Išraiška „3D“yra angliškos „3 dimensijos“, ty „3 dimensijų“, santrumpa. Simboliai „3D“(rusų literatūroje taip pat dažnai naudojama santrumpa „3d“) rodo, kad daiktas ar technologija skiriasi nuo kitų tuo, kad turi daugiau nei dvi dimensijas.
Kam skirti 3D modeliai?
Visi realaus pasaulio objektai turi tris dimensijas. Tuo pačiu metu, daugeliu atvejų, norėdami vaizduoti trimačius objektus, mes naudojame dviejų matmenų paviršius: popieriaus lapą, drobę, kompiuterio ekraną. Skulptorius sukuria trimačias figūras, tačiau prieš pradėdamas drožti skulptūrą iš granito, sukuria eskizus, kuriuose būsimas darbas vaizduojamas keliais vaizdais - iš visų pusių. Taip pat architektas ar dizaineris dirba rodydami plokščius suprojektuotų gaminių ar pastatų vaizdus ant „Whatman“popieriaus arba kompiuterio ekrane.
„Piešimo“tema, vykdant privalomąjį ugdymą, siekiama išmokyti trimatį modeliavimą - tikslų objektų, turinčių tūrį, apibūdinimą ant plokščio, dvimatio popieriaus lapo paviršiaus. Be to, vaikai mokomi trimačio modeliavimo plastilino modeliavimo pamokose darželyje ir pradinėje mokykloje. Tiek dėmesio 3D modeliavimui ugdymo procese neatsitiktinai. Vykdydami bet kokią veiklą kurdami tikrus objektus, turite gerai įsivaizduoti, kaip šis objektas atrodys iš visų pusių. Siuvėjas ir drabužių dizaineris turi žinoti, kaip kostiumas ar suknelė tiks žmogui, turinčiam tam tikrą figūrą. Kirpėjas sukuria kirpimą ir šukuoseną, kuri turės apimtį ir atrodys skirtingai nuo skirtingų kampų. Juvelyras modeliuoja savo papuošalus. Odontologas turi ne tik sukurti gražų dirbtinį dantį, bet ir atsižvelgti į jo vietą, palyginti su likusiais paciento dantimis. Dailidė turi sugebėti labai tiksliai pritaikyti trimačių dalių sąnarius. Jis taip pat norėtų vizualiai pamatyti, kaip jo kurtus baldus bus patogu naudoti ir kaip jie tilps į interjerą.
Ilgą laiką įvairių profesijų atstovai trimačiam modeliavimui naudojo piešinius, susidedančius iš daugelio tipų. Gausėjant asmeniniams kompiuteriams, dalį erdvinių modelių kūrimo užduoties tapo įmanoma patikėti programinei įrangai. Dizaino automatikos sistemos (CAD) pirmosios ekrano plokštumoje įtraukė sukurtų trimačių objektų dinaminio atvaizdavimo funkcionalumą. Žodis „dinamiškas“šiuo atveju reiškia galimybę pasukti erdvinio objekto vaizdą ekrane ir pamatyti jį iš visų pusių. Tačiau 3D modelio dinamika taip pat gali reikšti modelio sugebėjimą pakeisti savo formą ir judėti. Karikatūrų ir kompiuterinių žaidimų kūrėjai turi tokio funkcionalumo poreikį.
Dvidešimtojo amžiaus antrojoje pusėje, dar prieš kompiuterį, atsirado trimatės paviršiaus apdorojimo technologijos. Netrukus po Antrojo pasaulinio karo pabaigos JAV oro pajėgos finansavo „Parsons Inc“darbą kuriant mašinas, galinčias frezuoti sudėtingas dalis pagal pateiktą algoritmą. Šie darbai paskatino sukurti visą kompiuterinių skaitinio valdymo (CNC) staklių klasę. CNC mašinų darbo algoritmų projektavimas yra dar viena 3D modeliavimo srities užduotis.
1986 m. Amerikiečių inžinierius Charlesas W. Hallas sukūrė spausdintuvą, kuris naudodamas stereolitografiją spausdino erdvinius objektus. Vėliau pasirodė 3D spausdintuvai, spausdinantys erdvinius gaminius iš įvairiausių medžiagų, įskaitant spausdintuvus, skirtus žmogaus organams spausdinti, arba, pavyzdžiui, spausdintuvus, kurie spausdina konditerijos dekoracijas ir gatavus patiekalus. Šiandien paprastą, tačiau gana funkcionalų 3D spausdintuvą galima nusipirkti už išmaniojo telefono kainą, o ant jo atspausdinti tūriniai daiktai namams arba detalės apie modelius ir įvairius įrenginius. Visi 3D spausdintuvai, skirti spausdinti, gauna trimatį modelį kaip įvestį tam tikru formatu.
