2.1 Скриптинг в Blender

Аддоны в blender можно добавить прямо через сам blender. Там есть вкладка Scripting, в которой открывается поле с кодом, где сразу можно открыть один из шаблонов кода. Рядом открывается окно layout, в котором можно протестировать работу аддона. Если в этом окне вручную использовать какие-либо инструменты, в специальном окне под консолью будет показан код использованного инструмента. Таким образом его легко можно будет реализовать в аддоне. Весь код, который может быть использован для создания аддона находится в библиотеке bpy. Вся информация об этой библиотеке находится на сайте блендера. Программировать можно не только во встроенном текстовом редакторе, но и в стороннем. В таком случае нужно оставить в Blender ссылку на файл с расширением.py и от итерации к итерации тестировать аддон в самом 3D редакторе. Встроенный текстовый редактор блендера не обладает широким спектром возможностей современных IDE, таких как автосохранение, гипертекст и система контроля версий. Однако, удобство работы непосредственно через блендер заключается в том, что в одном окне собран весь необходимый функционал для тестов и отладки.

2.2 Создание аддона для Blender

Скриптинг в блендере производится на языке python. Для этого существует библиотека bpy, позволяющая подключаться к API блендера. Поэтому сначала надо импортировать библиотеку [20].

import bpy

Любой скрипт можно запустить через вкладку Scripting, но мы сразу будем создавать аддон. Делается это схожим с созданием библиотек принципом. Сначала нужно объявить класс:

class PlanetPanel(bpy.types.Panel):

А чтобы блендер мог воспроизводить наш аддон, отрисовывать кнопки в нужных окнах, его надо зарегистрировать:

bl_label = "Planet Geometry Addon"

bl_idname = "SCENE_PT_layout"

bl_space_type = 'PROPERTIES'

bl_region_type = 'WINDOW'

bl_context = "scene"

Помимо этого, для работы необходимо прописать ещё две функции:

def register():

bpy.utils.register_class(LayoutDemoPanel)

def unregister():

bpy.utils.unregister_class(LayoutDemoPanel)

Чтобы работала стандартная для библиотек проверка:

if __name__ == "__main__":

register()

Перейдём непосредственно к логике аддона. Объявляется функция draw и сразу же создаются ссылки для сокращения записей.

def draw(self, context):

layout = self.layout

scene = context.scene

Аргумент self позволяет применять методы, используемые внутри функции на элементы внутри этой же функции, то есть по сути вызывать самих себя. Аргумент context даёт контекстный доступ к области, к которой мы обращаемся. Эта область была указана в

bl_space_type = 'PROPERTIES'

bl_region_type = 'WINDOW'

bl_context = "scene"

Теперь наше меню появится в меню Properties во вкладке Scene Properties. Первой функцией, которая нам понадобится, будет создание скруглённого куба. Это позволяет сделать метод

bpy.ops.mesh.primitive_round_cube_add()

В качестве аргументов этот метод принимает все базовые параметры примитива: координаты и их точку отсчёта, поворот, а также количество разделений куба-основы по трём осям и радиус скругления. Количество граней прямым образом влияет на качество проработки итоговой планеты. Поэтому необходимо выставить большое количество подразделений. В нашем случае хватит 128. Все аргументы именованные и имеют значение по умолчанию. Нас интересуют значения радиуса скругления и количества подразделений. Поэтому метод вызывается следующим образом:

bpy.ops.mesh.primitive_round_cube_add(radius=1, arc_div=124)

Метод создаёт примитив через интерактивную консоль, но нам нужна кнопка меню, автоматически выполняющая эту операцию. Для этого создадим функцию:

def add_planet_surface(context):

Сразу сохраняется название созданного объекта в переменную, после чего находится этот объект в данных блендера и сохраняется ссылку на него в переменной base_geometry. Предварительно, для удобства использования адреса сферы в других классах, создаётся глобальная переменная, сохраняющая в себе её ключ из списка данных, содержащих объекты сцены. Сразу после создания нового объекта, в списке находится последний его элемент и сохраняется в эту переменную.

