A "3D" kifejezés az angol "3 dimenzió", vagyis "3 dimenzió" rövidítése. A "3D" szimbólumok (az orosz irodalomban gyakran használják a "3d" rövidítést is) azt jelzik, hogy egy tárgy vagy technológia abban különbözik másoktól, hogy kétnél több dimenzióval rendelkezik.
Mire szolgálnak a 3D-s modellek?
A való világ összes tárgyának három dimenziója van. Ugyanakkor az esetek döntő többségében a háromdimenziós tárgyak ábrázolásához kétdimenziós felületeket használunk: papírlapot, vásznat, számítógép képernyőjét. A szobrász háromdimenziós figurákat készít, de mielőtt szobrot faragni kezdene gránitból, olyan vázlatokat készít, amelyekben a jövőbeni alkotást több nézetben - minden oldalról - ábrázolják. Hasonlóképpen, egy építész vagy tervező úgy dolgozik, hogy a megtervezett termékek vagy épületek lapos nézeteit Whatman papíron vagy számítógép képernyőjén jeleníti meg.
A kötelező oktatás keretében a "rajzolás" tárgya háromdimenziós modellezés - a térfogatú tárgyak pontos leírása - papírlap sík, kétdimenziós felületén történő megtanításának célja. Ezenkívül a gyerekeket háromdimenziós modellezésre tanítják az óvodai és általános iskolai gyurma modellezési órákon. Az oktatási folyamatban a 3D-s modellezésre fordított ilyen sok figyelem nem véletlen. Valódi objektumok létrehozására irányuló bármilyen tevékenység során alaposan meg kell ismernie, hogyan néz ki ez az objektum minden oldalról. A szabónak és a ruhatervezőnek tudnia kell, hogy az öltöny vagy a ruha hogyan fog illeszkedni egy bizonyos alkatú emberhez. A fodrász olyan frizurát és frizurát készít, amelynek volumene és különböző szögektől eltérő megjelenésű lesz. Az ékszerész ékszereit modellezi. A fogorvosnak nemcsak gyönyörű műfogat kell létrehoznia, hanem figyelembe kell vennie annak helyét a beteg többi fogához képest. Az ácsnak nagyon pontosan be kell tudnia illeszteni a háromdimenziós részek ízületeit. Azt is szeretné, hogy vizuálisan megnézze, hogy az általa tervezett bútorok hogyan lesznek kényelmesen használhatók és hogyan illeszkednek a belső térbe.
A különböző szakmák képviselői hosszú ideje sokféle modellből álló rajzokat használtak a háromdimenziós modellezéshez. A személyi számítógépek elterjedésével lehetővé vált a háromdimenziós modellek létrehozásának feladatának egy részét szoftverekre bízni. A dizájn automatizálási rendszerek (CAD) elsőként vezették be a létrehozott háromdimenziós objektumok dinamikus megjelenítésének funkcionalitását a képernyő síkjára. A "dinamikus" szó ebben az esetben azt a képességet jelenti, hogy elforgathatja a háromdimenziós tárgy képét a képernyőn, és azt minden oldalról látja. A 3D modell dinamikája azonban azt is jelentheti, hogy a modell képes megváltoztatni alakját és mozogni. A rajzfilmek és a számítógépes játékok készítőinek szükségük van ilyen funkcionalitásra.
A huszadik század második felében, még a számítógép előtti korszakban is megjelentek a háromdimenziós felületkezelési technológiák. Nem sokkal a második világháború befejezése után az amerikai légierő finanszírozta a Parsons Inc munkáját olyan gépek létrehozására, amelyek képesek összetett alkatrészeket marni egy adott algoritmus szerint. Ezek a munkák a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) szerszámgépek egész osztályának létrehozásához vezettek. CNC gépek munkaalgoritmusainak megtervezése egy másik feladat a 3D modellezés területéről.
Charles W. Hall amerikai mérnök 1986-ban létrehozott egy nyomtatót, amely sztereolitográfia segítségével háromdimenziós tárgyakat nyomtatott. Később megjelentek a 3D nyomtatók, amelyek sokféle anyagból nyomtattak háromdimenziós termékeket, beleértve az emberi szervek nyomtatására szolgáló nyomtatókat, vagy például cukrászdíszeket és készételeket nyomtató nyomtatókat. Ma egyszerű, de meglehetősen funkcionális 3D nyomtatót lehet vásárolni egy okostelefon áráért, és kinyomtatni rá otthoni volumetrikus tárgyakat, vagy modellek és különféle eszközök részleteit. Minden nyomtatáshoz szükséges 3D nyomtató háromdimenziós modellt kap bemenetként egy adott formátumban.
