เลือกซอฟต์แวร์ 3D อย่างไรให้เหมาะกับงาน !! ตอนที่ ๑

[ภาพจาก: corbis]

หนึ่งในคำถามที่ผู้เขียนได้ฟังบ่อยที่สุด นั่นก็คือ “เราควรใช้ซอฟต์แวร์ตัวไหนดี” คำตอบนั้นขึ้นอยู่กับ 3 ปัจจัย ดังต่อไปนี้;

1. คุณต้องการที่จะสร้างอะไร และเพราะอะไร
2. คุณสามารถเข้าถึงซอฟต์แวร์อะไรได้บ้าง
3. ในบรรดาซอฟต์แวร์ที่คุณสามารถเข้าถึงได้นั้น คุณถนัดตัวไหนมากที่สุด

วิธีที่ดีที่สุดในการเลือกซอฟต์แวร์ก็คือเริ่มจากคิดว่าคุณต้องการสร้างอะไร (เช่น เก้าอี้ หรือ บุคคล หรือ ยากอวกาศ เป็นต้น) และเพื่อวัตถุประสงค์อะไร (เช่น ใช้ในวิดีโอเกมส์ ใช้ในการพิมพ์สามมิติ หรือ ใช้เพื่อผลิตในจำนวนมาก) หลังจากที่ได้แนวความคิดเหล่านั้นมาแล้ว คุณควรที่จะทดลองใช้ซอฟต์แวร์ต่างๆให้มากเท่าที่จะทำได้ นั้นจะทำให้คุณได้รู้ว่าซอฟต์แวร์ตัวไหนที่คุณถนัดที่จะใช้มากที่สุด (ผู้เขียนใช้คำว่า “คลิกส์ (clicks)”

การทำความเข้าใจกับรูปแบบของเซอร์เฟส (Surface types) หรือพื้นผิวแบบต่างๆ จะช่วยให้คุณพิจารณาเลือกใช้ซอฟต์อแวร์ได้ง่ายขึ้น และยังเป็นการเตรียมความพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงต่างๆในอนาคตด้วย เนื่องจากมันเป็นความเข้าใจขั้นพื้นฐานของรูปทรงที่สร้างโดยใช้คอมพิวเตอร์ และในปัจจุบันก็มีกระแสหรือเทรนด์ที่จะรวมเอาโลกของการเขียน 3D ในแบบ CAD และในแบบ CG เข้าไว้ด้วยกัน

ยกตัวอย่างเช่น เรามี Fusion 360 ที่สามารถใช้เทคนิค subdivide แล้วสามารถนำไปใช้กับกระบวนการเขียน CAD ต่อได้อีกด้วย และ MeshFusion สำหรับ Modo ที่สามารถใช้เทคนิค CAD boolean และคำสั่ง filter ในการสร้างชิ้นงานที่เป็น Subdivision ซอฟต์แวร์เหล่านี้พึ่งจะถูกสร้างขึ้นเมื่อไม่กี่ปีมานี้เอง

ซึ่งนี่แหละจะเป็นยุดที่น่าสนใจของนักออกแบบโมเดล 3D แบบผสมผสาน !!

รูปแบบของเซอร์เฟส กระแสงาน (ขั้นตอนของงาน) และ จุดมุ่งหมายทางการออกแบบ

(SURFACE TYPES, WORKFLOWS, AND DESIGN INTENT)

[ภาพจาก: jordanpelovitz.com]

วิธีอ่านแผนภูมิ;

