LightWave 3D: Программа для трехмерной компьютерной графики

Введение

Программа для 3D-компьютерной графики

LightWave 3D — это программа для 3D-компьютерной графики, разработанная компанией LightWave Digital. Она использовалась в фильмах, на телевидении, в создании моушн-графики, цифровой матовой живописи, визуальных эффектах, разработке видеоигр, промышленном дизайне, архитектурной визуализации, виртуальном производстве, музыкальных клипах, предварительной визуализации и рекламе.

Обзор

LightWave – это программный пакет, предназначенный для рендеринга 3D-изображений, как анимированных, так и статичных. Он включает в себя высокоскоростной движок рендеринга, поддерживающий такие передовые функции, как реалистичные отражения, радиозность, каустики и до 999 узлов рендеринга. Компонент 3D-моделирования поддерживает как полигональное моделирование, так и моделирование поверхностей подразделения. Анимационный компонент включает в себя функции прямой и обратной кинематики для анимации персонажей, системы частиц и динамику. Программисты могут расширить функциональность LightWave с помощью поставляемого SDK, который предоставляет интерфейсы для скриптов на Python, LScript (собственный язык скриптов) и языке C.

История

В 1988 году Аллен Гастингс создал программу для рендеринга и анимации под названием VideoScape 3D, а его друг Стюарт Фергюсон разработал дополнительную программу для 3D-моделирования под названием Modeler, обе продавались компанией Aegis Software. NewTek планировала интегрировать VideoScape и Modeler в свой пакет для видеомонтажа Video Toaster. Изначально планировалось назвать систему "NewTek 3D Animation System for the Amiga", но позже Гастингс придумал название "LightWave 3D", вдохновленное двумя современными высококлассными 3D-пакетами: Intelligent Light и Wavefront. В 1990 году был выпущен пакет Video Toaster, включающий LightWave 3D и работающий на компьютере Amiga. LightWave 3D доступна как автономное приложение с 1994 года, а версия 9.3 работает как на платформах Mac OS X, так и Windows. Начиная с выпуска версии 9.3, версия для Mac OS X была обновлена до Universal Binary. Последней известной автономной версией для Amiga была LightWave 5.0, выпущенная в 1995 году. Вскоре после выхода первой версии для ПК, NewTek прекратила выпуск версии для Amiga, ссылаясь на неопределенное будущее платформы. Вскоре были выпущены версии для платформ DEC Alpha, Silicon Graphics (SGI) и Macintosh. LightWave использовалась для создания спецэффектов для телесериалов Babylon 5, Star Trek: Voyager, Space: Above and Beyond, seaQuest DSV, Lost и Battlestar Galactica. Программа также применялась при создании фильмов "Титаник", "Аватар", "Город грехов" и "300". Короткометражный фильм "405" был создан двумя художниками дома с использованием LightWave. В финской пародийной версии "Звёздного пути" Star Wreck: In the Pirkinning, большая часть визуальных эффектов была выполнена в LightWave финским режиссёром Самули Торссоненом, который также создал визуальные эффекты для художественного фильма "Железное небо". Фильм "Джимми Нейтрон: Мальчик-гений" был полностью создан в LightWave 6 и messiah:Studio. В 2007 году состоялся дебют первого полнометражного фильма, полностью анимированного одним человеком, "Плоская страна" Лэдда Элингера-младшего. Он был полностью анимирован в LightWave 3D 7.5 и 8.0. В девятой версии рынок LightWave охватывает как любителей, так и профессионалов, работающих в области видеоигр, телевидения и кино. NewTek выпустила 64-битную версию LightWave 3D в составе пятого бесплатного обновления LightWave 3D 8, и она была представлена в ключевом докладе Билла Гейтса на WinHEC 2005. 4 февраля 2009 года NewTek представила "LightWave CORE" – своё 3D-приложение нового поколения, посредством прямой трансляции для 3D-художников по всему миру. Она отличалась высоконастраиваемым и модернизированным пользовательским интерфейсом, интеграцией скриптов Python, предлагающей предварительный просмотр кода и изображений в реальном времени, обновлённым форматом файлов на основе отраслевого стандарта Collada, существенными изменениями в технологиях моделирования и итеративным рендерером порт-вида в реальном времени. Планировалось, что это будет первый продукт LightWave, доступный для операционной системы Linux. Однако 23 июня 2011 года разработка CORE была прекращена как самостоятельного продукта, и NewTek объявила, что улучшения CORE будут интегрированы в текущую платформу LightWave, начиная с LightWave 10 (первоначально LightWave HC, предназначенной для переходной программной системы, включающей классические приложения Layout и Modeler на начальных этапах CORE, чтобы обеспечить совместимость с существующим набором инструментов LightWave). 