A 3D modellezés alapelvei
A 3D-s modellezés előfeltétele a térbeli képzelet jelenléte. Fontos, hogy képes legyen elképzelni a munka jövőbeni eredményét, mentálisan forgatni és megvizsgálni azt minden oldalról, valamint megérteni, hogy a modell milyen elemekből áll, milyen lehetőségeket nyújt és milyen korlátozásokat szab. Jellegéből adódóan mindenki térbeli fantáziája változó mértékben fejlett, azonban az írástudáshoz vagy a zene füléhez hasonlóan fejleszthető. Fontos, hogy ne add fel, mondd el magadnak, hogy semmi sem működik, hanem tapasztalatokat kell szerezni azzal, hogy először egyszerű modelleket készítesz, fokozatosan haladva a bonyolultabbak felé.
Ha bármely CAD programban három téglalapot rajzol meg, és a rajzolási szabályoknak megfelelően rendezi el, akkor a program háromdimenziós modelljének megjelenítő modulja képes lesz létrehozni és megjeleníteni a képernyőn az e három vetületnek megfelelő párhuzamosat. Hasonlóképpen, a rajzolási szabályok betartásával szinte bármely alkatrész modelljét létrehozhatja.
A 3D modellezéshez használt összes program vektor. Ez azt jelenti, hogy az objektumokat nem különálló pontok gyűjteményeként, hanem képletek halmazaként írják le, és csak egész objektumokkal dolgoznak. Ha csak egy objektum felét kell megváltoztatnia vagy áthelyeznie, akkor azt le kell vágnia (ha van olyan eszköz, amely lehetővé teszi ezt), és a feleket új objektumként kell rögzítenie. A vektorszerkesztővel való munkavégzéshez egyáltalán nem szükséges ismerni a matematikai képleteket, ezek szerepelnek a programban. Ennek a megközelítésnek fontos és hasznos következménye, hogy bármilyen objektum mozgatható, módosítható és méretezhető a minőség romlása nélkül. Másrészt a program nem fogja megérteni Önt, ha megpróbál megrajzolni egy téglalapot, például úgy, hogy sok pontot helyez el a határai mentén, amelyek vizuálisan érintik egymást. A program számára csak sok pont lesz, nem téglalap. Ezzel a véleményed szerint téglalapgal nem fog tudni semmilyen műveletet végrehajtani. Téglalap létrehozásához ki kell választani egy megfelelő eszközt, és használni kell azt. Ezután a program lehetővé teszi, hogy bármilyen műveletet hajtson végre a létrehozott objektummal: változtassa meg, mozgassa egy adott pontra, nyújtja, hajlítsa stb. Emellett a legtöbb 3D-s modellezéshez szükséges szoftver nem lesz képes raszteres formátumú grafikákkal (bmp, jpg, png,
3d-modellezés "téglából"
A technikai részletek túlnyomó része a térfogat primitívjeinek kombinációja: párhuzamos oldalú, gömbök, prizmák stb. A 3d-modellezéshez használt bármely eszköz rendelkezik egy térfogati primitívek könyvtárával, és képes reprodukálni azokat, figyelembe véve a felhasználó által megadott paramétereket. Például egy henger modelljének elkészítéséhez elegendő kiválasztani a programban a megfelelő szerszámot, és beállítani az átmérőt és a magasságot. Ezenkívül a háromdimenziós tervezés minden programja képes legalább két matematikai műveletet végrehajtani háromdimenziós ábrákkal: összeadás és kivonás. Így például, ha primitívekből hengereket hozott létre: az egyik 5 cm átmérőjű és 1 cm magasságú, a másik 3 cm átmérőjű és nyilvánvalóan 1 cm-nél nagyobb magasságú, össze lehet őket kombinálni középtengely, és vonja le a másodikat az első (nagyobb) hengerből … Az eredmény egy 1 cm vastag alátét, amelynek külső átmérője 5 cm, belső átmérője pedig 3 cm. Ha például külön különálló tárgyak vannak: "fej fül és orr nélkül", "orr", " bal fül”és a„ jobb fül”, majd összekapcsolhatja őket és hozzáadhatja őket egy új objektum létrehozásához:„ fül, fül és orr”. Ha különböző alakú fülek, orrok és fejek vannak könyvtárban, akkor azokon keresztül elkészítheti barátja (vagy sajátja) fejének mintáját. Ezután levonva a kapott szájból a "száj" tárgyat, szájjal kaphat fejet. A 3D-modell létrehozása "téglákból", a programkönyvtárban elérhető vagy kívülről betöltött objektumokból egyszerű és az egyik legnépszerűbb módszer.
