[Перевод] Опенсорс и эксперименты с виртуальным конструктором LEGO
Моё детство примерно на 20% состояло из Dungeons & Dragons (D&D) и на 80% — из LEGO. Эти два занятия очень сильно пересекались. Мне, по разным причинам, не разрешали всё время играть в D&D. Но я, привлекая на помощь воображение, и достигнув в этом деле успехов, достойных плута 15 уровня, понял, что создание персонажей AD&D игрой не считается. Воссоздание вселенной DragonLance средствами LEGO очень хорошо помогало мне быть ближе к игре, которая мне очень нравилась.
Поэтому одним из моих любимых направлений в LEGO были замки. Я тратил многие часы, выдумывая подземелья для моих героев. Для того чтобы не терять свои находки, и из-за того, что я видел, как мои друзья в школе чертят карты подземелий, я составлял планы своих LEGO-моделей на миллиметровке. Кроме того, я пытался сохранить и сведения о том, как именно были устроены модели. Использование миллиметровки казалось логичным для изображения того, что, в основном, состояло из прямоугольных блоков. Но меня, в итоге, сгубило недостаточно хорошее понимание правил изометрической проекции.
Теперь, хоть я и стал старше, моя любовь к LEGO не угасла. И хотя я и не могу сказать, что очень уж горжусь своими моделями (их называют MOC-моделями), я почувствовал, что просто должен разобраться с тем, как мне документировать то, что создаю. Я никогда не умел очень уж хорошо рисовать. Поэтому я решил обратиться к компьютеру.
CAD для LEGO
Несколько лет я работал в сфере виртуального 3D-моделирования (а в сфере обычного 3D — и того больше). Я хорошо владею 3D-приложениями, но всё, чем я пользовался, заточено под анимированную графику и под производство фильмов. Все эти программы, как, собственно, и фильмы, рассчитаны на то, чтобы создать красивую картинку. Как именно что-то сделано, до тех пор, пока всё выглядит хорошо, не так уж и важно. Если, ради того, чтобы что-то выглядело бы очень хорошо, нужно «обмануть» законы физики, то это вполне приемлемо, так как это будет существовать только в виртуальном пространстве.
А вот системы автоматизированного проектирования (Computer-Aided Design, CAD), это уже нечто другое. CAD-приложения пришли на смену обычным чертежам. В них создают спецификации, иллюстрирующие то, как нечто может быть создано в реальном мире. От этих программ ждут точности и реализма.
Так как невероятно много людей увлечено LEGO, существует активное сообщество тех, кто создаёт LEGO-модели, используя CAD-программы. Преимущества такого подхода очевидны: можно задокументировать подробные сведения о модели, описать то, какие детали нужны для её создания, и то, как именно их нужно соединить друг с другом. Это, конечно, не замена реальному конструктору LEGO (ну, разве что для тех, кто любит CAD больше, чем LEGO), но это — отличное дополнение к хобби.
Для того чтобы построить виртуальную модель LEGO, нужны две вещи:
- Виртуальные детали LEGO.
- CAD-приложение.
Существуют разные способы этими двумя вещами обзавестись. Здесь я хочу рассказать о том подходе к виртуальному LEGO-моделированию, который удалось обнаружить мне. Его достоинства в том, что это — опенсорсный и модульный подход.
Виртуальные детали LEGO
Для того чтобы раздобыть виртуальное представление практически любого из когда-либо созданных строительных блоков для LEGO-моделей, можете воспользоваться опенсорсным ресурсом LDraw. LDraw — это открытый стандарт для цифровых моделей LEGO, который включает в себя возможности по описанию размеров и ориентации элементов. В дополнение к работе по описанию деталей средствами LDraw, силами сообщества подготовлены 3D-модели для каждой детали. Это значит, что все желающие могут загрузить тысячи определений деталей, истратив на это не особенно много трафика.
Установка набора деталей
Виртуальные детали очень похожи на изображения, которые используются на сайтах, или на шрифты, применяемые на компьютере. Собственно говоря, соответствующие файлы можно хранить где угодно. Главное, чтобы приложение, в котором планируется работать с деталями, знало о том, где эти файлы находятся. В Linux LDraw-файлы обычно размещают в папке /usr/share/LDRAW. В Windows это обычно C:\Users\Public\Documents\LDraw.
