Voronoiove objekty - Blender

Trvanie:

1.5 hod

Náročnosť:

ťažký

Zručnosti:

cykly, podmienky, funkcie, práca s bpy

Nástroje:

Blender

Inštrukcie pre učiteľov:

Voronoiove objekty - Blender

V predošlej úlohe sme sa pokúsili vytvoriť si voronoiov objekt v OpenSCADe a prišli sme k záveru, že takýto spôsob nie je úplne jednoduchý ani optimálny. Preto teraz prechádzame k nástroju Blender a pokúsime sa implementovať podobné objekty jednoduchšími spôsobmi pomocou funkcionalít, ktoré Blender už obsahuje. Použijeme pritom vysokoúrovňový programovací jazyk Python. Budeme pomocou neho implementovať funkcie, ktoré nám umožnia modifikovať objekt a rzšíria nám možnosti manipulácie s ním. Keďže parametrické 3D modelovanie využíva definované parametre na vytváranie modelov, čo umožňuje ľahkú úpravu a iteráciu, tieto funkcie budú využívať rôzne parametre, ktoré môžu a nemusia byť od seba závíslé. Generatívne 3D modelovanie zas vytvára modely pomocou algoritmov, pravidiel a procedúr, čo umožňuje vytváranie zložitých štruktúr a vzorov, pokúsime sa pre to implementovať základné algoritmy, ktoré nám neskôr takéto generatívne modelovanie umožnia.

Zadanie úlohy

Cieľom tejto úlohy je najmä naučiť sa používať Python s Blenderom, pracovať s nástrojmi v Blenderi a ukázať si ako môžeme generovať objekty s parametrickým dizajnom rýchlejšie než v predošlom OpenSCADe. Narozdiel od predošlých úloh, v tejeto si nemusíte vytvárať základný objekt, môžeme si nejaký stiahnuť, prípadne vybrať z ponuky v Blenderi.

Odkazy na materiály

V tejto sekcii nájdete odkazy na materiály, ktoré vám môžu pomôcť pri riešení daných problémov a naučia vás ako používať požívané nástroje:

Teória - rozcestník stručnej teórie pre koncepty, ktoré potrebujeme
Rozcestník dokumentácií Blendera - nájdete tu dokumentáciu pre vývojárov, používateľskú ríručku a aj Python API dokumentáciu
Python syntax - tu nájdete syntax a použitie jazyka Python s ukážkami použitia
Blender Python API - dokumentácia Python API v Blenderi - nájdete tu všetko čo sa týka programovania s Python API (s knižnicou bpy) v Blenderi

Inštrukcie

Zapneme si nástroj Blender a z horných tabov si vyberieme ten s názvom "Scripting" pre otvorenie okna na písanie programu.
Klikneme na ikonku "New," ktorou si vytvoríme nový súbor.
Uistíme sa, že v druhom okne máme otvorenú časť "3D viewport" s módom "Object Mode." Naše rozloženie okien by malo vyzerať nasledovne:
S takto nastaveným prostredím môžeme začať písať kód. Prvým krokom je importovať si knižnice, ktoré budeme potrebovať, hlavnou je knižnica bpy, ktorá nám sprostredkúva funkcionality pre prácu s Blenderom. Importujeme a použijeme ju nasledovne:

Takýmto volaním vieme získať objekt, ktorý máme aktuálne v scéne, kde pomocou "print" si dávame do konzoly vypísať jeho meno. Aby sme videli tento výstup v konzole, musíme si ju otvoriť v okne a to spravíme nasledovne:

Ak sa nám to podarilo, tak môžeme vidieť výpis mena objektu v konzole a ako sa nám tento objekt zorbazuje aj vo vyčítaní objektov z kolekcie scény:

Spúšťať skript budeme pomocou vyznačeného tlačidla "Run script" alebo skratkou alt + P
Pre pokračovanie je potrebné naštudovať si Blender Python API, aby sme vedeli používať funkcie, ktoré potrebujeme.
Hlavným princípom, ktorý budeme využívať pre vytvorenie voronoiovho objektu je aplikácia modifikátorov, ktoré nám Blender ponúka. Viac as o ních dozvieme v časti Blender modifiers.

