Expresia „3D” este o abreviere pentru engleza „3 dimensiuni”, adică „3 dimensiuni”. Simbolurile „3D” (în literatura rusă, abrevierea „3d” este de asemenea adesea folosită) indică faptul că un obiect sau o tehnologie diferă de altele prin faptul că are mai mult de două dimensiuni.
Pentru ce sunt modelele 3D?
Toate obiectele din lumea reală au trei dimensiuni. În același timp, în marea majoritate a cazurilor, pentru a reprezenta obiecte tridimensionale, folosim suprafețe bidimensionale: o foaie de hârtie, pânză, ecran de computer. Sculptorul creează figuri tridimensionale, dar înainte de a începe să sculpteze o sculptură din granit, creează schițe în care lucrarea viitoare este reprezentată în mai multe puncte de vedere - din toate părțile. La fel, un arhitect sau un designer lucrează afișând vederi plate ale produselor sau clădirilor proiectate pe o hârtie Whatman sau pe un ecran de computer.
Subiectul „desenului” în cadrul învățământului obligatoriu își propune să predea modelarea tridimensională - descrierea exactă a obiectelor care au volum, pe o suprafață plană, bidimensională, a unei foi de hârtie. În plus, copiii sunt învățați modelarea tridimensională la cursurile de modelare a plastilinei din grădiniță și școala elementară. Atâta atenție la modelarea 3D în procesul educațional nu este întâmplătoare. În orice activitate de creare a obiectelor reale, trebuie să aveți o idee bună despre cum va arăta acest obiect din toate părțile. Un croitor și un designer de haine trebuie să știe cum se potrivește un costum sau o rochie pe o persoană cu o anumită figură. Coaforul creează o tunsoare și o coafură care va avea volum și va arăta diferit din diferite unghiuri. Bijuteria își modelează bijuteriile. Medicul dentist nu trebuie doar să creeze un dinte artificial frumos, ci să ia în considerare și amplasarea acestuia în raport cu restul dinților pacientului. Tâmplarul trebuie să poată monta foarte precis îmbinările părților tridimensionale. De asemenea, ar dori să vadă vizual modul în care mobilierul pe care îl proiectează va fi comod de utilizat și cum se va potrivi în interior.
Multă vreme, reprezentanții diferitelor profesii au folosit desene, constând din mai multe tipuri, pentru modelarea tridimensională. Odată cu proliferarea computerelor personale, a devenit posibilă încredințarea unei părți a sarcinii de a crea modele tridimensionale către software. Sistemele de automatizare de proiectare (CAD) au fost primele care au inclus funcționalitatea afișării dinamice a obiectelor tridimensionale create pe planul ecranului. Cuvântul „dinamic”, în acest caz, înseamnă abilitatea de a roti imaginea unui obiect tridimensional pe ecran și de a o vedea din toate părțile. Cu toate acestea, dinamica unui model 3D poate însemna și capacitatea modelului de a-și schimba forma și de a se mișca. Creatorii de desene animate și jocuri pe computer au nevoie de o astfel de funcționalitate.
În a doua jumătate a secolului al XX-lea, chiar și în era pre-computerizată, au apărut tehnologii de tratare a suprafeței tridimensionale. La scurt timp după sfârșitul celui de-al doilea război mondial, Forțele Aeriene ale SUA au finanțat activitatea Parsons Inc pentru a crea mașini care ar putea freza piese complexe conform unui algoritm dat. Aceste lucrări au condus la crearea unei clase întregi de mașini-unelte de control numeric computerizat (CNC). Proiectarea algoritmilor de lucru pentru mașinile CNC este o altă sarcină din domeniul modelării 3D.
În 1986, inginerul american Charles W. Hall a creat o imprimantă care tipărea obiecte tridimensionale folosind stereolitografia. Mai târziu, au apărut imprimante 3D, imprimând produse tridimensionale dintr-o mare varietate de materiale, inclusiv imprimante pentru imprimarea organelor umane sau, de exemplu, imprimante care imprimă decorațiuni de cofetărie și mese gata. Astăzi, o imprimantă 3D simplă, dar destul de funcțională, poate fi cumpărată la prețul unui smartphone și imprimată pe ea obiecte volumetrice pentru casă sau detalii despre modele și diverse dispozitive. Toate imprimantele 3D pentru imprimare primesc un model tridimensional ca intrare într-un format specific.
