Izteiciens "3D" ir saīsinājums no angļu valodas "3 dimensija", tas ir, "3 dimensijas". Simboli "3D" (krievu literatūrā bieži lieto arī saīsinājumu "3d") norāda, ka objekts vai tehnoloģija atšķiras no citiem ar to, ka tam ir vairāk nekā divas dimensijas.
Kam domāti 3D modeļi?
Visiem reālās pasaules objektiem ir trīs dimensijas. Tajā pašā laikā lielākajā daļā gadījumu, lai attēlotu trīsdimensiju objektus, mēs izmantojam divdimensiju virsmas: papīra lapu, audeklu, datora ekrānu. Tēlnieks izveido trīsdimensiju figūras, bet, pirms sākt veidot skulptūru no granīta, viņš izveido skices, kurās nākamais darbs ir attēlots vairākos skatījumos - no visām pusēm. Tāpat arhitekts vai dizainers strādā, parādot plakanus skatus par izstrādātiem izstrādājumiem vai ēkām uz Whatman papīra vai datora ekrāna.
Obligātās izglītības ietvaros "zīmēšanas" priekšmeta mērķis ir iemācīt trīsdimensiju modelēšanu - precīzu objektu aprakstu uz plakanas, divdimensiju papīra lapas virsmas. Turklāt bērnudārza un pamatskolas plastilīna modelēšanas nodarbībās bērniem tiek mācīta trīsdimensiju modelēšana. Tik liela uzmanība 3D modelēšanai izglītības procesā nav nejauša. Veicot reālu objektu izveidošanas darbības, jums ir labi jāsaprot, kā šis objekts izskatīsies no visām pusēm. Skroderim un drēbju dizainerim jāzina, kā uzvalks vai kleita derēs cilvēkam ar noteiktu figūru. Frizieris izveido matu griezumu un frizūru, kurai būs apjoms un izskats atšķirīgi no dažādiem leņķiem. Juvelieris modelē savas rotas. Zobārstam ir jāveido ne tikai skaists mākslīgais zobs, bet arī jāņem vērā tā atrašanās vieta attiecībā pret pārējiem pacienta zobiem. Galdniekam jāspēj ļoti precīzi pielāgot trīsdimensiju daļu savienojumus. Viņš arī vēlētos vizuāli redzēt, kā viņa izstrādātās mēbeles būs ērti izmantot un kā tās iederēsies interjerā.
Ilgu laiku dažādu profesiju pārstāvji trīsdimensiju modelēšanai izmantoja zīmējumus, kas sastāv no daudziem veidiem. Palielinoties personālajiem datoriem, kļuva iespējams daļu no trīsdimensiju modeļu izveides uzdevuma uzticēt programmatūrai. Dizaina automatizācijas sistēmas (CAD) bija pirmās, kas ekrāna plaknē iekļāva izveidoto trīsdimensiju objektu dinamiskā attēlošanas funkcionalitāti. Vārds "dinamisks" šajā gadījumā nozīmē spēju pagriezt trīsdimensiju objekta attēlu uz ekrāna un redzēt to no visām pusēm. Tomēr 3D modeļa dinamika var nozīmēt arī modeļa spēju mainīt savu formu un pārvietoties. Karikatūru un datorspēļu veidotājiem ir nepieciešama šāda funkcionalitāte.
Divdesmitā gadsimta otrajā pusē pat pirms datora laikmetā parādījās trīsdimensiju virsmas apstrādes tehnoloģijas. Neilgi pēc Otrā pasaules kara beigām ASV gaisa spēki finansēja Parsons Inc darbu, lai izveidotu mašīnas, kas varētu sasmalcināt sarežģītas detaļas pēc noteiktā algoritma. Šo darbu rezultātā tika izveidota visa klases skaitliskās vadības (CNC) darbgaldi. CNC mašīnu darba algoritmu projektēšana ir vēl viens uzdevums no 3D modelēšanas jomas.
