ivan

20	Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

F3

F1	F2
h1	h

Рис. 4. Расположение фокуса выше линии горизонта

Анализируя перспективные изображения с точки зрения степени искажения визуального восприятия действительности, А.М. Ковалев делит перспективу на линейную и нелинейную [15].

Ренессансная линейная прямая перспектива корректно передает только подобия объектов и предметы среднего плана. Увеличение расстояния до объекта в два раза приводит к корректности изображения по глубине и подобию предметов в вертикальном направлении. Если расстояние до объекта увеличить еще в два раза, то для такой перспективы ошибка передачи масштабов будет нулевой, но глубина передается неестественно: дальний план выглядит чрезмерно приближенным к переднему.

Нелинейная перспектива используется для естественного отображения глубины и масштабов на горизонтальных поверхностях, но подобия и масштабы для вертикалей объектов будут переданы с искажениями. Применяют нелинейность перспективы и в другом направлении, тогда по горизонтали объекты будут переданы с искажениями. На рис. 5 приведены наиболее распространенные в практике случаи.

1.2. Виды перспективы

21

Линейная перспектива, получаемая с определенного расстояния (L) (ренессансная) корректно передает только подобия. Она соответствует оптимальному расстоянию до картинной плоскости c точки зрения реальности отображения предметов на среднем плане. Предметы на переднем плане передает преувеличенно, а удаленные объекты получаются слишком мелкими, немного преувеличенно передает глубину пространства

Линейная перспектива, получаемая с расстояния в два раза больше предыдущего (2L), корректно передает подобия и глубину (особенно для вертикалей). Как и ренессансная перспектива, приводит к значительным ошибкам отображения масштаба

Линейная перспектива, получаемая с расстояния в 4 раза больше L (4L), характеризуется нулевой ошибкой передачи масштабов. Она корректно передает подобия, как и любая другая линейная система перспективы, но глубину передает неестественно: дальний план выглядит чрезмерно приближенным к переднему

Нелинейная перспектива, которая реально передает изображения глубины и масштабов на горизонтальных поверхностях, а масштабы для вертикалей передаются с искажениями; отображение подобия объектов будет некорректным

Нелинейная перспектива, которая реально передает изображения по глубине и масштабы на вертикальных поверхностях, а масштабы для горизонталей передаются с искажениями; отображение подобия объектов будет некорректным

Рис. 5. Свойства линейной и нелинейной перспективы

22	Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

При желании каждый может создать свой тип изображения перспективы, исходя из намеченных технических и творческих задач. Академик Борис Раушенбах (1986 г.) опубликовал книгу под названием «Общая теория перспективы». В этой работе он предложил математическую модель, позволяющую создавать различные системы отображения объемного мира на плоскости картины.

Его теория также позволила количественно оценивать отклонения от естественного зрительного восприятия при том или ином способе перспективных построений. Раушенбах с математической строгостью обосновал тот факт, что классическая теория, известная с времен Ренессанса, далеко не всегда позволяет создавать естественные образы на плоских изображениях. В соответствии с теорией Раушенбаха не существует единственной и подходящей для всех случаев научной системы естественного отображения пространства на плоскости [21]. Правильнее говорить о некоторой научной системе, включающей в себя множество различных способов построения перспективы. Расстояние наиболее реального восприятия действительности (L) зависит от объекта, от окружающей обстановки, а также и от многих других факторов. Более того, оно оказывается различным для ширины и высоты объекта.

Ковалев А.М. в своей работе «Виртуальное пространство в сферической перспективе» рассматривал системы проекций с точки зрения их пригодности для отображения виртуального пространства на малых расстояниях до объектов и при больших полях зрения с учетом движений глаз. Он пришел к выводу, что как линейная перспектива, так и нелинейная имеют ряд недостатков, связанных с тем, что эти виды изображений выполняются на плоскости. Плоское изображение не способно в принципе обеспечить широкое поле зрения глаз с учетом их движения, трехмерное пространство отображается искаженно, особенно при больших полях наблюдения, сравнимых с полем зрения человека. Альтернативой изображениям на плоскости являются изображения, выполненные на сферических поверхностях. Центральная проекция пространства на сферу, или сферическая перспектива, наиболее полно удовлетворяет физиологии и психологии зрительного восприятия. Сферические изображения не имеют геометрических, интерпозиционных и яркостных (цветовых) искажений. Сферическая перспектива обеспечивает большие поля наблюдения, перекрывающие поле зрения человека, неискаженно воспроизводит объекты на малых расстояниях из-за проявления механизма константности угловых величин и эффекта «обратной» перспективы, инвариантна основному движению глаза – вращению, может учитывать глубинно-фокусные вариации взгляда при аккомодации, обладает свойствами конформного отображения, что существенно для механизма константности формы предметов.