30 декабря 2010 года NewTek выпустила LightWave 10. Она добавила интерактивный рендерер видового порта (VPR), интерактивные стереоскопические камеры, линейный цветовой рабочий процесс, интерактивный физический телеоперационный ввод в реальном времени (Virtual Studio Tools) и улучшения для обмена данными. 20 февраля 2012 года NewTek начала поставки LightWave 11 Software, новейшей версии своего профессионального программного обеспечения для 3D-моделирования, анимации и рендеринга. LightWave 11 включает множество новых функций, таких как инстанцирование, инструменты для создания стай и разрушения объектов, гибкая Bullet Dynamics, поддержка Pixologic Zbrush и многое другое. LightWave 11 используется для создания 3D-контента всех жанров, от производства визуальных эффектов для фильмов и телевещания до архитектурной визуализации и дизайна игр. 31 января 2013 года NewTek выпустила LightWave 11.5, которая представила новую модульную систему оснастки под названием Genoma. Система стай была переработана, получив поведение хищника и жертвы. Система динамики пули была улучшена, чтобы включать динамику мягких тел, силы ветра и реагировать на деформации костей. Также были добавлены межсоединения с After Effects и ZBrush (через GoZ). В Modeler были добавлены новые инструменты, основанные на новой экспериментальной подсистеме. Первоначально предполагалось, что эта подсистема позволит внести дальнейшие улучшения в Modeler, но заявления разработчика на основных пользовательских форумах (позже удалённые модераторами) показали, что этот подход оказался слишком проблематичным, и рассматривался другой путь развития Modeler. FiberFX, система волос/меха в LightWave, также была улучшена в выпуске 11.5, чтобы работать с мягкими телами и напрямую поддерживать кривые из Modeler для направления волос. Кроме того, была добавлена поддержка плетения и скручивания, чтобы упростить создание сложных причёсок. 1 ноября 2013 года NewTek выпустила LightWave 11.6. Этот релиз привнёс новый инструмент анимации, управление сплайнами, а также улучшения в трассировке лучей (чтобы обеспечить точное позиционирование объектов в сцене на поверхности с возможностью смещения). Также была реализована nVidia CgFX, хотя и через устаревшую систему шейдеров. Была добавлена поддержка STL для вывода, подходящего для 3D-принтеров. Виртуальная студийная система также была расширена, чтобы поддерживать надстройку LightWave 3D, созданную пользователями, под названием NevronMotion, обеспечивающую прямой захват движения (полного тела и лица) с использованием потребительских устройств, таких как Kinect (только для Windows) и перенацеливание через упрощённый пользовательский интерфейс. Упрощённая система Python была сделана доступной для среды Modeler и для общих функций. Сроки поддержки Layout через эту упрощённую систему не разглашаются. Также была представлена поддержка Alembic. С момента выпуска 11.6 было выпущено два незначительных исправления для устранения проблем с программным обеспечением (11.6.1 и 11.6.2). В начале мая 2014 года была выпущена версия 11.6.3 для устранения ограничения системы лицензирования. 24 ноября 2014 года NewTek выпустила Lightwave 2015. В этом выпуске были обновлены интеграция физики Bullet (ограничения, двигатели, динамика, влияющая на кости), плагин автоматизации оснастки Genoma со скриптами, рендеринг краёв и рабочий процесс динамического связывания объектов. Также был добавлен инструмент сопоставления перспективы пластины и Importance sampling для глобального освещения. 1 января 2018 года NewTek выпустила Lightwave 2018. Новые функции включают: систему физически корректного рендеринга (Physically Based Rendering System), буферы рендеринга и освещения, новый объёмный движок, поддержку OpenVDB, новую архитектуру освещения, узлы редактора материалов и предварительный просмотр поверхности, камеру виртуальной реальности, стек модификаторов и узловые модификаторы, новый шейдер Cel и улучшенный рендеринг краёв, более интегрированный FiberFX, параметрические фигуры на основе Layout, физически корректный OpenGL и фильтр шумоподавления. Новые функции Modeler включают: "Видовое окно Layout показывает текущий вид камеры из Layout. Кроме того, LightWave 2018 Modeler предоставляет новые полностью интерактивные инструменты, включая Lattice, Smoothing, Array и Spline Bridge для ускорения моделирования". В январе 2019 года LightWave 2019 представила новые инструменты интеграции с Unreal Engine, анимируемое скульптурное моделирование и рисование в Layout, новые инструменты UV-развёртки и UDIM (а также поддержку групп сглаживания) в Modeler, улучшенный обмен FBX, инструменты настройки модели затенения, новые примитивы формы, создание OpenVDB, улучшения затенения/рендеринга и улучшения рабочего процесса/пользовательского интерфейса.

