LightWave 3D: Үшөлшемді Графика Бағдарламасы

Кіріспе

3D компьютерлік графика бағдарламасы

LightWave 3D – LightWave Digital компаниясы жасаған 3D компьютерлік графика бағдарламасы. Ол фильмдерде, телеарналарда, қозғалыс графикасында, цифрлық бояуда, визуалды эффектілерде, бейне ойындарды жасауда, өнім дизайнында, архитектуралық визуализацияда, виртуалды өндірісте, музыкалық видеоларда, алдын ала визуализацияда және жарнамада пайдаланылған.

Шолу

LightWave – 3D-бейнелерді, анимациялық және статикалық суреттерді көрсетуге арналған бағдарламалық пакет. Ол реалистік көрініс, радиозность, каустика және 999 рендеринг түйіні сияқты кеңейтілген мүмкіндіктерді қолдайтын жылдам рендеринг қозғалтқышын қамтиды. 3D модельдеу құралы полигонды модельдеуді де, қиылысқан беттерді де қолдайды. Анимация құралы кейіпкерлерді анимациялау, бөлшектер жүйесі және динамика үшін кері және тікелей кинематика сияқты мүмкіндіктерге ие. Бағдарламашылар Python, LScript (авторлық құқықтық скрипт тілі) скрипттері және C тілі интерфейстерін ұсынатын SDK арқылы LightWave мүмкіндіктерін кеңейте алады.