1.3. Современные средства создания перспективы предметов

23

Центральная проекция трехмерного пространства на сферу, сохраняющая угловые размеры предметов с большой степенью точности, в такой же степени совершенна и естественна, в какой совершенна параллельная проекция пространства на плоскость, или аксонометрия, которая передает неискаженно линейные размеры предметов.

Анализируя работы по соответствию перспективных изображений реальности, можно сделать вывод, что на смену плоскости, линейной перспективы и дисплеям с физическими экранами должны прийти сферическая поверхность, сферическая перспектива и виртуальные ретинальные дисплеи. Тогда появится возможность для создания новой компьютерной среды коммуникации – виртуальной реальности. Мы же в следующем разделе рассмотрим те графические системы, с помощью которых уже сегодня можно создавать перспективу предметов и интерьеров, отображающих реальность.

1.3. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА СОЗДАНИЯ ПЕРСПЕКТИВЫ ПРЕДМЕТОВ

Выполнение перспективы объектов с помощью прикладных программ компьютерной графики требует от студента графической грамотности, а также знаний в области особенностей зрительного восприятия окружающего мира. Студенту необходимо знать строение глаза человека, понятие поля зрения, особенности бинокулярного зрения и восприятия пространства, чтобы строить реалистичные изображения. Форма объекта распознается только при рассмотрении его с разных точек зрения, т. е. пространственное его представление есть результат зрительного опыта ощущений. Критерием создания хорошего рисунка является степень соответствия чувственных, пространственных представлений реальным формам в результате зрительных ощущений контуров предметов.

Восприятие пространства и формы не является врожденной способностью, оно развивается в результате тренинга. Чтобы правильно передать форму предмета на плоскости экрана, надо научиться определять пропорции объектов, знать правила построения перспективы, светотени, уяснить строение изображаемого объекта, владеть инструментами графического редактора по вычерчиванию примитивов и их редактированию. Размер и форма объектов при зрительном восприятии с разных сторон будут казаться различными. Все зависит от выбора точки зрения и расстояния от человека, создающего перспективу, до предмета, изображаемого им на рисунке.

24	Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

В этом разделе приведены примеры построения перспективных изображений с помощью программного обеспечения AutoCAD, CorelDraw и 3D Studio Max. В главе 3 приведены задания, которые помогут студентам освоить основные функции данных графических систем. Задания предназначены для студентов, имеющих опыт работы с векторными редакторами, используемыми для разработки ортогональных проекций деталей. Выполнение заданий позволит обучающимся:

–сравнить особенности выполнения перспективы графической модели в различных редакторах;

–выбрать тот редактор, который лучше всего подходит для решения конкретной задачи;

–продолжить изучение редактора самостоятельно с целью создания реалистичных рисунков, используя возможности компьютерной графики.

В системе проектирования AutoCAD перспектива выполняется по правилам построения перспективных изображений реальных объектов на любую картинную плоскость. С этой целью предварительно должка быть создана виртуальная трехмерная модель.

Рис. 6. Команды построения перспективы

Для построения линейной перспективы в графическом редакторе AutoCAD используется команда DVIEW (двид), работающая в динамическом ре-

1.3. Современные средства создания перспективы предметов

25

жиме (рис. 6). Для удобства пользования данной командой в редакторе предусмотрены различные опции. Главный луч CP (рис. 7), перпендикулярно которому AutoCAD формирует картинную плоскость K для размещения перспективного изображения, задается с помощью следующих опций (рис. 6): Camera (Камера), Target (Цель), Distance (Расстояние), Points (Точки).

h1	D1	K	Цель
Камера			P
C			H
		O1	Предметное
			D пространство
			p
c			h

O

Рис. 7. Система проецирования и команды AutoCAD

Камера указывает точку зрения C в динамическом режиме или начальную точку вектора камера-цель, определяющего направление взгляда. Конечная точка этого вектора задается с помощью опции «Цель». Опция «Расстояние» включает перспективное изображение, позволяет изменить расстояние до картинной плоскости вдоль главного луча CP. Расстояние задается в условных единицах от 1 до 16, принимая за единицу текущее значение, таким образом, можно увеличить расстояние в 16 раз от заданного (рис. 8).