จากบทความที่ผ่านมา เราได้ทราบว่าไฟล์ .STL นั้นประกอบไปด้วยผิวด้านรูปสามเหลี่ยมมากมาย ซึ่งถึงแม้ว่าคุณจะไม่ได้ทำการผลิตด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติก็ตาม ไฟล์นั้นๆก็จะต้องถูกแปลงให้เป็นผิวด้านรูปสามเหลี่ยมอยู่แล้ว นั่นเป็นเพราะหน่วยประมวลผลกราฟฟิก หรือ GPU (Graphic Processing Unit) สามารถมองเห็นเพียงรูปทรงสามเหลี่ยมเมื่อมันทำการประมวลผลเพื่อให้เกิดภาพบนหน้าจอ กล่าวคือ ไม่ว่าคุณกำลังเปิดไฟล์ที่ใช้สำหรับเกมส์ หรือเปิดไฟล์ CAD ก็ตาม สิ่งที่คุณเห็นบนหน้าจอก็คือรูปทรงที่แปลงให้เป็นด้านรูปสามเหลี่ยมแล้ว (Triangulated Mesh) รูปทรงที่มีด้านเป็นรูปสามเหลี่ยมนั้น เป็นรูปแบบกลางที่เซอร์เฟสแต่ละประเภทสามารถส่งผ่านถึงกัน

หน่วยประมวลผลกราฟฟิก (Graphic Processing Unit)

GPU คือชิปคอมพิวเตอร์ที่ถูกออกแบบมาให้รองรับการประมวลผลอย่างรวดเร็วเพื่อแสดงภาพกราฟฟิกที่มีลักษณะเป็นสามมิติ บนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ลักษณะการทำงานใกล้เคียงกับ CPU หรือหน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit)

GPU ที่ดีนั้นจำเป็นสำหรับการสร้างรูปทรงสามมิติที่มีความซับซ้อน เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีราคาต่ำส่วนใหญ่จะมาพร้อมกับหน่วยประมวลผลกราฟฟิกที่ต่ำด้วย ที่เรียกว่า “integrated graphic” (หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า การ์ดจอ ออน บอร์ด) ส่วนเครื่องคอมพิวเตอร์ที่เหมาะสำหรับใช้งาน 3D แบบมืออาชีพมักจะมีการติดตั้งหน่วยประมวลกราฟฟิกแบบ “dedicated” (การ์ดจอแยก)

วงกลมสีเขียว (ORGANIC BLEND และ HARD SURFACE) เป็นการแยกกลุ่มตามลักษณะ “ความมุ่งหมายทางการออกแบบ (Design Intent)” ยกตัวอย่างเช่น ถ้าคุณต้องการออกแบบยานอวกาศ คุณอาจจะระบุได้ในเบื้องต้นว่ามันต้องมีคุณสมบัติต่างๆเช่น สามารถบินไปดวงจันทร์ได้ ต้องมีความเร็วสูง และมีลักษณะเป็นรูปทรงแข็งๆ (Hard surface model) ในขณะที่การเขียน 3D ของคนหรือสัตว์ หรือแม้แต่กระเป๋าถือที่มีรอยย่น อาจถูกระบุให้เป็น รูปทรงธรรมชาติ (Organic model) หรือเซอร์เฟสแบบธรรมชาติ (Organic surface)

ความมุ่งหมายทางการออกแบบ ประกอบไปด้วย จุดประสงค์ (purpose) ในการเขียนโมเดลนั้นๆ ถ้าคุณกำลังเขียนโมเดลเพื่อใช้ในวิดีโอเกมส์ ซอฟต์แวร์ประเภท CAD อาจจะไม่มีเครื่องมือเพียงพอที่จะทำให้คุณสามารถจบงานได้ ในทางกลับกัน ถ้าคุณต้องการเขียนงานเพื่อผลิตในระบบอุตสากรรมหรือผลิตในจำนวนมากนั้น ซอฟต์แวร์ประเภท CG อาจจะไม่สามารถควบคุมขนาดสัดส่วนต่างๆที่จำเป็นสำหรับการทำให้ชิ้นงานนั้นผลิตได้จริงในระบบอุตสาหกรรม