Pagrindiniai 3D modeliavimo principai
Būtina 3D modeliavimo sąlyga yra erdvinės vaizduotės buvimas. Svarbu mokėti įsivaizduoti būsimą darbo rezultatą, mintimis pasisukti ir jį nagrinėti iš visų pusių, taip pat suprasti, iš kokių elementų susideda modelis, kokias galimybes jis teikia ir kokius apribojimus nustato. Iš prigimties kiekvieno erdvinė vaizduotė yra nevienodai lavinama, tačiau, kaip ir raštingumas ar muzikos ausis, ją galima lavinti. Svarbu nepasiduoti, sakyti sau, kad niekas neveikia, bet įgyti patirties iš pradžių gaminant paprastus modelius, palaipsniui pereinant prie sudėtingesnių.
Jei bet kurioje CAD programoje nupiešiate tris stačiakampius ir išdėstote juos pagal piešimo taisykles, tada programos erdvinio modelio rodymo modulis galės sukurti ir ekrane rodyti gretasienį, atitinkantį šias tris projekcijas. Panašiai, laikydamiesi piešimo taisyklių, galite sukurti beveik bet kurios dalies modelį.
Visos 3D modeliavimo programos yra vektorinės. Tai reiškia, kad jie objektus apibūdina ne kaip atskirų taškų rinkinį, bet kaip formulių rinkinį ir dirba tik su visais objektais. Jei jums reikia pakeisti arba perkelti tik pusę objekto, turėsite jį supjaustyti (jei yra įrankis, leidžiantis tai padaryti) ir sutvarkyti puses kaip naujus objektus. Norėdami dirbti su vektoriniu redaktoriumi, visiškai nebūtina žinoti matematinių formulių, jos yra įtrauktos į programą. Svarbi ir naudinga šio požiūrio pasekmė yra ta, kad bet kurį objektą galima perkelti, modifikuoti ir keisti mastelį nepakenkiant kokybei. Kita vertus, programa jūsų nesupras, jei bandysite piešti stačiakampį, pavyzdžiui, palei jo kraštus pastatydami daug taškų, kurie vizualiai liečia vienas kitą. Programai tai bus tik daug taškų, o ne stačiakampis. Ji negalės atlikti jokių veiksmų su šiuo, jūsų manymu, stačiakampiu. Norėdami sukurti stačiakampį, turite pasirinkti tinkamą įrankį ir jį naudoti. Tada programa leis jums atlikti bet kokius veiksmus su sukurtu objektu: jį pakeisti, perkelti į tam tikrą tašką, ištempti, sulenkti ir pan. Be to, dauguma 3D modeliavimo programinės įrangos negalės dirbti su rastro formato grafika (bmp, jpg, png,
3D modeliavimas iš „plytų“
Didžioji dauguma techninių detalių yra tūrinių primityvų derinys: gretasieniai, rutuliai, prizmės ir kt. Bet kuris 3d modeliavimo įrankis turi tūrinių primityvių biblioteką ir gali juos atkurti, atsižvelgdamas į vartotojo nurodytus parametrus. Pavyzdžiui, norint sukurti cilindro modelį, pakanka pasirinkti tinkamą įrankį programoje ir nustatyti skersmenį bei aukštį. Be to, visos erdvinio projektavimo programos sugeba atlikti bent dvi matematines operacijas su trimatėmis figūromis: sudėjimas ir atimimas. Pavyzdžiui, sukūrę du cilindrus iš primityvių: vieną, kurio skersmuo 5 cm, o aukštis 1 cm, o antrąjį, kurio skersmuo 3 cm, o aukštis akivaizdžiai didesnis nei 1 cm, galite juos sujungti centrinę ašį ir atimkite antrą iš pirmojo (didesnio) cilindro … Rezultatas yra 1 cm storio poveržlė, kurios išorinis skersmuo yra 5 cm, o vidinis skersmuo - 3 cm. Jei turite, pavyzdžiui, atskirą atskirų daiktų rinkinį: „galva be ausų ir nosies“, „nosis“, „ kairę ausį “ir„ dešinę ausį “, tada jas galite sujungti ir pridėti, kad sukurtumėte naują objektą„ galva su ausimis ir nosimi “. Jei turite skirtingų formų ausų, nosių ir galvų biblioteką, galite jas perėję sukurti savo draugo (arba savo) galvos modelį. Tada iš gautos galvos atimdami „burnos“daiktą, galite gauti galvą su burna.3D modelio kūrimas iš „plytų“, objektų, esančių programos bibliotekoje arba įkeltų į programą iš išorės, yra paprastas ir vienas populiariausių būdų.