Principiile de bază ale modelării 3D
O condiție prealabilă pentru modelarea 3D este prezența imaginației spațiale. Este important să puteți imagina rezultatul viitor al muncii, să îl rotiți mental și să-l examinați din toate părțile, precum și să înțelegeți din ce elemente constă modelul, ce oportunități oferă și ce restricții impune. Prin natură, imaginația spațială a fiecăruia este dezvoltată în diferite grade, totuși, la fel ca alfabetizarea sau o ureche pentru muzică, poate fi dezvoltată. Este important să nu renunți, spunându-ți că nimic nu funcționează, ci să câștigi experiență realizând modele simple la început, trecând treptat la altele mai complexe.
Dacă în orice program CAD desenezi trei dreptunghiuri și le aranjezi în conformitate cu regulile de desenare, atunci modulul de afișare al modelului tridimensional al programului va putea crea și afișa pe ecran paralelipipedul corespunzător acestor trei proiecții. La fel, urmând regulile de desenare, puteți crea un model de aproape orice parte.
Toate programele de modelare 3D sunt vectoriale. Aceasta înseamnă că ele descriu obiecte nu ca o colecție de puncte separate, ci ca un set de formule și funcționează numai cu obiecte întregi. Dacă trebuie să schimbați sau să mutați doar jumătate dintr-un obiect, atunci va trebui să îl tăiați (dacă există un instrument care vă permite să faceți acest lucru) și să reparați jumătățile ca obiecte noi. Pentru a lucra cu un editor de vectori, nu este deloc necesar să cunoașteți formule matematice, acestea sunt incluse în program. O consecință importantă și utilă a acestei abordări este că orice obiect poate fi mutat, modificat și scalat fără a compromite calitatea. Pe de altă parte, programul nu vă va înțelege dacă încercați să desenați un dreptunghi, de exemplu, plasând multe puncte de-a lungul marginilor sale care se ating vizual. Pentru program, vor fi doar multe puncte, nu un dreptunghi. În opinia dumneavoastră, nu va putea efectua nicio acțiune cu acest dreptunghi. Pentru a crea un dreptunghi, trebuie să alegeți un instrument adecvat și să îl utilizați. Apoi programul vă va permite să efectuați orice acțiune cu obiectul creat: schimbați-l, mutați-l într-un punct dat, întindeți, îndoiți și așa mai departe. De asemenea, majoritatea software-urilor pentru modelare 3D nu vor putea funcționa cu grafică în format raster (bmp, jpg, png,
Modelare 3D din „cărămizi”
Marea majoritate a detaliilor tehnice sunt o combinație de primitive volumetrice: paralelipipede, bile, prisme și așa mai departe. Orice instrument pentru modelarea 3D are o bibliotecă de primitive volumetrice și este capabil să le reproducă, ținând cont de parametrii specificați de utilizator. Pentru a crea, de exemplu, un model de cilindru, este suficient să selectați instrumentul adecvat din program și să setați diametrul și înălțimea. De asemenea, toate programele de proiectare tridimensională sunt capabile să efectueze cel puțin două operații matematice cu figuri tridimensionale: adunare și scădere. Deci, de exemplu, după ce ați creat doi cilindri din primitive: unul cu un diametru de 5 cm și o înălțime de 1 cm, iar al doilea cu un diametru de 3 cm și o înălțime evident mai mare de 1 cm, le puteți combina de-a lungul axa centrală și scade-l pe al doilea din primul cilindru (mai mare) … Rezultatul este o mașină de spălat cu grosimea de 1 cm, cu un diametru exterior de 5 cm și un diametru interior de 3 cm. Dacă aveți, de exemplu, un set separat de obiecte separate: „cap fără urechi și nas”, „nas”, „ urechea stângă”și„ urechea dreaptă”, apoi le puteți conecta și adăuga pentru a crea un nou obiect„ cap cu urechi și nas”. Dacă aveți o bibliotecă de urechi, nasuri și capete de diferite forme, atunci puteți, prin parcurgerea lor, să creați un model al capului prietenului dvs. (sau al vostru). Apoi, scăzând obiectul „gură” din capul rezultat, puteți obține un cap cu gura. Crearea unui model 3D din „cărămizi”, obiecte disponibile în biblioteca de programe sau încărcate în program din exterior, este o modalitate simplă și una dintre cele mai populare.