bpy.ops.mesh.primitive_round_cube_add(radius=1, arc_div=64)

global obj_name

obj_name = bpy.data.objects.keys()[-1]

base_geometry = bpy.data.objects[o_name]

Далее создаётся текстуру шума, которая будет генерировать ландшафт, после чего настроить её на шум Перлина, с искажением на основе шума Вороного. Для возможности дальнейшего доступа напрямую к текстуре, создаётся глобальная переменная t_name, сохраняющая ключ последней созданной текстуры в списке текстур.

bpy.ops.texture.new()

global t_name

t_name = bpy.data.textures.keys()[-1]

bpy.data.textures[t_name].type = 'DISTORTED_NOISE'

bpy.data.textures[t_name].noise_basis = 'IMPROVED_PERLIN'

bpy.data.textures[t_name].noise_distortion = 'VORONOI_F4'

Следующим действием изменяется геометрию сферы на основе шума. Для этого к сфере применяется модификатор Displace. Этот модиификатор принимает в качестве входных данных текстуру, переводит её в формат “grayscale” и, в зависимости от цветов пикселей, изменяет положение точек объекта. Более светлые пиксели перемещают точки в направлении их нормалей. В нашем случае, нормали каждой точки направлены от центра окружности, таким образом, они образуют возвышенности. Более тёмные точки в свою очередь перемещают точки в направлении к центру окружности, образуя впадины. После этого на планету применяется настройка сглаженного отображения теней (Shade Smooth) для сглаживания поверхности без увеличения количества полигонов.

modifier = base_geometry.modifiers.new(name="Displace", type='DISPLACE')

modifier.texture = bpy.data.textures[t_name]

modifier.strength = 0.1

bpy.ops.object.shade_smooth()

Сила действия модификатора сразу указана со значением 0,1. Такого значения достаточно для отображения шума, повторяющего ландшафт. Если оставить большее значение, ландшафт будет неестественным. Чтобы добавить кнопку, воспроизводящую вышеуказанный алгоритм, нужно зарегистрировать класс. Ему присваивается идентификатор и название.

class AddOperator(bpy.types.Operator):

bl_idname = "object.add_operator"

bl_label = "Add Planet Surface"

Внутри класса добавляется функция, которая и будет запускать алгоритм создания планеты.

def execute(self, context):

add_planet_surface(context)

return {'FINISHED'}

Для завершения работы с планетой нужно закрепить изменения ландшафта. Для этого модификатор “применяется” (Apply).

def apply_planet_surface(context):

bpy.ops.object.modifier_apply(modifier='Displace')

Чтобы создать кнопку, выполняющую эту функцию, аналогично создаётся и регистрируется новый класс.

class ApplyOperator(bpy.types.Operator):

"""Executes the function which applies distortion modifier"""

bl_idname = "object.apply_operator"

bl_label = "Apply Planet Surface"

def execute(self, context):

apply_planet_surface(context)

return {'FINISHED'}

В классе Planet Panel нужно добавить функцию, отвечающую непосредственно за отрисовку панели в боковом меню. Для непосредственно отрисовки меню создаётся функция draw. В ней для удобства и читаемости кода сокращаем.

def draw(self, context):

layout = self.layout

scene = context.scene

obj = context.object

В классе UILayout существуют методы, позволяющие настроить расположение кнопок в меню. Функция colгьт позволяет расположить элементы в вертикальную колонну, row располагает в ряды, а split создаёт пробел, таким образом завершая колонну или ряд. Кнопки же создаются при помощи функций operator или prop. Operator создаёт кнопку, по нажатию выполняющую другую функцию из библиотеки блендера, либо запуская работу зарегистрированного класса. Prop - функция, создающая кнопку изменяющую какое-либо свойство объекта. Её внешний вид изменяется в зависимости от типа изменяемой переменной. Это могут быть переменные трёх типов: Bool, Float и String. Соответственно, для переменной Bool, prop принимает вид галочки, для Float - ползунка, значение которого можно настраивать как перемещением мышки, так и вводом значения с клавиатуры, а для переменной String это поле, в которое можно ввести текст. Далее в коде создаётся кнопка, запускающая скрипт создания планеты и присвоения ей модификатора с текстурой шума.