Žinoma, bet kurioje programoje nėra „statybinių blokų“visiems atvejams. Tačiau daug objektų gali būti sukurta perkeliant kitus objektus erdvėje arba juos modifikuojant. Pavyzdžiui, tą patį cilindrą galite susikurti patys, imdami apskritimą kaip pagrindą ir judindami jį aukštyn, išlaikydami kiekvieną žingsnį pridėdami pozicijas viename objekte. Jei programa turi tokį įrankį, tada ji viską atliks savaime, tereikia nurodyti: palei kurią trajektoriją ir kiek toli reikia perkelti bazę. Taigi iš poveržlės, sukurtos pagal aukščiau aprašytą technologiją, galite sukurti naują objektą - vamzdį. Įskaitant - vamzdį, kuriame yra daugybė bet kokio išlenkimo vingių. Svarbus momentas: tam apskritimas iš pradžių turi būti trimatis. Leiskite - su nereikšmingu storiu, bet ne lygiu nuliui. Norėdami tai padaryti, programa turi turėti įrankį plokščią figūrą, kurios storis lygus nuliui, paversti trimačiu, turinčiu nereikšmingą, bet specifinį storį.
3D modeliavimas iš daugiakampių
Daugelis 3D modeliavimo programų veikia su specialiais objektų tipais, vadinamais „tinkleliais“. Tinklas yra daugiakampis tinklelis arba 3D objekto viršūnių, briaunų ir veidų rinkinys. Norėdami suprasti objektą, susidedantį iš akių, galite pažvelgti, pavyzdžiui, į robotą, sukurtą iš „Lego“dalių. Kiekvienas gabalas yra atskiras tinklelis. Jei vidutinis „Lego“detalės dydis yra 1 cm, o jūs surenkate 50 cm aukščio robotą, tada bus galima atpažinti (pavyzdžiui, žmogaus) atvaizdą, kurį joje padėjote. Tačiau tokios skulptūros realizmas bus labai vidutiniškas. Kitas pokalbis, jei sukursite 50 kilometrų aukščio robotą iš dalių, kurių vidutinis dydis yra 1 cm. Jei nueisite deramą atstumą, norėdami pamatyti visą milžinišką skulptūrą, nepastebėsite paviršiaus kampuotumo, o robotas gali atrodyti kaip gyvas žmogus su lygiomis odomis.
Tinklelis gali būti tiek mažas, kiek norite, o tai reiškia, kad galite pasiekti bet kokį vizualų modelio paviršiaus lygumą. Iš esmės objekto sukūrimas iš akių yra tas pats, kas pikselių vaizdas 2D vaizde. Tačiau mes prisimename, kad stačiakampio formos taškų rinkinys nėra „stačiakampio“objektas. Tai reiškia, kad norint, kad iš akių sukurtas vaizdas taptų erdviniu objektu, jo kontūrai turi būti užpildyti tūriu. Tam yra įrankiai, tačiau 3D modeliavimo naujokai juos dažnai pamiršta. Kaip ir tai, kad norint, kad paviršius (pavyzdžiui, rutulys) virstų tūrine figūra, jis turi būti visiškai uždarytas. Verta pašalinti vieną tašką (vieną tinklelį) nuo gatavo uždaro paviršiaus, ir programa negalės jo paversti 3D objektu.
3D modelio judėjimas ir išvaizda
Įsivaizduokite, kaip sukuriate automobilio objektą iš akių ar bet kokiu kitu būdu. Jei trijų matmenų modeliavimo programoje pagal formulę nustatote bet kurio objekto viduje esančio taško trajektoriją ir judėjimo greitį, nustatydami sąlygą, kad visi kiti taškai juda sinchroniškai, tada automobilis važiuos. Jei tuo pačiu metu automobilio ratai bus pasirinkti kaip atskiri objektai ir jų centrams bus priskirtos atskiros judėjimo ir sukimosi trajektorijos, tada automobilio ratai kelyje pasuks. Pasirinkę teisingą automobilio kėbulo ir jo ratų judėjimo atitikimą, galite pasiekti galutinio animacinio filmo tikroviškumą. Taip pat galite priversti „žmogaus“objektą judėti, tačiau tam reikia suprasti žmogaus anatomiją ir ėjimo ar bėgimo dinamiką. Ir tada - viskas paprasta: objekto viduje sukuriamas griaučiai, o kiekvienai jo daliai priskiriami savi judėjimo dėsniai.