Тарих

1988 жылы Аллен Гастингс VideoScape 3D деп аталатын рендеринг және анимация бағдарламасын жасады, ал оның досы Стюарт Фергюсон Modeler деп аталатын толықтыратын 3D модельдеу бағдарламасын жасады, екеуі де Aegis Software компаниясымен сатылды. NewTek VideoScape және Modeler бағдарламаларын өзінің видеомонтаждау жиынтығына, Video Toaster-ге енгізуді жоспарлады. Бастапқыда "NewTek 3D Animation System for the Amiga" деп аталатын бұл бағдарламаға кейін Гастингс Intelligent Light және Wavefront сияқты қазіргі заманғы екі жоғары деңгейлі 3D пакеттерден шабыдаланған "LightWave 3D" деген ат қойды. 1990 жылы Video Toaster жиынтығы шығарылып, LightWave 3D енгізілді және Amiga компьютерінде жұмыс істеді. LightWave 3D 1994 жылдан бері жеке бағдарлама ретінде қолжетімді, ал 9.3 нұсқасы Mac OS X және Windows платформаларында жұмыс істейді. 9.3 нұсқасынан бастап Mac OS X нұсқасы Universal Binary ретінде жаңартылды. Amiga үшін соңғы белгілі жеке нұсқа 1995 жылы шыққан LightWave 5.0 болды. Бірінші PC нұсқасы шыққаннан кейін көп ұзамай NewTek платформаның болашағы белгісіздігіне байланысты Amiga нұсқасын тоқтатты. DEC Alpha, Silicon Graphics (SGI) және Macintosh платформалары үшін де нұсқалар шығарылды. LightWave телесериалдар үшін арнайы эффекттер жасау үшін пайдаланылды: Babylon 5, Star Trek: Voyager, Space: Above and Beyond, seaQuest DSV, Lost және Battlestar Galactica. Бұл бағдарлама сондай-ақ "Титаник", "Аватар", "Син-Сити" және "300" фильмдерін жасауда да қолданылды. "405" атты қысқаметражды фильмді екі суретші LightWave бағдарламасын қолдана отырып өз үйлерінде түсірді. Финляндиялық Star Trek пародиасы Star Wreck: In the Pirkinning фильміндегі визуалды эффекттердің көп бөлігін финн режиссері Самули Торссонен LightWave бағдарламасында жасады, ол Iron Sky көркем фильміне VFX жұмысын жасаған еді. "Джимми Нейтрон: Boy Genius" фильмі толығымен LightWave 6 және messiah:Studio бағдарламаларында түсірілді. 2007 жылы бір адам толығымен 3D анимацияланған алғашқы көркем фильм – Лэдд Элингердің "Flatland the Film" фильмінің тұсаукесері болды. Ол толығымен LightWave 3D 7.5 және 8.0 бағдарламаларында анимацияланды. LightWave-тің тоғызыншы нұсқасында нарық хоббистерден бастап видео ойындарда, теледидарда және кинодағы жоғары деңгейлі қолдануға дейін жетеді. NewTek компаниясы LightWave 3D 8 бағдарламасының бесінші тегін жаңартуының бір бөлігі ретінде LightWave 3D 64-бит нұсқасын шығарды және ол 2005 жылы WinHEC-те Билл Гейтстің негізгі баяндамасында көрсетілді. 