row.operator("object.add_operator", icon='RNDCURVE')

В качестве названия по умолчанию для кнопки применяется название класса, идентификатор которого указывается в качестве первого аргумента. Также, в аргументах для этой функции указывается иконка “RNDCURVE”, наглядно передающая смысл выполняемой операции. Для настройки и изменения форм рельефа в меню нужно добавить ползунки, отвечающие за изменение некоторых значений текстуры. Делается это при помощи функции prop. Эта функция в качестве основных аргументов принимает адрес списка, где находится объект, чьё свойство необходимо изменить и название этого свойства. Нам нужен объект из списка bpy.data.textures, а его ключ мы сразу после создания записали в переменную t_name.

texture = bpy.data.textures[t_name]

col.prop(texture, "distortion", text='Shape')

Первое свойство, которое нужно изменить это distortion. Оно ключевым образом меняет геометрию, поэтому кнопке даётся название “Shape”. аналогично и с другими свойствами.

col.prop(texture, "noise_scale", text='Noise Scale')

col.prop(texture, "intensity", text='Altitude')

col.prop(texture, "contrast", text='Altitude Difference')

Для Noise Scale название остаётся таким же, в то время, как “intensity” и “contrast” меняются на “Altitude” и “Altitude Difference”, в соответствии с их назначением. Кроме того, размер планеты тоже необходимо изменять посредством кнопок.

object = bpy.data.objects[obj_name]

col.prop(object, "scale", text='Planet Size')

Если объекта с таким именем не будет существовать, программа выдаст ошибку KeyError. Для этого применяется конструкция try - except. Если программа остановится, выдавая ошибку KeyError, программа будет располагать в панели кнопку создания планеты, а если скрипт найдёт такой элемент в списке, тогда вместо этой кнопки на панели будут расположены ползунки, отвечающие за свойства планеты. Итоговая конструкция выглядит следующим образом:

try:

texture = bpy.data.textures[t_name]

object = bpy.data.objects[obj_name]

row.operator("object.apply_operator", icon='ERROR')

split = layout.split()

col = split.column(align=True)

col.label(text="Surface Settings:")

col.prop(texture, "distortion", text='Shape')

col.prop(texture, "noise_scale", text='Noise Scale')

col.prop(texture, "intensity", text='Altitude')

col.prop(texture, "contrast", text='Altitude Difference')

split = layout.split()

col = split.column()

col.prop(object, "scale", text='Planet Size')

except KeyError:

split = layout.split()

row = layout.row()

row.operator("object.add_operator", icon='RNDCURVE')

Помимо ландшафта для планеты нужно создать океан и атмосферу. Они создаются таким же образом, как и сама планета. Различие заключается только в количестве подразделений и размере сферы. Для создание поверхности океана достаточно будет гораздо меньшего количества полигонов, по той причине, что в этой поверхности не будет такого количества перепадов, а благодаря shade_smooth поверхность будет выглядеть гладкой. Радиус же выставляется чуть меньше, чем радиус сферы поверхности.

bpy.ops.mesh.primitive_round_cube_add(radius=0.96, size=(0.01, 0.01, 0.01), arc_div=40)

bpy.ops.object.shade_smooth()

global water_name

water_name = bpy.data.objects.keys()[-1]

class AddWater(bpy.types.Operator):

"""Executes the function which creates a planet water"""

bl_idname = "object.add_water_operator"

bl_label = "Add Planet Water"

def execute(self, context):

add_planet_water(context)

return {'FINISHED'}

Из настроек для поверхности воды понадобится только размер сферы, поэтому в def draw прописывается аналогичная конструкция обработки ошибок. Для кнопки создания поверхности воды указывается значок с каплей “MOD_FLUIDSIM”.

try:

water = bpy.data.objects[water_name]

split = layout.split()

col.prop(water, "scale", text='Water Level')

except KeyError:

split = layout.split()

row = layout.row()

row.operator("object.add_water_operator", icon='MOD_FLUIDSIM')

Аналогично создаётся и атмосфера. Для неё указывается радиус 1.1, то есть на 10% больше основной сферы.