Desigur, nu există „elemente de bază” pentru toate cazurile în niciun program. Cu toate acestea, multe obiecte pot fi create prin deplasarea altor obiecte în spațiu sau prin modificarea lor. De exemplu, puteți crea singur același cilindru luând un cerc ca bază și deplasându-l în sus, păstrând fiecare pas adăugând pozițiile într-un singur obiect. Dacă programul are un astfel de instrument, atunci va face totul de la sine, trebuie doar să specificați: de-a lungul carei traiectorii și cât de departe trebuie să mutați baza. Deci, din șaiba creată în conformitate cu tehnologia descrisă mai sus, puteți crea un nou obiect - o țeavă. Inclusiv - o țeavă cu multe coturi de orice curbură dată. Un punct important: pentru aceasta, cercul trebuie să fie inițial tridimensional. Să - cu grosime neglijabilă, dar nu egal cu zero. Pentru a face acest lucru, programul trebuie să aibă un instrument pentru conversia unei figuri plate cu grosime zero într-una tridimensională cu grosime neglijabilă, dar specifică.
Modelare 3D din poligoane
Multe programe de modelare 3D funcționează cu tipuri speciale de obiecte numite „ochiuri”. O plasă este o plasă poligonală sau o colecție de vârfuri, margini și fețe ale unui obiect 3D. Pentru a înțelege un obiect compus din ochiuri, puteți privi, de exemplu, un robot creat din piese Lego. Fiecare piesă este o plasă separată. Dacă dimensiunea medie a unei piese Lego este de 1 cm și asamblați un robot de 50 cm înălțime, atunci va fi posibil să recunoașteți imaginea (de exemplu, a unei persoane) pe care ați pus-o în ea. Cu toate acestea, realismul unei astfel de sculpturi va fi foarte mediocru. O altă conversație, dacă creați un robot înalt de 50 de kilometri din piese cu o dimensiune medie de 1 cm. Dacă mergi la o distanță decentă pentru a vedea întreaga sculptură gigantică, nu vei observa unghiul suprafeței, iar robotul poate arăta ca o persoană vie cu pielea netedă.
Plasa poate fi cât de mică doriți, ceea ce înseamnă că puteți obține orice netezime vizuală a suprafeței modelului. Practic, construirea unui obiect din ochiuri este la fel ca pixel art într-o imagine 2D. Cu toate acestea, ne amintim că setul de puncte în formă de dreptunghi nu este un obiect „dreptunghi”. Aceasta înseamnă că, pentru ca imaginea creată din ochiuri să devină un obiect tridimensional, contururile sale trebuie să fie umplute cu volum. Există instrumente pentru acest lucru, dar sunt adesea uitate de noii veniți la modelarea 3D. La fel ca și faptul că pentru ca o suprafață (o sferă, de exemplu) să se transforme într-o figură volumetrică, aceasta trebuie să fie complet închisă. Merită să eliminați un punct (o plasă) de pe suprafața închisă finisată, iar programul nu va putea să-l transforme într-un obiect 3D.
Mișcarea și aspectul modelului 3D
Imaginați-vă că creați un obiect auto din ochiuri sau în orice alt mod. Dacă în programul de modelare tridimensională setați traiectoria și viteza de mișcare a oricărui punct din interiorul obiectului prin formulă, stabilind condiția ca toate celelalte puncte să se deplaseze sincron, atunci mașina va conduce. Dacă, în același timp, roțile mașinii sunt selectate ca obiecte separate și traiectorii separate de mișcare și rotație sunt atribuite centrelor lor, atunci roțile mașinii se vor roti de-a lungul drumului. Alegând corespondența corectă între mișcarea caroseriei mașinii și a roților acesteia, puteți realiza realismul desenului animat final. La fel, puteți face un obiect „uman” să se miște, dar acest lucru necesită o înțelegere a anatomiei umane și a dinamicii mersului sau alergării. Și apoi - totul este simplu: un schelet este creat în interiorul obiectului și fiecăreia dintre părțile sale i se atribuie propriile legi ale mișcării.