Objektas, sukurtas trimatėje modeliavimo programoje, savo pavidalu gali visiškai pakartoti tikrąjį kūrėjo gyvenimo ar fantazijos pavyzdį, jis gali realistiškai judėti, bet vis tiek jam trūksta dar vienos charakteristikos, kad jis būtų visiškai suderintas. Ši charakteristika yra tekstūra. Paviršiaus spalva ir šiurkštumas lemia mūsų suvokimą, todėl dauguma 3D redaktorių taip pat turi įrankių tekstūroms kurti, įskaitant gatavų paviršių bibliotekas: nuo medžio ir metalo iki dinamiškos siautėjančios jūros mėnulio šviesoje tekstūros. Tačiau ne visos 3D modeliavimo užduotys reikalauja tokio funkcionalumo. Jei kuriate modelį, skirtą spausdinti 3D spausdintuvu, jo paviršiaus tekstūrą nustatys spausdintina medžiaga. Jei projektuojate baldų gamintojams skirtą spintelę CAD, jums, žinoma, bus įdomu „aprengti“gaminį pagal pasirinktų medienos rūšių tekstūrą, tačiau daug svarbiau bus atlikti stiprumo skaičiavimus ta pati programa.
Failų formatai 3D modeliavime
3D objektų kūrimo, redagavimo ir gamybos programinę įrangą rinkoje pateikia dešimtys programų ir paketų. Daugelis tokios programinės įrangos kūrėjų naudoja savo failus, kad išsaugotų modeliavimo rezultatus. Tai leidžia jiems geriau pasinaudoti savo gaminiais ir apsaugo jų dizainą nuo netinkamo naudojimo. Yra daugiau nei šimtas 3D failų formatų. Kai kurie iš jų yra uždaryti, tai yra, kūrėjai neleidžia kitoms programoms naudoti jų failų formatų. Ši situacija labai apsunkina žmonių, užsiimančių 3D modeliavimu, sąveiką. Vienoje programoje sukurtą maketą ar modelį dažnai labai sunku arba neįmanoma importuoti ir konvertuoti į kitą programą.
Tačiau yra atvirų 3D grafikos failų formatų, kuriuos supranta beveik visos programos, skirtos darbui su 3d:
. COLLADA yra universalus XML pagrindu sukurtas formatas, specialiai skirtas keistis failais tarp skirtingų kūrėjų programų. Šį formatą palaiko (kai kuriais atvejais reikalingas specialus papildinys) tokie populiarūs produktai kaip „Autodesk 3ds Max“, „SketchUp“, „Blender“. Be to, šis formatas gali suprasti naujausias „Adobe Photoshop“versijas.
. OBJ - sukūrė „Wavefront Technologies“. Šis formatas yra atviro kodo ir pritaikytas daugelio 3D grafikos redaktorių kūrėjų. Dauguma 3D modeliavimo programinės įrangos turi galimybę importuoti ir eksportuoti.obj failus.
. STL yra formatas, skirtas saugoti failus, skirtus spausdinti naudojant stereolitografiją. Daugelis 3D spausdintuvų šiandien gali spausdinti tiesiai iš.stl. Ją palaiko ir daugelis pjaustyklių - spausdinimo 3D spausdintuvu paruošimo programos.
Internetinis 3D redaktorius tinkercad.com
„Autodesk“priklausanti svetainė tinkercad.com yra geriausias sprendimas tiems, kurie pradeda 3D modeliavimą atlikti nuo nulio. Visiškai nemokama. Lengva išmokti, svetainėje yra keletas pamokų, leidžiančių per valandą suprasti pagrindines funkcijas ir pradėti. Svetainės sąsaja išversta į rusų kalbą, tačiau pamokos galimos tik anglų kalba. Tačiau norint suprasti pamokas, pakanka pagrindinių anglų kalbos žinių. Be to, internete nesunku rasti rusų kalbos vadovų ir tinkercad pamokų vertimų.
Svetainės darbo srityje yra daugybė tūrinių primityvų, įskaitant sukurtus kitų vartotojų. Yra įrankiai masteliui keisti, užfiksuoti koordinačių tinklelį ir pagrindinius objektų taškus. Bet koks objektas gali būti paverstas skylute. Pasirinktus objektus galima sujungti. Taip įgyvendinamas objektų pridėjimas ir atimimas. Galima atlikti transformacijų istoriją, įskaitant naujai išsaugotus objektus, o tai yra labai patogu, kai reikia grįžti atgal.