def add_planet_atmoshpere(context):

bpy.ops.mesh.primitive_round_cube_add(radius=1.1, size=(0.01, 0.01, 0.01), arc_div=40)

global atmo_name

atmo_name = bpy.data.objects.keys()[-1]

class AddAtmosphere(bpy.types.Operator):

"""Executes the function which creates a planet atmoshpere"""

bl_idname = "object.add_atmosphere_operator"

bl_label = "Add Planet Atmosphere"

def execute(self, context):

add_planet_atmoshpere(context)

return {'FINISHED'}

В def draw также аналогичный скрипт.

def add_planet_atmoshpere(context):

bpy.ops.mesh.primitive_round_cube_add(radius=1.1, size=(0.01, 0.01, 0.01), arc_div=40)

global atmo_name

atmo_name = bpy.data.objects.keys()[-1]

class AddAtmosphere(bpy.types.Operator):

"""Executes the function which creates a planet atmoshpere"""

bl_idname = "object.add_atmosphere_operator"

bl_label = "Add Planet Atmosphere"

def execute(self, context):

add_planet_atmoshpere(context)

return {'FINISHED'}

Для того, чтобы скрипт начал работу, все классы необходимо зарегистрировать. Каждый класс регистрировать и отменять регистрацию - слишком долго. Для ускорения этого процесса создаётся два цикла for, проходящие по списку с классами.

CLASSES = [

AddOperator,

ApplyOperator,

PlanetPanel,

AddWater,

AddAtmosphere,

]

def register():

for another_class in CLASSES:

bpy.utils.register_class(another_class)

def unregister():

for another_class in reverse(CLASSES):

bpy.utils.unregister_class(another_class)

В функции unregister список переворачивается при помощи оператора reverse(). Это делается для того, чтобы не возникло ошибки, когда класс, наследуемый другими классами не отключался перед зависимыми классами. Запускается скрипт с стандартной проверкой является ли запускаемая функция запускаемой вручную.

if __name__ == "__main__":

register()

2.3 Панель в меню и результат работы программы

Итоговая панель аддона находится в меню Properties во вкладке Scene Properties. Она содержит кнопки создания планеты с её ландшафтом, поверхности воды и атмосферы. На рис. 2.1. показана панель до начала работы.

Рис. 2.1. Панель до начала работы

Если нажать на какую-либо из них, создастся соответствующий объект, а вместо кнопки появятся параметры, позволяющие изменять выбранную сферу. После создания ландшафта также создаётся кнопка, позволяющая применить полученный результат, исключая дальнейшие его изменения. На рис. 2.2. показана панель после создания ландшафта.

Рис. 2.2. Панель после создания ландшафта

Шум Перлина формирует на планете крупные формы, материки. В то время как шум Вороного, накладываясь на него, формирует более мелкие, резкие формы, напоминающие горные хребты и острова. На рис. 2.3. показан создаваемый ландшафт с водой.

Рис. 2.3. Создаваемый ландшафт

2.4 Установка аддона

Установка аддонов в Blender очень простая. Если необходимо установить сторонний аддон, не входящий в список предустановленных, тогда сначала нужно скачать аддон на компьютер.

Данный аддон находится по следующей ссылке: https://github.com/CthulhuF/PlanetGenerationAddon/blob/master/main.py

Следующим шагом нужно включить Blender. После чего нужно открыть вкладку Edit в верхнем меню. Затем открыть вкладку Preferences. В левом меню нажать кнопку Add-ons. В открывшемся меню нажать кнопку Install и указать путь к файлу в файловой системе. Затем аддон появится в общем списке аддонов во вкладке Add Mesh. Остаётся только активировать его, нажав галочку в строке с его названием. После этого, меню аддона появится в боковом меню Preferences во вкладке Scene Preferences.