LDraw даёт в наше распоряжение лишь спецификации для каждой детали. Вот, например, как выглядит код описания кубика 1×1:
0 ~Brick 1 x 1 without Front Face
0 Name: s\3005s01.dat
0 Author: John Riley [jriley]
0 !LDRAW_ORG Subpart UPDATE 2004-01
0 !LICENSE Redistributable under CCAL version 2.0 : see CAreadme.txt
0 BFC CERTIFY CCW
0 BFC INVERTNEXT
1 16 0 24 0 0 0 6 0 -20 0 -6 0 0 box5.dat
4 16 10 24 -10 6 24 -6 6 24 6 10 24 10
4 16 10 24 10 6 24 6 -6 24 6 -10 24 10
4 16 -10 24 10 -6 24 6 -6 24 -6 -10 24 -10
4 16 -10 24 -10 -6 24 -6 6 24 -6 10 24 -10
1 16 0 24 0 10 0 0 0 -24 0 0 0 10 box4t.dat
1 16 0 0 0 0 0 1 0 1 0 -1 0 0 stud.dat
0
Для того чтобы увидеть детали в более привычном облике, понадобится программа для их визуализации.
Приложение LDView для визуализации деталей
LDView — это среда для 3D-рендеринга, напоминающая POV-Ray или Cycles из Blender. Это приложение создано специально для рендеринга .ldr-файлов, то есть — CAD-файлов, содержащих данные в формате LDraw.
Если вы работаете на Linux, то, возможно, вы найдёте LDView в своём репозитории ПО. Если в репозитории этой программы не окажется — вы можете скачать установщик с сайта проекта. Если вы пользуетесь macOS или Windows, то вам, опять же, нужно будет воспользоваться сайтом LDView.
Просмотр отдельной детали
Легче всего начать цифровое конструирование моделей LEGO, попытавшись визуализировать отдельную деталь.
Сначала откройте ваш любимый текстовый редактор. Это может быть любая программа. Главное — чтобы она могла сохранять документы в виде обычного текста. Некоторые текстовые редакторы, в стремлении оказать пользователям добрую услугу, пытаются сохранять текстовые материалы в файлах, в которых, помимо текстов, есть ещё масса служебной информации (вроде .rtf и .doc). Существует множество хороших кросс-платформенных текстовых редакторов. Я, для наших дел, могу порекомендовать довольно-таки минималистичный редактор Geany.
Создадим новый файл с именем 1brick.ldr и введём в него следующий текст:
0 Name: 1brick.ldr
0 Author: Seth Kenlon
0 clr x y z a b c d e f g h i
1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 -1 0 0 3001.dat
А теперь взглянем на наше скромное творение:
$ LDView 1brick.ldr
Кубик LEGO
Только что вы создали простой CAD-файл, описывающий один кубик (а именно — модель номер 3001), цветовой индекс которого равняется 1 (это синий цвет), расположенный в позиции (0, 0, 0) по осям X, Y и Z. Поворот кубика регулируется с использованием средств матричного преобразования. Их применение, надо признать, не относится к простым математическим вычислениям. Правда, при конструировании LEGO-моделей произвольное вращение деталей требуется сравнительно редко, так как большинство деталей стыкуются друг с другом с использованием шипов.
Любая строка в файле, начинающаяся с 0, содержит либо комментарий, либо метаданные. Строка, начинающаяся с 1, содержит описание детали.
Вы можете попрактиковаться в перемещении и вращении деталей, внося изменения в свой CAD-файл. Обычный кубик имеет в высоту 24 LDU (LDraw Units). Это значит, что ставить детали друг на друга можно, меняя их координату Y с шагом в 24 единицы. Поворачивать детали можно, выполняя матричные преобразования.
Взгляните на этот код:
0 Name: 1brick.ldr
0 Author: Seth Kenlon
0 clr x y z a b c d e f g h i file
1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 -1 0 0 3001.dat
1 2 0 24 0 -1 0 0 0 1 0 0 0 -1 3001.dat
Вот результат его визуализации.
Два кубика
Конечно, перемещать детали можно вдоль любой из трёх осей. В спецификации LDraw сказано, что кубик 1×1 имеет 20 LDU в ширину и 20 LDU в длину. А это значит, что расставлять такие кубики вдоль оси X можно, меняя их позиции с шагом в 20 LDU.
0 Name: 1brick.ldr
0 Author: Seth Kenlon
0 clr x y z a b c d e f g h i file
1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 -1 0 0 3001.dat
1 2 0 24 0 -1 0 0 0 1 0 0 0 -1 3001.dat
Ещё два кубика
Порядок сборки модели
Чаще всего формат LDraw используется для того чтобы продемонстрировать порядок сборки модели. А это значит, что нужно описать последовательность шагов сборки. В LDraw это делается с использованием метакоманды STEP.