แต่นั้นก็ไม่ได้หมายความว่าคุณไม่สามารถใช้ซอฟต์แวร์ประเภท CG ในการผลิตชิ้นงานจริง หรือการใช้ CAD เพื่อสร้างโมเดลที่ใช้ในวิดีโอเกมส์ มันก็แค่เพียงว่าคุณจะต้องรู้ถึงข้อจำกัดและเครื่องมือที่มีแล้ววางแผนการทำงานจากปัจจัยเหล่านั้น ซึ่งนั่นก็ได้นำมาเรามาสู้เรื่องต้อไปก็คือ กระแสงาน (Workflow)

กระแสงานต่างๆเกิดมาอย่างไม่เท่าเทียมกัน (NOT ALL WORKFLOW ARE CREATED EQUAL)

จากที่กล่าวมาข้างต้นแล้วนั้น “ไม่ว่าจะเป็นโมเดลสำหรับเกมหรือเป็นโมเดล CAD ไม่ว่ามันจะอยู่ในหน้าจอหรืออยู่ในมือของคุณ คุณจะได้เห็นรูปทรงที่เป็นด้านรูปสามเหลี่ยม (triangulated mesh)

นั่นเป็นเรื่องที่สำคัญมาก เพราะว่ามันทำให้เรารู้ว่าโมเดล 3D ทุกชิ้น ไม่ว่ามันจะสร้างมาด้วยวิธีการใดก็ตาม มันจะถูกทำให้เข้าสู่กระบวนการในแบบเดียวกัน ทำให้มันมีความใกล้เคียงกันโดยรากฐานนั่นเอง

และจากข้อ 3 ข้างต้น ที่กล่าวว่า “ในบรรดาซอฟต์แวร์ที่คุณสามารถเข้าถึงได้นั้น คุณถนัดตัวไหนมากที่สุด” มีคำอธิบายดังต่อไปนี้

คุณสามารถสร้างชิ้นงานรูปทรงธรรมชาติ (organic model) โดยใช้วิธีขึ้นรูปแบบสมการอิงตัวแปร (parametric) และคุณก็สามารถสร้างชิ้นงานรูปทรงแข็ง (hard surface model) โดยใช้วิธีขึ้นรูปแบบตรง (direct editing) ที่จริงแล้วทุกวันนี้ก็มีบางคนที่ต้องใช้วิธีเช่นนั้น วิดีโอเกมส์หรือโมเดลแบบ CG นั้นมีความต้องการที่เฉพาะเจาะจง เช่นเดียวกันกับโมเดลแบบ CAD และซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่ก็จะรองรับรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งจากสองรูปแบบนี้ เคล็ดลับก็คือ หาซอฟ์แวร์ที่คุณมีความคุ้นเคยกับหน้าตา (interface) มากที่สุด และมีเครื่องมือเพียงพอที่จะทำให้คุณสามารถจบงานนั้นๆได้

ซอฟต์แวร์แต่ละตัวมีหน้าตาและเครื่องมือที่ไม่เหมือนกัน นั้นเป็นตัวกำหนดลักษณะของกระแสงาน (workflow) หรือขั้นตอนการทำงานที่แตกต่างกันนั่นเอง ตรงนี้เป็นเหตุว่าทำไมคุณจึงควรทดลองใช้ซอฟต์แวร์ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยส่วนใหญ่เราสามารถแบ่งลักษณะของกระแสงานออกเป็นสองแบบ นั่นคือ การขึ้นรูปโดยตรง (direct modeling) และการขึ้นรูปโดยสมการอิงตัวแปร (parametric modeling)

Direct Modeling คืออะไร?