Természetesen egyetlen programban sincsenek „építőelemek” minden esetre. Sok objektum azonban létrehozható más tárgyak mozgatásával az űrben vagy azok módosításával. Például létrehozhatja ugyanazt a hengert úgy, hogy az alapnak egy kört vesz fel, és felfelé mozgatja, minden lépést megtartva egy objektum pozícióinak összeadásával. Ha a program rendelkezik ilyen eszközzel, akkor mindent meg fog tenni önmagában, csak meg kell adnia: melyik pálya mentén és mennyire kell mozgatnia az alapot. Tehát a fent leírt technológia szerint létrehozott alátétből létrehozhat egy új objektumot - egy csövet. Beleértve - egy cső, amely számos görbületű, adott görbületű. Fontos pont: ehhez a körnek kezdetben háromdimenziósnak kell lennie. Let - elhanyagolható vastagsággal, de nem egyenlő nullával. Ehhez a programnak rendelkeznie kell olyan eszközzel, amely egy nulla vastagságú lapos alakot elhanyagolható, de fajlagos vastagságú háromdimenziósá alakít.
3D-s modellezés sokszögekből
Számos 3D modellezési program speciális objektumokkal, úgynevezett "hálóval" működik. A háló sokszög alakú háló, vagy egy 3D-s objektum csúcsainak, éleinek és felületeinek összessége. A hálóból álló tárgy megértéséhez megnézheti például a Lego alkatrészekből létrehozott robotot. Minden darab külön háló. Ha egy Lego alkatrész átlagos mérete 1 cm, és egy 50 cm magas robotot állít össze, akkor felismerhető lesz az a kép (például egy személyről), amelyet belefektetett. Egy ilyen szobor realizmusa azonban nagyon közepes lesz. Újabb beszélgetés, ha 50 kilométer magas robotot hozunk létre 1 cm átlagos méretű alkatrészekből. Ha tisztességes távolságot tesz meg az egész óriásszobor megtekintéséhez, nem veszi észre a felület szögletességét, és a robot úgy nézhet ki, mint egy sima bőrű élő ember.
A háló lehet olyan kicsi, amennyit csak akar, ami azt jelenti, hogy a modell felületének bármilyen vizuális simaságát elérheti. Alapvetően egy objektum hálóból való elkészítése megegyezik a 2D kép pixel artjával. Emlékszünk azonban arra, hogy a téglalap alakú pontok halmaza nem „téglalap” objektum. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy a hálóból létrehozott kép háromdimenziós objektummá váljon, kontúrjait térfogattal kell kitölteni. Vannak eszközök erre, de a 3D-modellezés újonnan érkezőjei gyakran elfelejtik őket. Csakúgy, mint annak a ténynek, hogy ahhoz, hogy egy felület (például egy gömb) térfogatú alak legyen, teljesen le kell zárni. Érdemes egy pontot (egy hálót) eltávolítani a kész zárt felületről, és a program nem lesz képes 3D objektummá alakítani.
A 3D modell mozgása és megjelenése
Képzelje el, hogy létrehoz egy autóobjektumot hálóból vagy bármilyen más módon. Ha a háromdimenziós modellezés programjában a képlettel állítja be az objektumon belüli bármely pont pályáját és mozgássebességét, beállítva azt a feltételt, hogy az összes többi pont szinkron módon mozogjon, akkor az autó vezetni fog. Ha ezzel egyidejűleg a kocsi kerekeit különálló objektumként választják ki, és külön mozgási és forgási pályákat rendelnek a középpontjaikhoz, akkor az autó kerekei végig pörögnek. A karosszéria és a kerekek mozgása közötti megfelelő megfelelés kiválasztásával elérheti a végső rajzfilm realizmusát. Hasonlóképpen mozgathat egy "emberi" tárgyat is, de ehhez meg kell érteni a gyaloglás vagy a futás emberi anatómiáját és dinamikáját. És akkor - minden egyszerű: egy csontváz jön létre az objektum belsejében, és minden részéhez hozzárendelik a saját mozgás törvényeit.