V tejto časti máme kód, ktorým importujeme knižnicu bpy, získame náš objekt, vytvoríme mu modifikátor WIREFRAME a nastavíme mu niektoré z hodnôt:

import bpy

cube_object = bpy.context.scene.objects[0] # Získanie objektu v scéne

wireframe_modifier = cube_object.modifiers.new(name="My wireframe", type='WIREFRAME') # Vytvorenie modifikátora získanému objektu s menom "My wireframe"
wireframe_modifier.thickness = 0.2 # Thickness - Nastavenie thickness hodnoty (<0; 1>) 
wireframe_modifier.offset = 0      # Offset    - Nastavenie offset    hodnoty (<-1; 1>)

Keď skript spustíme, okrem zmeny na objekte v hlavnej scéne si všimneme, že objektu sa aj v časti modifikátorov pridal konkrétny modifikátor aj s hodnotami, ktré sme mu pridali:

Skúste si naštudovať rôzne modifikátori a vyskúšať si ako fungujú.
Ďalej pomocou podobných príkazov vytvoríme modifikátor "Subdivision surface" typu 'SUBSURF' a modifikátor "Solidify" typu 'SOLIDIFY'. Dajte si ale pozor aby ste nepridávali jeden modifikátor k danému objektu viac krát, ak sa vám to stane, stačí ho v okne s modifikátormi vymazať, prípadne si to viete ošetriť v kóde kontrolou modifikátorov.
Pre implementovanie dierovosti objektu si potrebujeme pridať viac modifikátorov, pamätajte na to, že záleží na poradí pridania modifikátorov a nakoniec ich potrebujeme všetky aplikovať, aby sa nám na danom objekte skutočne prejavili. Taktiež je niekedy výhodné použiť modifikátor opakovane. Napríklad pre takýto objekt:

Sme využili kombináciu modifikátorov SUBSURF, DECIMATE, WIREFRAME, znovu SUBSURF a nakoniec SOLIDIFY.
Vyskúšajte si kombinovať tieto modifikátori a upravujte ich parametre v nástrojoch priamo v Blenderi a pokúste sa ich prepísať do Python skriptu.

Testovanie a úpravy

Prezrite a skontrolujte si objekt a odpovedzte si na to či daný 3D model zodpovedá zadaniu a či ste s ním spokojní. Ak chcete skúsiť model upraviť, navrhujeme:

vyskúšajte si aj iné modifikároti, prehoďte poradia existujúcich alebo meňte parametre a sledujte ako sa výsledný objekt mení
vytvorte vlastné funkcie, ktoré zmenia daný objekt podľa vašich predstáv
pokúste sa implementovať kontrolu modifikátorov - napríklad: rozsahy daných parametrov, kontrolu existujúcich modifikátorov a podobne
vyskúšajte si importovať vlastný objekt do scény a následne aplikovať vaše modifikátori naň, mimo iné tak zistíte aké dôležité je odhadnúť rozsahy parametrov pre rozlišné objekty

Spätná väzba

Ak ste spokojní so svojím výsledným modelom, prezentujte ho ostatným, zhodnoťte koncepty, ktoré ste použili a ako ste ho implementovali, buďte otvorení k hodnoteniam od ostatných a k prípadným návrhom na zlepšenie.

Vzorové riešenie

Ak budete potrebovať motiváciu alebo si skontrolovať váš výsledný model, v nasledujúcich odkazoch nájdete implementáciu daného modelu v nástrojoch, ktoré ste na implementáciu mohli použiť:

Python

Záver

Týmto cvičením sme si prešli základy Blendera, Pythonu a ako dokážu spolupracovať. Zistili sme, že modifikovať objekty priamo z kódu v sofistikovanejších nástrojoch akým je Blender je po implementácii omnoho efektívnejšie a rýchlejšie ako v OpenSCADe. Cvičením sme si otvorili dvere k mnohým možnostiam parametrického a generatívneho dizajnu a základu jednému z mnohých prístupov k modifikácii objektov. Následne budeme chcieť implementovať algoritmy, ktoré nám umožnia generovanie viacerých verzii objektu naraz.