNDAMENTALS: MODELLING     29

         4.1       Display     30

         4.2       Coordinates     30

         4.2.1       Relative and absolute     32

         4.2.2       Cartesian coordinates     33

         4.2.3       Polar and spherical coordinates     33

         4.2.4       Homogenous coordinates     34

         4.3       Raster     34

         4.4       Vector     35

         4.5       Splines     35

         4.6       Modelling     36

         4.6.1       Methods     37

         4.6.1.1       B-rep     37

         4.6.1.2       Primitives     38

         4.6.1.3       Swept forms     38

         4.6.1.3.1       Spun     38

         4.6.1.3.2       Extruded     39

         4.6.1.3.3       Freeform     41

         4.6.1.4       Lofted     41

         4.6.1.5       Skin     41

         4.6.1.6       CSG     42

         4.6.1.7       Voxels     44

         4.6.1.8       Fractals     45

         4.6.1.9       Particles     45

         4.6.1.10     Grammar-based     46

         4.6.2       Joints     47

         4.6.3       Flexibility     47

         4.6.4       Deformation     48

         4.6.5       Editing forms     48

         4.7       Viewing models     49

         4.7.1       Legibility     49

         4.7.2       Wireframe     50

         4.7.3       Hidden line     50

         4.7.4       Depth cuing     52

         4.7.5       Solid     52

         4.7.5.1       Coded and lighted     53

         4.7.6       Perspective     53

 

5       FUNDAMENTALS: RENDERING     57

         5.1       Light sources     57

         5.2       Lighting models     58

         5.2.1       Lambert     58

         5.2.2       Gouraud     59

         5.2.3       Phong     59

         5.2.4       Blinn     60

         5.2.5       Ray tracing     60

         5.2.6       Radiosity     60

         5.2.7       Photo-realistic     61

         5.2.8       Specialized     61

         5.3       Shadows     62

         5.4       Surface characteristics     63

         5.4.1       Procedural and non-procedural     63

         5.4.2       Texture mapping     63

         5.4.2.1       Dirt     64

         5.4.3       Solid texture     64

         5.4.4       Bump mapping     64

         5.4.5       Image mapping     66

         5.4.6       Reflection mapping     66

         5.5       Artefacts     66

         5.6       Current research     68

 

6       FUNDAMENTALS: ANIMATION     69

         6.1       Frame rate     70

         6.2       Keyframe     70

         6.3       Timeline     71

         6.4       Scripted     71

         6.5       Kinematic     72

         6.5.1     Inverse kinematics     72

         6.6       Dynamic     72

         6.6.1       Inverse dynamics     73

         6.7       Rule based     73

         6.8       Assistance     74

         6.9       Hierarchies     74

         6.10     Metamorphosis     74

         6.11     Organisation     75 

 

7       PRACTICAL ISSUES FOR 3-D WORK     77

         7.1       The operating system     77

         7.2       Hardware elements     78

         7.2.1       CPU     78

         7.2.2       Memory     80

         7.2.3       Storage     81

         7.2.4       I/O     83

         7.2.5       Networking     84

         7.3       Expansion     85

         7.3.1       Accelerators     85

         7.4       Control hardware     86

         7.5       Files     87

         7.6       Compression     87

         7.6.1       JPEG     89

         7.6.2       MPEG     89

         7.6.3       H.261     90

         7.6.4       IFS     90

         7.7       Customization     90

         7.8       Expense     92

         7.8.1       Time     93

         7.8.2       Money     93

         7.9       Ergonomics     95     

 

8       COMMUNICATING WITH THE COMPUTER     97

         8.1       Input devices     97

         8.1.1       Keyboard     98

         8.1.2       Mouse (+ variations)     99

         8.1.3       2-D graphic tablet     100

         8.1.4       3-D digitiser     101

         8.1.5       Touch screen     101

         8.1.6       Scanner     102

         8.1.7       New input devices     103

         8.1.8       Video     103

         8.1.8.1       Still camera     104

         8.1.8.2       Live camera     104

         8.1.8.3       VTR     105

         8.2       Output devices     105

         8.2.1       VDU     105

         8.2.2       Printer     108

         8.2.3       Plotter     110

         8.2.4       VTR     110

         8.2.5       Still camera     111

         8.2.6       Film camera     112

         8.3        The screen interface     112

9       DESIGN METHODOLOGY     117

         9.1       Planning     117

         9.1.1       'World' map     118

         9.2       Matching methods to tools     119

         9.3       The naming of parts     120

         9.4       Salvation     121

         9.5       Lateral thinking     122

         9.6       Cheating     123

10       THE FUTURE     125

           10.1       Virtual reality     126

           10.2       Shared environments     128

           10.3       Dynamics     129

           10.4       Intelligent models     130

           10.5       Digital dough     132

           10.6       Catalogues     133

           10.7       And finally     134

 