Un obiect creat într-un program de modelare tridimensională poate, în formele sale, să repete complet un eșantion real din viața sau fantezia creatorului, se poate mișca în mod realist, dar totuși îi va lipsi încă o caracteristică pentru a-l potrivi pe deplin. Această caracteristică este textura. Culoarea și rugozitatea suprafeței determină percepția noastră, astfel încât majoritatea editorilor 3D au și instrumente pentru crearea texturilor, inclusiv biblioteci de suprafețe gata făcute: de la lemn și metal până la textura dinamică a unei mări furioase la lumina lunii. Cu toate acestea, nu toate sarcinile de modelare 3D necesită o astfel de funcționalitate. Dacă creați un model pentru imprimare pe o imprimantă 3D, atunci textura suprafeței sale va fi determinată de materialul care urmează să fie tipărit. Dacă proiectați un dulap în CAD pentru producătorii de mobilă, atunci, desigur, vă va fi interesant să „îmbrăcați” produsul în textura speciilor de lemn selectate, dar va fi mult mai important să faceți calcule de rezistență în același program.
Formate de fișiere în modelare 3D
Software-ul pentru crearea, editarea și fabricarea obiectelor 3D este prezentat pe piață de zeci de aplicații și pachete. Mulți dezvoltatori ai unui astfel de software își folosesc propriile formate de fișiere pentru a salva rezultatele simulării. Acest lucru le permite să profite mai bine de produsele lor și le protejează desenele și modelele de abuz. Există peste o sută de formate de fișiere 3D. Unele dintre ele sunt închise, adică creatorii nu permit altor programe să își folosească formatele de fișiere. Această situație complică foarte mult interacțiunea persoanelor angajate în modelarea 3D. Un aspect sau un model creat într-un program este adesea foarte dificil sau imposibil de importat și convertit într-un alt program.
Cu toate acestea, există formate de fișiere grafice 3D deschise care sunt înțelese de aproape toate programele pentru lucrul cu 3d:
. COLLADA este un format universal bazat pe XML conceput special pentru schimbul de fișiere între programe de la diferiți dezvoltatori. Acest format este acceptat (în unele cazuri, este necesar un plug-in special) de produse populare precum Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. De asemenea, acest format poate înțelege cele mai recente versiuni ale Adobe Photoshop.
. OBJ - Dezvoltat de Wavefront Technologies. Acest format este open source și adoptat de mulți dezvoltatori de editori grafici 3D. Majoritatea software-urilor de modelare 3D au capacitatea de a importa și exporta fișiere.obj.
. STL este un format conceput pentru stocarea fișierelor destinate tipăririi folosind stereolitografie. Multe imprimante 3d de astăzi pot imprima direct din.stl. De asemenea, este acceptat de multe feliere - programe pentru pregătirea tipăririi pe o imprimantă 3D.
Editor 3d online tinkercad.com
Site-ul tinkercad.com, deținut de Autodesk, este cea mai bună soluție pentru cei care încep să facă modelare 3D de la zero. Complet gratuit. Ușor de învățat, site-ul are mai multe lecții care vă permit să înțelegeți funcționalitatea principală într-o oră și să începeți. Interfața site-ului a fost tradusă în rusă, dar lecțiile sunt disponibile numai în limba engleză. Cu toate acestea, cunoștințele de bază despre limba engleză sunt suficiente pentru a înțelege lecțiile. În plus, nu este dificil să găsiți ghiduri în limba rusă și traduceri ale lecțiilor tinkercad pe Internet.
Un număr mare de primitive volumetrice sunt disponibile în spațiul de lucru al site-ului, inclusiv cele create de alți utilizatori. Există instrumente pentru scalare, conectare la o grilă de coordonate și la punctele cheie ale obiectelor. Orice obiect poate fi convertit într-o gaură. Obiectele selectate pot fi combinate. Acesta este modul în care se implementează adăugarea și scăderea obiectelor. Istoricul transformărilor este disponibil, inclusiv pentru obiectele nou salvate, ceea ce este foarte convenabil atunci când trebuie să reveniți la mai mulți pași.