Используя координатные фильтры и объектные привязки, определяем пространственные координаты точки расположения номера и цели с помощью опции «Точка». Изменение координат расположения камеры и цели позволяет получить перспективные изображения не только на вертикально располо-

Рис. 8. Команда «Расстояние»	Рис. 9. Перспектива, выполненная
	в AutoCAD

26	Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

женной плоскости, но и на плоскости, расположенной под любым углом к предметной плоскости, т.е. получить наклонную перспективу объекта (с тремя точками схода), не выполняя дополнительных построений.

На рис. 9 приведен пример перспективы детали, выполненной с использованием системы проектирования AutoCAD. На начальном этапе была создана трехмерная модель детали, затем выбрана точка зрения и выполнено изображение.

Графический пакет CorelDRAW предназначен, в первую очередь, для создания товарных знаков, рисунков, используемых при иллюстрации книг и другой печатной продукции. С точки зрения графики рисунок – это графическая модель, выполненная с использованием пиктограмм, обозначающих предметы, действия или события. Рисунок является наиболее быстрым, простым и подвижным средством фиксирования пространственных форм-образов на плоскости по сравнению с чертежом. Инженеры художественных специальностей прежде всего мыслят пространственными образами, которые сами по себе при поиске новых решений неустойчивы, быстро меняются и могут безвозвратно исчезнуть, потеряться из памяти. Чтобы этого не произошло, можно их зафиксировать в виде рисунка, отражая при этом самое существенное. Опираясь на зрительное восприятие рисунка, возможно вполне реально оценить предложенную идею, сравнить ее с другими вариантами, а также совершенствовать и уточнять, внося новые творческие элементы.

Владение искусством создания рисунка предполагает усвоение изобразительной грамотности на высоком уровне. Под изобразительной грамотностью понимается совокупность знаний и навыков, полученных в результате изучения основ графической и живописной грамотности. Студенты, обучающиеся по специальности «Художественная обработка материалов», приобретают графическую грамотность в курсе «Инженерная графика», а живопись изучается студентами в курсах «Живопись» и «Рисунок».

Перспективные изображения – рисунки в виде линейной перспективы – в CorelDRAW выполняются за счет использования различных эффектов. После создания плоской графической модели предмета используется команда Add perspective (добавить эффект перспективы), Bland (эффект перетекания) или Extrude (эффект выдавливания).

В CorelDRAW при создании перспективного изображения плоский объект заключается в прямоугольную сетку (рис. 10) и на экране появляется точка схода лучей. Изменение координат точки схода позволяет придать изображению необходимый вид линейной перспективы с одной точкой схода (рис. 11).

1.3. Современные средства создания перспективы предметов

27

Рис. 10. Прямоугольная сетка

Рис. 11. Перспектива с одной точкой схода, выполненная в CorelDRAW

28	Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

CorelDRAW также располагает возможностями создания эффекта перспективы с двумя точками схода (рис. 12, 13). Такая перспектива достигается за счет перемещения двух точек, изображенных на экране. Эта операция выполняется с помощью левой кнопки мыши.

Рис. 12. Перспективная сетка с двумя точками схода

1.3. Современные средства создания перспективы предметов

29

Рис. 13. Перспектива с двумя точками схода, выполненная в CorelDRAW

Интерактивный эффект

Рис. 14. Перспектива, созданная пошаговым переходом

перетекания позволяет управлять грамматикой пространства и создать перспективу из повторяющихся объектов с помощью опции «Число шагов (Number of steps)» (рис. 14).

Иллюзию объемности предметов в перспективном изображении позволяет создавать эффект Extrude (Выдавливание). Команда выполняется после создании плоской графической модели (рис. 15).