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.

Моделирование и макет

LightWave состоит из отдельных программ, в первую очередь Modeler и Layout. Каждая программа предоставляет специализированное рабочее пространство для определенных задач. Когда эти две программы работают одновременно, для синхронизации данных между ними используется программа под названием Hub. Modeler, как следует из названия, включает в себя все инструменты моделирования, необходимые для создания 3D-моделей, а Layout – инструменты для компоновки 3D-моделей, анимации и рендеринга. Layout предлагает трассировку лучей, глобальное освещение и параметры вывода рендеринга. Такое разделение уникально для пакетов 3D-компьютерной графики, которые обычно объединяют свои инструменты моделирования и рендеринга. NewTek утверждает, что выделение рабочих пространств для конкретных задач создает более эффективный рабочий процесс 3D-производства. В сообществе пользователей LightWave уже давно ведутся споры о целесообразности объединения Modeler и Layout в единую программу. В ответ на это NewTek начал процесс интеграции, включив в Layout несколько базовых инструментов моделирования. Также существует сетевой рендер-движок командной строки Screamernet, который можно использовать для распределения задач рендеринга между большим количеством компьютеров в сети. Это позволяет сократить общее время рендеринга проекта, распределяя его по компьютерам, каждый из которых рендерит свою часть параллельно. Screamernet включает в себя все функции рендер-движка, интегрированного в Layout, но без интерактивного пользовательского интерфейса. LightWave поддерживает до 999 рендер-узлов.

Динамика

LightWave предоставляет системы динамики, поддерживающие движение и деформацию твердых и мягких тел, ограничения, моторизацию, окружение и частицы. Она взаимодействует с 3D-моделями объектов, скелетами и волосами (FiberFX). LightWave включает в себя как движок Bullet, так и собственные запатентованные движки динамики (включающие ClothFX, SoftFX, HardFX, эмиттер ParticleFX, ветер, столкновения и гравитацию).

Узлы

NewTek расширила возможности настройки параметров в LightWave, представив архитектуру графов узлов (Node Editor) для LightWave 9. Этот редактор обеспечил широкую иерархическую настройку параметров, дополняя существующую поддержку настройки параметров на основе фиксированных значений и стеков. Примеры типов узлов включают математические, скриптовые, градиентные, образцы, экземпляры, группы и шейдеры. Узлы можно использовать в функциях Surface Editor, Mesh Displacement и Virtual Studio. Для сторонних разработчиков был выпущен API для создания плагинов с собственными узлами. Ярким примером разработки узлов сторонними разработчиками являются Additional Nodes от Дениса Понтонье. Эти бесплатные узлы позволяют изменять изображения, результаты рендеринга, процедурные текстуры, гипервоксели, движения объектов, каналы анимации и объемные источники света. Кроме того, они позволяют частицам и другим сетям управлять параметрами узлов.

Сценарий

LScript — один из скриптовых языков LightWave. Он предоставляет полный набор предустановленных функций, которые можно использовать для написания скриптов, определяющих поведение LightWave. С выходом LightWave 11 компания NewTek добавила поддержку Python как альтернативный вариант для создания пользовательских скриптов.

LightWave Plug-In SDK (погрузчик для LightWave)

SDK предоставляет набор классов C для разработки нативных плагинов LightWave.

Лицензирование

До того, как LightWave стал доступен в качестве самостоятельного продукта в 1994 году, для его работы требовалось наличие Video Toaster в системе Amiga. До версии 11.0.3 лицензии LightWave были привязаны к аппаратному ключу (например, Safenet USB или устаревшим моделям с параллельным портом). Без ключа LightWave работал в "режиме ознакомления", что значительно ограничивает функциональность. Одна копия LightWave поддерживает распределенный рендеринг до 999 узлов.