Заключение

Подводя итоги работы, можно заключить, что шум не всегда бывает бесполезен. Существует множество способов с его помощью создать реалистичные случайные структуры, например, ландшафта, дыма, огня и облаков. Накладывая разные шумы друг на друга можно получать различный непредсказуемый результат. Тем не менее, работа с процедурными текстурами очень комплексная и действительно может отнимать большое количество времени. В то время как для новичка в 3D моделировании разобраться с основными принципами работы в этой сфере может быть нелегко. Благодаря созданному аддону легко получить впечатляющий результат даже людям, у которых нет большого количества времени на изучение функционала программы Blender. Но и для профессионалов он может быть полезным, если задача подразумевает создание большого количества различных планет. Его польза заключается в ускорении работы с последовательным созданием геометрии, модификаторов и карт шума. Стоит также отметить, что Blender предлагает очень гибкую систему создания пользовательских дополнений. Это могут быть как полноценные аддоны, так и небольшие скрипты, упрощающие или ускоряющие работу. Благодаря такой системе, Blender стал весьма конкурентоспособной средой моделирования, предлагающей широкие возможности как для программистов, способных кастомизировать существующий функционал программы, так и для пользователей, которым таким образом становится доступным широкий спектр бесплатных, либо весьма недорогих модификаций, упрощающих работу.

В ходе выполнения бакалаврской работы мне удалось изучить возможности создания аддонов для программы блендер. Получилось создать программу, автоматизирующую, ускоряющую процесс работы с созданием процедурных материалов.

Список литературы

1. Трехмерное моделирование в современном мире // habr. - URL: https://habr.com/ru/post/451266/ (дата обращения: 04.06.2021).

2. What is coherent noise? // libnoise. - URL: http://libnoise.sourceforge.net/glossary/index.html (дата обращения: 04.06.2021).

3. Шум Перлина // habr. - URL: https://habr.com/ru/post/342906/ (дата обращения: 04.06.2021).

4. White Noise // wikipedia URL: https://en.wikipedia.org/wiki/White_noise (дата обращения: 04.06.2021).

5. Value Noise Lattice Noise // Catlike Coding. - URL: https://catlikecoding.com/unity/tutorials/pseudorandom-noise/value-noise/ (дата обращения: 05.06.2021).

6. Noise // thebookofshaders URL: https://thebookofshaders.com/11/ (дата обращения: 05.06.2021).

7. simplex-noise.js // npm. - URL: https://www.npmjs.com/package/simplex-noise (дата обращения: 05.06.2021).

8. Noise Hardware // umbc. - URL: https://www.csee.umbc.edu/~olano/s2002c36/ch02.pdf (дата обращения: 04.06.2021).

9. Диаграмма Вороного и её применения // habr. - URL: https://habr.com/ru/post/309252/ (дата обращения: 04.06.2021).

10. Voronoi Noise // ProgrammerSought. - URL: https://programmersought.com/article/48423820693/ (дата обращения: 05.06.2021).

11. Voronoi and Worley (cellular) noise // godot shaders. - URL: https://godotshaders.com/snippet/voronoi/ (дата обращения: 05.06.2021).

12. worley-noise // npm. - URL: https://www.npmjs.com/package/worley-noise (дата обращения: 05.06.2021).

13. Polygonal Map Generation for Games // Red Blob Games. - URL: http://www-cs-students.stanford.edu/~amitp/game-programming/polygon-map-generation/ (дата обращения: 04.06.2021).

14. Rendering on the Web // web.dev. - URL: https://web.dev/rendering-on-the-web/ (дата обращения: 04.06.2021).

15. О пайплайне // dtf. - URL: https://dtf.ru/indie/27931-o-payplayne (дата обращения: 04.06.2021).

16. Лаптев Г.Ф. Элементы Векторного Счисления. - 1 изд. - Москва: "Наука" Главная редакция физико-математической литературы, 1975. - 336 с.

17. Rendering on the Web // web.dev. - URL: https://web.dev/rendering-on-the-web/ (дата обращения: 04.06.2021).

18. Ray Casting // wikipedia. - URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Ray_casting (дата обращения: 04.06.2021).

19. Что такое PBR? Часть V // render. - URL: https://render.ru/ru/ushakov.cg.channel/post/17368 (дата обращения: 04.06.2021).

20. Blender 3.1 Python API Documentation // Blender. - URL: https://docs.blender.org/api/current/ (дата обращения: 20.05.2021).

Размещено на Allbest.ru