A háromdimenziós modellezési programban létrehozott objektum formáiban teljesen megismételheti az alkotó életéből vagy fantáziájából származó valós mintát, reálisan mozoghat, de még mindig hiányzik még egy jellemző a teljes megfeleltetéshez. Ez a jellemző a textúra. A felület színe és érdessége határozza meg észlelésünket, így a legtöbb 3d-szerkesztőnek vannak eszközei textúrák létrehozására is, beleértve a kész felületű könyvtárakat is: a fától és a fémetől a holdfényben tomboló tenger dinamikus textúrájáig. Azonban nem minden 3D modellezési feladat igényel ilyen funkcionalitást. Ha modellt készít 3D nyomtatóra történő nyomtatáshoz, akkor a felület textúráját a nyomtatandó anyag határozza meg. Ha CAD-szekrényt tervez bútorgyártók számára, akkor természetesen érdekes lesz Önnek a terméket a kiválasztott fafaj textúrájába "öltöztetni", de sokkal fontosabb lesz a szilárdsági számításokat a ugyanaz a program.
Fájlformátumok 3d modellezésben
A 3D objektumok létrehozására, szerkesztésére és gyártására szolgáló szoftvereket több tucat alkalmazás és csomag mutatja be a piacon. Az ilyen szoftverek sok fejlesztője a saját fájlformátumát használja a szimulációs eredmények mentésére. Ez lehetővé teszi számukra, hogy jobban kihasználhassák termékeik előnyeit, és megvédje terveiket a visszaélésekkel szemben. Több mint száz 3D fájlformátum létezik. Némelyikük bezárt, vagyis az alkotók nem engedélyezik más programok számára a fájlformátumok használatát. Ez a helyzet nagymértékben bonyolítja a 3D-modellezéssel foglalkozó emberek interakcióját. Az egyik programban létrehozott elrendezést vagy modellt gyakran nagyon nehéz vagy lehetetlen importálni és átalakítani egy másik programban.
Vannak azonban olyan nyílt 3D-s grafikai fájlformátumok, amelyeket a 3D-vel való munkavégzés szinte minden programja ért:
A. COLLADA egy univerzális XML-alapú formátum, amelyet kifejezetten a különböző fejlesztők programjai közötti fájlcserére terveztek. Ezt a formátumot támogatják (bizonyos esetekben speciális beépülő modulra van szükség) olyan népszerű termékek, mint az Autodesk 3ds Max, a SketchUp, a Blender. Ez a formátum megérti az Adobe Photoshop legújabb verzióit is.
. OBJ - A Wavefront Technologies fejlesztette ki. Ez a formátum nyílt forráskódú, és sok 3D grafikus szerkesztő fejlesztő alkalmazza. A legtöbb 3D modellező szoftver képes az.obj fájlok importálására és exportálására.
Az. STL egy formátum, amelyet sztereolitográfia segítségével nyomtatásra szánt fájlok tárolására terveztek. Manapság sok 3d nyomtató képes közvetlenül a.stl fájlról nyomtatni. Ezt számos szeletelő is támogatja - a 3D nyomtatón történő nyomtatás előkészítésére szolgáló programok.
Online 3d szerkesztő tinkercad.com
Az Autodesk tulajdonában lévő tinkercad.com webhely a legjobb megoldás azok számára, akik a semmiből kezdik el a 3D-s modellezést. Teljesen ingyenes. Könnyen megtanulható, a webhely számos tanulsággal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy egy órán belül megértsék a főbb funkciókat, és elkezdhessék. A webhely felületét lefordították oroszra, de a leckék csak angol nyelven érhetők el. A leckék megértéséhez azonban elegendő az angol nyelv alapismerete. Ezenkívül nem nehéz orosz nyelvű útmutatókat és fordításokat találni az interneten a tinkercad órákról.
A webhely munkaterületén nagyszámú térfogati primitív érhető el, beleértve a többi felhasználó által létrehozottakat is. Vannak eszközök a méretezéshez, a koordináta-rácshoz és az objektumok kulcspontjaihoz való kattintáshoz. Bármely tárgy átalakítható lyukká. A kijelölt objektumok kombinálhatók. Így valósul meg az objektumok összeadása és kivonása. Az átalakítások története rendelkezésre áll, beleértve az újonnan mentett objektumokat is, ami nagyon kényelmes, ha sok lépést kell visszalépnie.