Для того чтобы испытать эту метакоманду, добавьте в свой файл, между описаниями деталей, следующее:
0 STEP
Готовый файл будет выглядеть так:
0 Name: 1brick.ldr
0 Author: Seth Kenlon
0 clr x y z a b c d e f g h i file
1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 -1 0 0 3001.dat
0 STEP
1 2 0 24 0 -1 0 0 0 1 0 0 0 -1 3001.dat
Теперь в вашем проекте описано два шага. На первом выводится первый кубик, на втором — второй. Можно пошагово просматривать .ldr-файлы, пользуясь клавишами-стрелками в верхней панели инструментов LDView, находящимися около подписи Steps.
Панель инструментов для пошаговой визуализации моделей
На одном шаге необязательно должен выводиться лишь один кубик. Как и в случае с инструкциями к наборам LEGO, установку нескольких деталей можно объединить в один шаг. Главное, чтобы это не повредило понятности инструкции.
В LDraw есть и другие команды. Например — тут можно рисовать линии, поясняющие расположение деталей, и делать прочие подобные вещи. Соответствующие сведения можно найти в спецификации.
Выяснение кодов деталей
Я хранил свою коллекцию LEGO в ящиках для рыболовных принадлежностей. Поэтому я мог быстро найти любую деталь из любого набора. Правда, по мере того, как росла коллекция, мне было нужно всё больше и больше ящиков. А в результате у меня стало уходить больше времени на поиск нужной детали.
Если учесть то, что в LEGO имеется более 11000 уникальных деталей, искать цифровые детали так же сложно, как и обычные. У каждой официальной детали LEGO есть собственный код. Например, тот кубик 2×4, который мы использовали в примере, имеет код 3001. Если вам известен код детали, вы можете просто использовать его в CAD-файле, и соответствующая деталь появится в вашей модели.
В дистрибутиве LDraw имеется файл parts.lst, в котором, с помощью grep, можно найти нужную деталь. Но детали там не всегда описаны по одной и той же схеме. Работая с этим файлом не всегда легко предугадать то, какие именно ключевые слова соответствуют тем или иным деталям. Например — как понять, какое слово, «curved» «sloped» или «angled», лучше всего характеризует некую деталь сложной формы?
Хотя искать детали можно и в parts.lst, в этом деле нам могут помочь некоторые специальные интернет-ресурсы:
- Lugnet — это пользовательская группа, в которой есть база данных со сведениями о кодах деталей LEGO, построенная на основе сведений, взятых из LDraw.
- BrickLink — хороший каталог деталей.
- Rebrickable — ещё один ресурс, на котором есть каталог деталей.
Другие средства для рендеринга моделей
После того, как вы создали свой шедевр, LDView может экспортировать вашу модель, что позволит вам отрендерить её в высоком качестве. Для этого можно воспользоваться POV-Ray — опенсорсной программой для фотореалистичного рендеринга трёхмерных моделей. В результате плоды ваших трудов можно будет представить в весьма привлекательном виде. Найти POV-Ray можно или в репозитории программ вашего дистрибутива Linux, или на сайте проекта.
Вот пример команды рендеринга:
$ povray +I1brick.pov +Q11 +W4196 +H2160 +O1brick-high.png
Ниже показан результат визуализации.
Высококачественная визуализация модели
Если вам нужна программа для формирования инструкций по сборке моделей — попробуйте опенсорсную LPub3D. Эта программа выводит пошаговые инструкции и список деталей, необходимых на каждом шаге.
LPub3D
Исследование мира LEGO
Создание моделей из деталей LEGO — это интересно. Разработка собственных моделей — это воплощение той творческой энергии, которой фанаты LEGO заряжаются, занимаясь любимым делом. Теперь ваши LEGO-идеи больше не должны существовать лишь в форме бесплотных идей. Вы можете сохранить их в виде моделей и пошаговых инструкций.
Кроме того, эксперименты с цифровым вариантом LEGO позволяют создавать виртуальные модели, которые могут быть очень сложными, и могут включать в себя любые детали, даже такие, которых нет у создателя модели. Цифровые детали LEGO можно использовать для создания анимаций, для подготовки иллюстраций сложных моделей, или даже для проектирования собственных деталей. В Сети есть несколько сообществ любителей LEGO, и многие из них, вроде BrickHub.org, публикую прекрасные рендеры, в основе которых лежат LDraw-файлы.
Мир любителей LEGO — это приятное и креативное место, которое стоит посетить всем тем, кому нравится создавать цифровые модели, разрабатывать собственные детали, или делать с кубиками LEGO что-то такое, чего никто больше с ними не делает. Если вам нравится LEGO, то сегодня — самый лучший день для того чтобы стать частью LEGO-сообщества!
А вам нравится LEGO?