Direct modeling หรือการขึ้นรูปโดยตรง เป็นวิธีการเขียนโมเดลโดยการคลิกและลากที่จุด (vertices) เส้นขอบ (edges) หรือด้าน (faces) ของชิ้นงานนั้นๆโดยตรง เป็นรูปแบบหนึ่งของการแก้ไขแบบทางเดียว (destructive editing) นั่นหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงใดๆบนโมเดลหรือชิ้นงาน 3D นั้นๆจะไม่สามารถย้อนกลับไปแก้ไขได้เมื่อทำไปแล้ว เมื่อคำสั่งหรือกิจกรรมนั้นๆล่วงเลยไปกว่าจำนวน undo history ที่ซอฟต์แวร์กำหนด ก็จะไม่สามารถย้อนให้ชิ้นงานของเรากลับมาเป็นแบบแรกสุดอีกต่อไป

โดยทั่วไป ในการขึ้นรูปโดยตรงนั้น จะนิยมใช้เทคนิค 4 แบบด้วยกัน แบบแรกเรียกว่า box modeling (ปั้นโดยใช้กล่อง) เป็นเทคนิคที่ใช้ปริมาตรเป็นกล่องสี่เหลี่ยมในการควบคุมและสร้างรูปทรงที่เกิดขึ้น โดยการใช้ edge loop เพื่อเพิ่มจำนวนจุดที่ใช้ควบคุม (vertices) ซึ่งผู้ใช้จะสามารถขยับขุดเหล่านี้ไปมาได้ และผสมผสานกับการใช้ เครื่องมืออย่าง tools และ modifiers เช่น extrude และ linear falloff ผู้ใช้จะสามารถปรับแต่งขนาดโดยรวมได้อย่างแม่นยำและรวดเร็ว นั่นทำให้สามารถใช้ในการสร้างโมเดลที่มีความซับซ้อนได้ในเวลาอันรวดเร็วและยังแก้ไขได้ง่ายอีกด้วย โดยแนวทางคือใช้ polygon loop ในการควบคุมรูปทรงหลักของโมเดล และกำหนดทิศทางของ loop เหล่านั้น ซึ่งเรียกรวมๆว่า polyflow เหล่านี้เป็นเทคนิคที่นักเขียนโมเดลแบบ subdivision นิยมใช้

เทคนิคที่สองก็คือ edge modeling (ปั้นโดยใช้เส้นขอบ) โดยเริ่มจากการสร้า่งระนาบขึ้นมาและทำการขึ้นรูปต่อไปจากระนาบนั้น ด้วยคำสั่ง extrude เพื่อสร้างระนาบต่อๆมา เทคนิคนี้มีข้อดีคือสามารถสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนโดยเริ่มจากเส้นร่างสำคัญๆก่อน แล้วค่อยๆลงรายละเอียดในส่วนต่างๆของโมเดลต่อไป

ตัวอย่างของเทคนิค edge modeling

เทคนิคที่สามเรียกว่า sculpting (แปลแบบตรงๆก็คือ ปั้น) โดยใช้เครื่องมือที่ออกแบบมาให้เหมือนการทำงานกับดินจริงๆ ผู้ใช้จะใช้เม้าส์แบบปากกา เพื่อทำการปั้นและแกะสลักลงบนชิ้นงานในลักษณะเดียวกับที่ทำงานกับดินจริงๆ ซึ่งเครื่องมือเหล่านี้จะช่วยให้ง่ายต่อการขุด (voids) เซาะ (pockets) และสร้างรูปทรงที่ต่อเนื่องกันได้ง่าย (blends) รวมถึงเครื่องมือที่ช่วยดัดเซอร์เฟสไปในแบบที่ต้องการ โดยเทคนิคนี้จะสามารถทำได้เฉพาะในโปรแกรมประเภท voxel subdivision และ polygon