Tiems, kuriems nepakanka aukščiau aprašytų pagrindinių funkcijų, yra scenarijų rašymo ir, atitinkamai, sudėtingų scenarijų, skirtų objektams transformuoti, kūrimo funkcionalumas.
Jokių įrankių daiktams pjauti. Grynos formos daugiakampių nėra (daugiakampio modelis tam tikru mastu įgyvendinamas kreiviniuose objektų primityvuose). Nėra tekstūrų. Tačiau tinkercad leidžia jums sukurti gana sudėtingus ir meniškus objektus.
Palaiko failų importą ir eksportą STL, OBJ, SVG formatais.
„SketchUp“
Pusiau profesionalus 3D grafikos redaktorius iš „Trimble Inc“, kurį prieš kelerius metus įsigijo „Google“korporacija. „Pro“versija kainuoja 695 USD. Yra nemokama internetinė versija su ribotu funkcionalumu.
Prieš porą metų buvo nemokama darbalaukio redaktoriaus versija, tačiau šiandien tik internetinė versija yra prieinama be pinigų. Žiniatinklio versija turi paprastus piešimo įrankius, kreivių kūrimo įrankį ir įrankį „Extrude“, kuris leidžia jums sukurti tvirtą iš plokščio paveikslėlio. Taip pat žiniatinklio versijoje yra sluoksniai ir tekstūros. Galima vartotojo sukurtų objektų ir tekstūrų biblioteka.
Importuoti galima savo formato failus („SketchUp“projektas). Taip pat galite įterpti.stl failą į sceną kaip objektą.
Nuorodos su „Google“leidžia „SketchUp“integruotis į interneto milžino paslaugas. Tai ne tik prieiga prie debesies saugyklos, kur galite rasti daug paruoštų scenų ir objektų, kuriuos naudosite savo darbe, bet ir galimybė importuoti palydovinius bei oro vaizdus iš „Google Earth“, kad būtų sukurtos tikroviškos scenos.
Apskritai nemokamos „SketchUp“versijos galimybės yra pastebimai aukštesnės nei tinkercade esančios funkcijos, tačiau „SketchUp“svetainė dažnai sulėtėja bandant atlikti rimtas operacijas, tarsi užsimenant, kad geriau pereiti prie mokamos versijos. produkto. Nemokama „SketchUp“versija pateikia pasiūlymą mokėti pinigus, kad išplėstų savo galimybes beveik kiekviename žingsnyje.
Atsižvelgdami į tai, kad „SketchUp Pro“turi gerą funkcionalumą ir yra plačiai naudojamas, pavyzdžiui, kuriant baldus ar kuriant interjero dizainą, tiems, kurie nori žengti žingsnį rimto modeliavimo link, galime rekomenduoti įvaldyti nemokamą internetinę produkto versiją bet dar nėra įsitikinę savo stipriosiomis pusėmis ir tikslingumu.perėjimas prie mokamų versijų.
Maišytuvas
„Blender“yra legendinis projektas, kuris kartu su „Linux“ar „PostgreSQL“parodo, kad programuotojų bendruomenė, kurią vienija nemokamo programinės įrangos platinimo idėja, gali beveik viską.
„Blender“yra profesionalus 3D grafikos redaktorius, turintis beveik neribotas galimybes. Jis sulaukė didžiausio populiarumo tarp animacijos ir realistiškų 3D scenų kūrėjų. Kaip šio produkto galimybių pavyzdį galime paminėti tai, kad jame sukurta visa animacija filmui „Žmogus voras 2“. Ir - ne tik šiam filmui.
Norint visiškai įsisavinti „Blender“redaktoriaus galimybes reikia daug laiko investuoti ir suprasti visus 3D grafikos aspektus, įskaitant apšvietimą, scenos nustatymą ir judėjimą. Jame yra visi gerai žinomi ir populiarūs tūrinio modeliavimo įrankiai, o neįmanomiems ar dar neišrastiems įrankiams yra „Python“programavimo kalba, kurioje parašytas pats redaktorius ir kurioje galite išplėsti jo galimybes tiek, kiek išdrįstate.
„Blender“vartotojų bendruomenėje yra daugiau nei pusė milijono žmonių, todėl nebus sunku rasti žmonių, kurie padės ją įvaldyti.
Paprastiems projektams „Blender“yra pernelyg funkcionalus ir sudėtingas, tačiau tiems, kurie rimtai imsis 3D modeliavimo, tai yra puikus pasirinkimas.