2009 жылдың 4 ақпанында NewTek бүкіл әлемдегі 3D суретшілерге тікелей эфирде "LightWave CORE" келесі буын 3D бағдарламасын таныстырды. Ол өте бейімделген және жаңартылған пайдаланушы интерфейсін, Python скрипттерін интеграциялауды ұсынады, бұл кодты және көріністі нақты уақытта алдын ала қарауға мүмкіндік береді, индустриялық стандартты Collada форматына негізделген жаңартылған файл форматын, модельдеу технологияларына елеулі өзгерістерді және нақты уақыт регенеративті видопортты рендерингті қамтиды. Бұл бағдарлама LightWave-тің Linux операциялық жүйесінде қолжетімді болатын алғашқы өнімі болуы жоспарланған. Алайда, 2011 жылдың 23 маусымында CORE жеке өнім ретінде тоқтатылды және NewTek CORE жетістіктері LightWave 10 (алғашқыда LightWave HC, CORE-дің бастапқы кезеңдерінде классикалық Layout және Modeler бағдарламаларын қамтитын өтпелі бағдарламалық жүйе болу үшін, LightWave-тің қолданыстағы құрал-жабдықтар жиынтығымен үйлесімділікті қамтамасыз ету үшін) басталатын LightWave платформасының бөлігі болатынын жариялады. 2010 жылдың 30 желтоқсанында NewTek LightWave 10 бағдарламасын шығарды. Ол интерактивті видопортты рендерингті (VPR), интерактивті стереоскопиялық камераларды, сызықтық түс кеңістігі жұмыс ағынын, нақты уақыт интерактивті физикалық телеоперациялық кірісті (Virtual Studio Tools) және деректер алмасуын жаңартты. 2012 жылдың 20 ақпанында NewTek LightWave 11 бағдарламалық жасақтамасын, оның кәсіби 3D модельдеу, анимация және рендеринг бағдарламалық жасақтамасының соңғы нұсқасын шығара бастады. LightWave 11 көптеген жаңа мүмкіндіктерді қамтиды, мысалы, инстанция, топтастыру және сынық құралдар, икемді Bullet Dynamics, Pixologic Zbrush қолдау және тағы да басқалары. LightWave 11 фильмдер мен телеарналардағы визуалды эффекттерді жасаудан бастап архитектуралық визуализацияға және ойын дизайнына дейінгі 3D мазмұнын жасаудың барлық жанрларында қолданылады. 2013 жылдың 31 қаңтарында NewTek LightWave 11.5 бағдарламасын шығарды, ол Genoma деп аталатын жаңа модульді құрылғыны ұсынды. Топтық жүйе қайта өңделіп, жыртқыш пен олжаның мінез-құлқына ие болды. Оқ динамикалық жүйесі дене динамикасын, жел күшін және сүйек деформациясына жауап беру үшін жетілдірілді. After Effects және ZBrush (GoZ арқылы) интерлинктері де қосылды. Modeler бағдарламасына жаңа эксперименталды жүйеге негізделген жаңа құралдар қосылды. Бастапқыда бұл кіші жүйе Modeler-ді одан әрі жетілдіруге мүмкіндік береді деп ойланған, бірақ негізгі пайдаланушылар форумында (модераторлар жойған) жарияланған бір дамытушының мәлімдемесі бұл тәсіл тым қиын болғанын және Modeler-ді дамыту үшін басқа жол қарастырылып жатқанын көрсетті. LightWave-тегі шаш/жүн жүйесі FiberFX да 11.5 нұсқасымен бірге жақсартылды, бұл оның жұмсақ денелермен жұмыс істеуіне және Modeler бағдарламасынан келген қисықтарды шашты бағыттау үшін тікелей қолдау көрсетуіне мүмкіндік берді. Сонымен қатар, күрделі шаштарды жасауды жеңілдету үшін өру және бұру қолдауы қосылды. 