PART TWO: 3D STUDIO

11       3D STUDIO FOR DOS     135

           11.1       Introduction     135

           11.1.1       Hardware requirements     136

           11.1.2       An overview and some basic principles     136

           11.1.3       Grid and Snap     138

           11.1.4       Undos and don'ts     138

           11.1.5       The Axis     139

           11.1.6       The Geometry     140

           11.1.7       Saving Files     141

           11.2       The 2D Shaper     142

           11.2.1       The interface     142

           11.2.2       Polygons     142

           11.2.3       Adjusting polygons     144

           11.2.4       Splining     145

           11.2.5       Flat shapes     145

           11.2.6       Preparing a shape for lofting     146

           11.3       The 3D Lofting     147

           11.3.1       Lofting     147

           11.3.2       Lofting different shapes along a path     149

           11.3.3       Deformation Tools     150

           11.3.4       Previewing and creating     153

           11.4       The 3D Editor     154

           11.4.1       The interface     154

           11.4.2       The graphic components of the 3D Editor     155

           11.4.3       Display     155

           11.4.4       Object colour     156

           11.4.5       Selection Sets    156

           11.4.6       3D Editor modelling     157

           11.4.7       Combining, composing and altering 3D forms     158

           11.4.8       Other models and methods     159

           11.4.9       Lights     161

           11.4.10     Adding materials in the 3D Editor     163

           11.4.11     Applying materials     163

           11.4.12     Mapping     164

           11.4.13     Mapping coordinates     165

           11.4.14     Cameras     166

           11.4.15     Previewing the image     168

           11.4.16     Rendering the image     169

           11.5       The Keyframer     171

           11.5.1       Directing the action: animation     171

           11.5.2       Keys and keyframes     172

           11.5.3       Paths     173

           11.5.4       The Key Information dialog box     174

           11.5.5       The Track Information dialog box     176

           11.5.6       Morphing     177

           11.5.7       Hierarchical Linking and Inverse Kinematics     177

           11.5.8       Previewing an animation     178

           11.5.9       Rendering an animation     179

           11.5.10     The Video Post     180

           11.6       The Materials Editor     181

           11.6.1       How 3D Studio makes a material     181

           11.6.2       The Interface     182

           11.6.3       Attributes     183

           11.6.4       Maps     184

           11.6.5       Material Libraries     185

 

12       3D STUDIO MAX     187

           12.1       Hardware requirements     187

           12.2       The interface     188

           12.3       Accessing commands     189

           12.4       Creating objects     190

           12.5       Transformations and modifications     192

           12.6       The Modifier Stack     193

           12.7       Different levels of object modification     193

           12.8       Creating scenes, cameras and lights in IMAX     195

           12.8.1       Cameras     195

           12.8.2       Lights         195

           12.9       Materials     196

           12.10       Rendering a scene     198

           12.11       Environmental effects     199

           12.12       Special effects     199

           12.13       Particle systems     201

           12.14       Animation with MAX     201

 

13       3D STUDIO VIZ     205

           13.1       CAD     205

           13.2       Modelling     206

           13.3       Backgrounds     206

           13.4       Lights     207

           13.5       Rendering and animation     207 

 

14       3D STUDIO- CONCLUSIONS     209

 

15       CASE STUDIES     211

           15.1       The Hall Table     211

           15.2       The Teapot     216

           15.2.1       The Cup and Saucer     220

           15.3       The Arctic Cactus     221

           15.4       The '3D'     225

 

APPENDIX 1: GLOSSARY OF TERMS     227

APPENDIX 2: FILE FORMATS     239

BIBLIOGRAPHY     241

INDEX     243

Related Titles