Azok számára, akik számára a fent leírt alapvető funkciók nem elegendőek, van egy funkció a szkriptek írására, és ennek megfelelően összetett szkriptek létrehozására az objektumok átalakításához.
Nincs eszköz tárgyak vágására. Nincsenek sokszögek tiszta formájukban (a sokszög modell bizonyos mértékig görbe vonalú objektum primitívekben valósul meg). Nincs textúra. A tinkercad azonban meglehetősen összetett és művészi tárgyak készítését teszi lehetővé.
Támogatja az STL, OBJ, SVG formátumú fájlok importálását és exportálását.
SketchUp
Félprofi 3d grafikus szerkesztő a Trimble Inc-től, amelyet több éve vásárolt a Google Corporation. A Pro verzió ára 695 dollár. Van egy ingyenes online verzió, korlátozott funkcionalitással.
Pár évvel ezelőtt a szerkesztő ingyenes asztali verziója volt, de ma csak az online verzió érhető el pénz nélkül. A webes változat egyszerű rajzeszközökkel, görbék létrehozásával és az Extrude eszközzel rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy szilárd képet hozzon létre egy lapos képből. A webes verzióban is vannak rétegek és textúrák. A felhasználó által létrehozott objektumok és textúrák könyvtár áll rendelkezésre.
A saját formátumú fájlok importálása lehetséges (SketchUp projekt). A.stl fájlt is beillesztheti a jelenetbe objektumként.
A Google-lal való kapcsolatok lehetővé teszik a SketchUp integrálását az internetes óriás szolgáltatásaival. Ez nem csak hozzáférést biztosít a felhőtárhelyhez, ahol számos kész jelenetet és tárgyat használhat fel a munkájában, hanem azt is, hogy műholdas és légi képeket importálhat a Google Földről, hogy reális jeleneteket hozzon létre.
Általánosságban elmondható, hogy a SketchUp ingyenes verziójának képességei észrevehetően magasabbak, mint a tinkercadban elérhető funkcionalitás, de a SketchUp webhely gyakran lelassul, amikor komoly műveleteket próbál végrehajtani, mintha arra utalna, hogy jobb, ha áttérünk a fizetős verzióra a termék. A SketchUp ingyenes verziója felajánlja, hogy pénzt fizet, hogy képességeit szinte minden lépésében kibővítse.
Tekintettel arra, hogy a SketchUp Pro jó funkcionalitással rendelkezik, és széles körben használják például a bútorok tervezésében vagy a belsőépítészet fejlesztésében, javasoljuk a termék ingyenes webes verziójának elsajátítását azok számára, akik egy lépést szeretnének tenni a komoly modellezés felé, de még nem biztosak erősségükben és célszerűségükben.áttérés fizetett verziókra.
Turmixgép
A Blender egy legendás projekt, amely a Linux vagy a PostgreSQL mellett megmutatja, hogy a programozók közössége, amelyet az ingyenes szoftverterjesztés ötlete egyesít, szinte mindent megtehet.
A Blender egy professzionális 3D grafikus szerkesztő, amely szinte korlátlan lehetőségekkel rendelkezik. A legnagyobb népszerűséget az animáció és a valósághű 3D-s jelenetek alkotói körében érte el. A termék képességeinek példaként megemlíthetjük azt a tényt, hogy a "Pókember 2" film összes animációja benne készült. És - nem csak ehhez a filmhez.
A Blender szerkesztő képességeinek teljes elsajátításához jelentős időbe kell fektetni és meg kell érteni a 3D-s grafika minden szempontját, beleértve a világítást, a színpad beállítását és a mozgást. Minden ismert és népszerű eszköze megtalálható a volumetrikus modellezéshez, és lehetetlen vagy még nem feltalált eszközökhöz létezik a Python programozási nyelv, amelyen maga a szerkesztő van megírva, és amiben kibővítheti képességeit, amennyire csak mer.
A Blender felhasználói közössége több mint félmillió embert számlál, ezért nem lesz nehéz olyan embereket találni, akik segítenek elsajátításában.
Egyszerű projektek esetében a Blender túlságosan funkcionális és összetett, de azok számára, akik komolyan foglalkoznak a 3D-modellezéssel, remek választás.