2013 жылдың 1 қарашасында NewTek LightWave 11.6 бағдарламасын шығарды. Бұл нұсқада жаңа анимациялық құрал, spline control, сонымен қатар сәулелік проекцияны жақсарту (көріністегі заттарды опциялық офсетпен бетке дәл орналастыруға мүмкіндік беру үшін) енгізілді. nVidia-ның CgFX әсері де legacy shader жүйесі арқылы енгізілді. STL қолдауы 3D принтерлерге жарамды шығыс беруге мүмкіндік беру үшін қосылды. Виртуалды студия жүйесі де LightWave 3D тобы жасаған қосымша NevronMotion қолдауын қоса алды, бұл тұтынушылық құрылғыларды (мысалы, Windows-тағы Kinect) пайдаланып тікелей қозғалыс түсіруге (толық дене және бет) және қарапайым пайдаланушы интерфейсі арқылы қайта бағыттауға мүмкіндік берді. Modeler ортасы үшін және жалпы функциялар үшін қарапайым Python жүйесі қолжетімді болды. Layout қолдауы үшін бұл жүйеге қатысты мерзімдер жарияланбады. Alembic қолдауы да енгізілді. 11.6 нұсқасынан бері бағдарламалық мәселелерді шешу үшін екі шағын түзету шығарылды (11.6.1 және 11.6.2). 2014 жылдың мамыр айының басында 11.6.3 нұсқасы лицензиялық жүйедегі шектеуді жою үшін шығарылды. 2014 жылдың 24 қарашасында NewTek Lightwave 2015 бағдарламасын шығарды. Жаңа нұсқа Bullet физикалық интеграциясын (шектеулер, моторлар, сүйектерге әсер ететін динамика), Genoma құрылғылық автоматизациялық плагинін (скрипттермен), жиектерді рендерингтеуді және динамикалық объектілерді атастыру жұмыс ағынын жаңартты. Ол сонымен қатар перспективалық бейнелеу құралын және Global illumination-ға Importance sampling-ті қосты. 2018 жылдың 1 қаңтарында NewTek Lightwave 2018 бағдарламасын шығарды. Жаңа мүмкіндіктер: Physically Based Rendering System, Render & Light Buffers, New Volumetric Engine, OpenVDB Support, New Lighting Architecture, Surface Editor Material Nodes & Surface Preview, Virtual Reality Camera, Modifier Stack & Nodal Modifiers, New Cel Shader & Enhanced Edge Rendering, More Integrated FiberFX, Layout based Parametric Shapes, Physically Based OpenGL, & a Noise Reduction Filter. Modeler бағдарламасына қосылған жаңа мүмкіндіктер: "Layout көрінісіндегі ағымдағы камера көрінісі көрсетіледі. Сонымен қатар, LightWave 2018 Modeler моделеу жылдамдығын арттыру үшін Lattice, Smoothing, Array және Spline Bridge сияқты жаңа толыққанды интерактивті құралдарды ұсынады." 2019 жылдың қаңтарында LightWave 2019 Unreal Engine бағдарламасымен жаңа интеграциялық құралдарды, Layout бағдарламасында анимацияланатын mesh мүсіндеу және бояуды, Modeler бағдарламасында жаңа UV карта жасау және UDIM құралдарын (сонымен қатар smoothing group қолдауын), жақсартылған FBX алмасуын, көлеңкелік модельдерді бейімдеу құралдарын, жаңа пішін примитивтерін, OpenVDB жасауды, көлеңке/рендерингті жақсартуды және жұмыс/UI жақсартуларын ұсынды.