เทคนิคที่สี่นั้น ไม่ได้มีชื่อเรียกที่เฉพาะเจาะจงซักเท่าไร แต่ผู้เขียนได้หยิบยกมาไว้ในบทความเพื่อความครบถ้วน มันคือกระบวนการที่ใช้เซอร์เฟสที่มีลักษณะเป็นแผ่น (patch) ที่เรียกว่า NURBS (non-uniform Rational Basis Spline) ซึ่งสร้างจากการร่างเส้นที่เรียกว่า curve (คล้ายกับเส้นขอบหรือ edge) แล้วทำการเชื่อม หรือ loft เข้าหากัน เพื่อให้เป็นแผ่นเซอร์เฟส (surface patches) โดยแผ่นเซอร์เฟสเหล่านั้นจะถูกเย็บต่อๆกันเพื่อสร้างเป็นรูปทรงที่เรียกว่า NURBS surface เป็นการใช้เส้น curve และกำหนดความสัมพันธ์ในสามมิติเพื่อสร้างเป็นชิ้นงาน โดยผู้ออกแบบจะต้องกำหนดตำแหน่งของเส้นต่างๆอย่างแม่นยำเพื่อให้บรรจบเข้ากันกับเซอร์เฟสอื่นๆบนโมเดล

PARAMETRIC MODELING คืออะไร?

การขึ้นรูปโดยสมการอิงตัวแปรนั้นสามารถใช้ได้กับเซอร์เฟสทุกประเภท อย่างไรก็ตาม ในทุกวันนี้สามารถแบ่งประเภทหลักออกเป็น NURBS surface และ B-Rep Solids ซึ่งมีการใช้กันในอุตสาหกกรมและงานวิศวกรรม การขึ้นรูปโดยสมการอิงตัวแปร (parametric) นั้นคือการใช้ตัวแปรต่างๆเป็นตัวกำหนดรูปทรงของชิ้นงาน โดยค่าของตัวแปรนั้นจะเรียกว่า พารามิเตอร์ (parameters) โดยพารามิเตอร์เหล่านั้นจะถูกบรรจุอยู่ในคำสั่งสร้างรูปทรงที่เรียกว่า ฟีทเจอร์ (features) ยกตัวอย่างฟีทเจอร์ให้เข้าใจง่ายๆก็คือ เมื่อคุณใช้คำสั่ง extrude จากเส้นสี่เหลี่ยมขึ้นเป็นกล่องลูกบาศก์ เจ้าก้อนลูกบาศก์นั้นแหละคือฟีทเจอร์ (เรียกง่ายๆก็คล้ายคำว่า “รูปพรรณ” ในเหล็กรูปพรรณ) ส่วนขนาดความกว้าง ความยาว ความสูง ของกล่องนั้นๆ ก็คือ พารามิเตอร์ (parameters) นั่นเอง

สมมุติว่าเราสร้างกล่องขึ้นมาอีกชิ้นต่อจากกล่องใบแรก โดยใช้คำสั่ง extrude อีกครั้ง ทั้งกล่องแรกและกล่องที่สองคือฟีทเจอร์ที่ซอฟต์แวร์ได้บันทึกไว้เป็น history โดยผู้ใช้สามารถจัดการกับแผนภูมิ history trees (มีลักษณะเป็นรายการของฟีทเจอร์ต่างๆที่ใช้สร่างโมเดลชิ้นนั้นๆ) และสามารถย้อนกลับไปแก้ไขพารามิเตอร์ก่อนหน้าเพื่อเปลี่ยนรูปทรงของชิ้นงานได้ เรียกว่า construction history ซึ่งการแก้ไขต่างๆสามารถทำตรงจุดไหนหรือฟีทเจอร์ไหนบนแผนภูมิก็ได้ และส่วนที่เกี่ยวพันกันก็จะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย จากตัวอย่างก็คือเราสามารถแก้ไขขนาดความสูงของกล่องใบแรก (ที่อยู่ติดกับใบที่สอง) กล่องไปที่สองก็จะมีการปรับตัวขึ้นลงตามฐานของมัน (ผิวบนของกล่องใบแรก) ด้วยเช่นกัน

ในบทความถัดไป จะกล่าวถึงความเห็นจากประสบการณ์การใช้ซอฟต์แวร์แต่ละตัว โปรดติดตามครับ
ขอขอบคุณบทความจาก jordanpelovitz.com