Pentru cei pentru care funcțiile elementare descrise mai sus nu sunt suficiente, există o funcționalitate pentru scrierea de scripturi și, în consecință, crearea de scripturi complexe pentru transformarea obiectelor.
Nu există instrumente pentru tăierea obiectelor. Nu există poligoane în forma lor pură (modelul poligonal este implementat, într-o oarecare măsură, în primitive de obiecte curvilinee). Fără texturi. Cu toate acestea, tinkercad vă permite să creați obiecte artistice destul de complexe.
Suportă importul și exportul de fișiere în format STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Editor grafic 3D semi-profesional de la Trimble Inc, achiziționat acum câțiva ani de Google Corporation. Versiunea Pro costă 695 USD. Există o versiune online gratuită cu funcționalitate limitată.
Acum câțiva ani a existat o versiune gratuită pentru desktop a editorului, dar astăzi doar versiunea online este disponibilă fără bani. Versiunea web are instrumente simple de desen, creând curbe și instrumentul Extrudare, care vă permite să creați un solid dintr-o imagine plană. De asemenea, în versiunea web există straturi și texturi. Este disponibilă o bibliotecă de obiecte și texturi create de utilizator.
Importul este posibil pentru fișiere în format propriu (proiect SketchUp). De asemenea, puteți insera un fișier.stl în scenă ca obiect.
Link-urile cu Google permit SketchUp să se integreze cu serviciile gigantului de internet. Acesta nu este doar accesul la spațiul de stocare în cloud, unde puteți găsi multe scene și obiecte gata făcute de utilizat în munca dvs., ci și posibilitatea de a importa imagini din satelit și aeriene din Google Earth pentru a crea scene realiste.
În general, capabilitățile versiunii gratuite a SketchUp sunt semnificativ mai mari decât funcționalitatea disponibilă în tinkercad, dar site-ul web SketchUp încetinește adesea atunci când încercați să efectuați unele operațiuni serioase, ca și cum ar fi sugerat că este mai bine să treceți la versiunea cu plată produsului. Versiunea gratuită a SketchUp vine cu o ofertă de a plăti bani pentru a-și extinde capacitățile aproape la fiecare pas.
Având în vedere că SketchUp Pro are o funcționalitate bună și este utilizat pe scară largă, de exemplu, în proiectarea mobilierului sau dezvoltarea designului interior, putem recomanda stăpânirea versiunii web gratuite a produsului pentru cei care doresc să facă un pas către modelarea serioasă, dar nu sunt încă siguri de punctele forte și oportunitatea lor.trecerea la versiunile cu plată.
Blender
Blender este un proiect legendar care arată, alături de Linux sau PostgreSQL, că o comunitate de programatori uniți de ideea distribuției software gratuite poate face aproape orice.
Blender este un editor grafic profesional 3D cu posibilități aproape nelimitate. El a câștigat cea mai mare popularitate printre creatorii de animație și scene 3d realiste. Ca exemplu al capabilităților acestui produs, putem cita faptul că toată animația pentru filmul „Spider-Man 2” a fost creată în el. Și - nu numai pentru acest film.
Stăpânirea completă a capabilităților editorului Blender necesită o investiție semnificativă de timp și înțelegere a tuturor aspectelor graficii 3D, inclusiv iluminarea, setarea scenei și mișcarea. Are toate instrumentele binecunoscute și populare pentru modelarea volumetrică, iar pentru instrumentele imposibile sau care nu au fost încă inventate există limbajul de programare Python, în care este scris editorul însuși și în care îi puteți extinde capacitățile atât cât îndrăzniți.
Comunitatea de utilizatori Blender numără mai mult de o jumătate de milion de oameni și, prin urmare, nu va fi dificil să găsiți oameni care să vă ajute să o stăpânească.
Pentru proiecte simple, Blender este extrem de funcțional și complex, dar pentru cei care vor face serios modelarea 3D, este o alegere excelentă.