In 1988, Allen Hastings created a rendering and animation program called VideoScape 3D, and his friend Stuart Ferguson created a complementary 3D modeling program called Modeler, both sold by Aegis Software. NewTek planned to incorporate VideoScape and Modeler into its video editing suite, Video Toaster. Originally intended to be called "NewTek 3D Animation System for the Amiga", Hastings later came up with the name "LightWave 3D", inspired by two contemporary high end 3D packages: Intelligent Light and Wavefront. In 1990, the Video Toaster suite was released, incorporating LightWave 3D, and running on the Amiga computer. LightWave 3D has been available as a standalone application since 1994, and version 9.3 runs on both Mac OS X and Windows platforms. Starting with the release of version 9.3, the Mac OS X version has been updated to be a Universal Binary. The last known standalone revision for the Amiga was LightWave 5.0, released in 1995. Shortly after the release of the first PC version, NewTek discontinued the Amiga version, citing the platform's uncertain future. Versions were soon released for the DEC Alpha, Silicon Graphics (SGI), and Macintosh platforms. LightWave was used to create special effects for the television series Babylon 5, Star Trek: Voyager, Space: Above and Beyond, seaQuest DSV, Lost, and Battlestar Galactica. The program was also utilized in the production of Titanic as well as Avatar, Sin City, and 300. The short film 405 was produced by two artists from their homes using LightWave. In the Finnish Star Trek parody Star Wreck: In the Pirkinning, most of the visual effects were done in LightWave by Finnish filmmaker Samuli Torssonen, who produced the VFX work for the feature film Iron Sky. The film Jimmy Neutron: Boy Genius was made entirely in LightWave 6 and messiah:Studio. In 2007, the first feature film to be 3D animated entirely by one person made its debut, Flatland the Film by Ladd Ehlinger Jr. It was animated entirely in LightWave 3D 7.5 and 8.0. In its ninth version, the market for LightWave ranges from hobbyists to high end deployment in video games, television and cinema. NewTek shipped a 64 bit version of LightWave 3D as part of the fifth free update of LightWave 3D 8, and was featured in a keynote speech by Bill Gates at WinHEC 2005. On February 4, 2009, NewTek announced "LightWave CORE" its next generation 3D application via a streamed live presentation to 3D artists around the world. It featured a highly customizable and modernized user interface, Python scripting integration that offered realtime code and view previews, an updated file format based on the industry standard Collada format, substantial revisions to its modeling technologies and a realtime iterative viewport renderer. It was planned to be the first LightWave product to be available on the Linux operating system. However, on June 23, 2011, CORE was cancelled as a standalone product and NewTek announced that the CORE advancements would become part of the ongoing LightWave platform, starting with LightWave 10 (which was originally LightWave HC, intended to be a transitional software system comprising the classical Layout and Modeler applications during the initial stages of CORE, in order to supply compatibility with the existing toolset for LightWave). On December 30, 2010, NewTek shipped LightWave 10. It added an interactive viewport renderer (VPR), interactive stereoscopic camera rigs, linear color space workflow, real time interactive physical teleoperation input (Virtual Studio Tools), and data interchange upgrades. On February 20, 2012, NewTek began shipping LightWave 11 Software, the latest version of its professional 3D modeling, animation, and rendering software. LightWave 11 incorporates many new features, such as instancing, flocking and fracturing tools, flexible Bullet Dynamics, Pixologic Zbrush support, and more. LightWave 11 is used for all genres of 3D content creation from film and broadcast visual effects production, to architectural visualization, and game design. On January 31, 2013, NewTek shipped LightWave 11.5 which debuted a new modular rigging system called Genoma. The flocking system was reworked, gaining predator and prey behaviors. The bullet dynamics system was improved to include soft body dynamics, wind forces and to react to bone deformations. Interlinks to After Effects and ZBrush (via GoZ) were added as well. New tools, based on a new experimental subsystem were added to Modeler. It was originally thought that this subsystem would allow further enhancements to Modeler, but disclosures by a developer in the main user forums (since removed by moderators) indicated that this approach had been too problematic and another avenue was being considered to enable Modeler to evolve. FiberFX, the hair/fur system in LightWave, also saw improvements with the 11.5 release, to work with soft bodies and to also directly support curves from Modeler for guiding hair. Additionally, braid and twist support was added, to ease creation of complex hairstyles. On November 1, 2013, NewTek shipped LightWave 11.6. This release brought a new animation tool, spline control, along with improvements to ray casting (to enable items in the scene to be precisely positioned on a surface, with optional offset. nVidia's CgFX was also implemented, albeit via the legacy shader system. STL support was added to enable output suitable for 3D printers. The virtual studio system was also enhanced to support a LightWave 3D group authored add on called NevronMotion, enabling direct motion capture (full body and facial) using consumer devices such as the Kinect (on Windows only) and re targeting via a simplified user interface. A simplified Python system was made available for the Modeler environment and for common functions. The timeline for Layout support via this simplified system has not been disclosed. Alembic support was also introduced. Since the release of 11.6, two minor patches have been released to resolve software issues (11.6.1 and 11.6.2). In early May 2014, 11.6.3 was released to address a licensing system limitation. On November 24, 2014, NewTek released Lightwave 2015. The release upgraded Bullet physics integration (constraints, motors, dynamics affecting bones), Genoma rigging automation plug in with scripting, edge rendering, and the dynamic object parenting workflow. It also added a plate perspective matching tool, and Importance sampling to Global illumination. On January 1, 2018, NewTek released Lightwave 2018. Features include: Physically Based Rendering System, Render & Light Buffers, New Volumetric Engine, OpenVDB Support, New Lighting Architecture, Surface Editor Material Nodes & Surface Preview, Virtual Reality Camera, Modifier Stack & Nodal Modifiers, New Cel Shader & Enhanced Edge Rendering, More Integrated FiberFX, Layout based Parametric Shapes, Physically Based OpenGL, & a Noise Reduction Filter. New Modeler Features include: "A 'Layout View' viewport shows the current camera view from Layout. In addition, LightWave 2018 Modeler provides new fully interactive tools including Lattice, Smoothing, Array and Spline Bridge to speed up your modeling." In January 2019, LightWave 2019 introduced new integration tools with Unreal Engine, animatable mesh sculpting and painting in Layout, new UV mapping and UDIM tools (as well as support for smoothing groups) in Modeler, improved FBX interchange, shading model customization tools, new shape primitives, OpenVDB creation, shading/rendering enhancements, and workflow/UI improvements.

Модельдеуші және макет

LightWave жеке бағдарламалардан тұрады, негізінен Modeler және Layout. Әрбір бағдарлама белгілі бір міндеттер үшін арналған жеке жұмыс кеңістігін ұсынады. Бұл екі бағдарлама бір уақытта іске қосылғанда, деректерді синхрондау үшін Hub деп аталатын бағдарлама қолданылады. Modeler, атауынан көрініп тұрғандай, 3D модельдерді жасау үшін қажетті барлық модельдеу мүмкіндіктерін қамтиды, ал Layout 3D модельдерді орналастыру, анимациялау және рендерингтеу мүмкіндіктерін ұсынады. Layout сәулелерді іздеу (ray tracing), жаһандық жарықтандыру (global illumination) және рендеринг шығару параметрлерін қамтиды. Бұл бөліну 3D компьютерлік графикалық пакеттер арасында ерекше, себебі олар көбінесе модельдеуші және рендерерді біріктіреді. NewTek нақты міндеттерге жұмыс кеңістіктерін арнау 3D өндіріс процесін тиімдірек етеді деп санайды. LightWave қолданушылары арасында ұзақ жылдар бойы Modeler және Layout-ты бір бағдарламаға біріктіру мәселесі талқыланып келеді. Осыған жауап ретінде NewTek Layout-қа бірнеше қарапайым модельдеу құралдарын қосып, интеграция процесін бастады. Сонымен қатар, Screamernet деп аталатын командалық желілік рендеринг қозғалтқышы бар, оны желідегі көптеген компьютерлерге рендеринг міндеттерін тарату үшін пайдалануға болады. Бұл жобаны рендерингтеуге кететін жалпы уақытты қысқартуға мүмкіндік береді, себебі компьютерлер жобаның әр бөлігін параллель түрде рендерингтейді. Screamernet Layout-қа енгізілген рендеринг қозғалтқышының барлық мүмкіндіктерін қамтиды, бірақ интерактивті пайдаланушы интерфейсі жоқ. LightWave 999 рендеринг түйінін (render node) табиғи түрде қолдайды.

Динамикасы

LightWave қатты және жұмсақ денелердің қозғалысын, деформацияны, шектеулерді, механизмдерді, ортаны және бөлшектерді қолдайтын динамикалық физика жүйелерін ұсынады. Ол 3D нысан үлгілерімен, сүйектермен және шашпен (FiberFX) өзара әрекеттеседі. LightWave құрамында Bullet және бұрынғы меншіктік (ClothFX, SoftFX, HardFX, ParticleFX шығарушысы, жел, соқтығысу және гравитация) динамикалық қозғалтқыштары бар.

Тораптар

NewTek LightWave 9 үшін түйіндік график архитектурасымен (Node Editor) LightWave параметрлерін орнату мүмкіндіктерін кеңейтті. Бұл редактор, өзінің қатаң және стекке негізделген параметрлерді орнату мүмкіндігімен қатар, кең ауқымды иерархиялық параметрлерді орнатуға мүмкіндік берді. Мысал түйін түрлері: математикалық, скрипт, градиент, үлгі, инстанция, топ және шейдер. Түйіндер Surface Editor, Mesh Displacement және Virtual Studio мүмкіндіктерінде қолданылады. Үшінші тарапты әзірлеушілерге өз түйіндерін қосуға мүмкіндік беретін түйін плагині API бірге шығарылды. Үшінші тараптан түйін дамытудың айқын мысалы – Дени Понтоньенің Қосымша түйіндері. Бұл тегін түйіндер суреттерді, рендерлерді, процедуралық текстураларды, Hypervoxels, нысандардың қозғалысын, анимациялық арналарды және көлемдік жарықтарды өзгертуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, олар бөлшектер мен басқа торларды түйін параметрлерін басқару үшін пайдалануға мүмкіндік береді.

Сценарий жасау

LScript – LightWave бағдарламасының скрипттеу тілдерінің бірі. Ол LightWave қалай жұмыс істейтінін скрипт арқылы бағдарламалау үшін қолдануға болатын, дайын функциялардың кең жиынтығын ұсынады. LightWave 11 нұсқасымен NewTek Python қолдауын, қосымша мүмкіндік ретінде енгізді.

LightWave Plug-In SDK-ы

SDK жергілікті LightWave плагиндерін жазуға арналған C кластары жиынтығын қамтамасыз етеді.

Лицензиялау

1994 жылы жеке өнім ретінде қолжетімді болғанға дейін, LightWave жұмыс істеу үшін Amiga компьютерінде Video Toaster болғанын қажет етті. 11.0.3 нұсқасына дейін LightWave лицензиялары аппараттық донглға (мысалы, Safenet USB немесе ескі параллель порт модельдері) байланыстырылған. Доңгелсіз LightWave "Discovery Mode" режимінде жұмыс істейтін, бұл мүмкіндіктерін күрт шектейтін. LightWave-тің бір данасы 999 түйінге дейін таратылған рендерингті қолдайды.