1986. gadā amerikāņu inženieris Čārlzs V. Hols izveidoja printeri, kas, izmantojot stereolitogrāfiju, izdrukāja trīsdimensiju objektus. Vēlāk parādījās 3D printeri, kas izdrukāja trīsdimensiju izstrādājumus no visdažādākajiem materiāliem, ieskaitot printerus cilvēka orgānu drukāšanai, vai, piemēram, printerus, kas drukā konditorejas izstrādājumus un gatavus ēdienus. Mūsdienās par viedtālruņa cenu var iegādāties vienkāršu, bet diezgan funkcionālu 3D printeri, uz kura izdrukāt mājas tilpuma priekšmetus vai detaļas par modeļiem un dažādām ierīcēm. Visi 3D printeri drukāšanai saņem trīsdimensiju modeli kā ievadi noteiktā formātā.
3D modelēšanas pamatprincipi
3D modelēšanas priekšnoteikums ir telpiskās iztēles klātbūtne. Ir svarīgi spēt iedomāties turpmāko darba rezultātu, garīgi pagriezt un pārbaudīt to no visām pusēm, kā arī saprast, no kādiem elementiem sastāv modelis, kādas iespējas tas sniedz un kādus ierobežojumus tas uzliek. Pēc būtības ikviena telpiskā iztēle ir attīstīta dažādās pakāpēs, tomēr tāpat kā rakstpratība vai mūzikas auss, to var attīstīt. Ir svarīgi nepadoties, sakot sev, ka nekas nedarbojas, bet gan iegūt pieredzi, sākumā izgatavojot vienkāršus modeļus, pamazām pārejot uz sarežģītākiem.
Ja kādā CAD programmā jūs uzzīmējat trīs taisnstūrus un sakārtojat tos atbilstoši zīmēšanas noteikumiem, tad programmas trīsdimensiju modeļa displeja modulis varēs izveidot un ekrānā parādīt paralēlskaldni, kas atbilst šīm trim projekcijām. Tāpat, ievērojot zīmēšanas noteikumus, jūs varat izveidot gandrīz jebkuras daļas modeli.
Visas 3D modelēšanas programmas ir vektora. Tas nozīmē, ka viņi objektus raksturo nevis kā atsevišķu punktu kopumu, bet gan kā formulu kopumu un strādā tikai ar veseliem objektiem. Ja jums ir jāmaina vai jāpārvieto tikai puse objekta, jums tas būs jāsamazina (ja ir rīks, kas ļauj to izdarīt) un nofiksēt pusītes kā jaunus objektus. Lai strādātu ar vektoru redaktoru, nemaz nav jāzina matemātiskās formulas, tās ir iekļautas programmā. Šīs pieejas svarīgas un noderīgas sekas ir tādas, ka jebkuru objektu var pārvietot, modificēt un mērogot, neapdraudot kvalitāti. No otras puses, programma jūs nesapratīs, ja mēģināsit uzzīmēt taisnstūri, piemēram, gar tā robežām novietojot daudz punktu, kas vizuāli pieskaras viens otram. Programmai tas būs tikai daudz punktu, nevis taisnstūris. Viņa nevarēs veikt nekādas darbības ar šo, jūsuprāt, taisnstūri. Lai izveidotu taisnstūri, jums jāizvēlas piemērots rīks un tas jāizmanto. Tad programma ļaus jums veikt jebkādas darbības ar izveidoto objektu: mainīt to, pārvietot to uz noteiktu punktu, izstiepties, saliekt utt. Arī lielākā daļa programmatūras 3D modelēšanai nespēs strādāt ar grafiku rastra formātā (bmp, jpg, png,
3D modelēšana no "ķieģeļiem"
Lielākā daļa tehnisko detaļu ir tilpuma primitīvu kombinācija: paralēlskaldņi, bumbiņas, prizmas utt. Jebkuram 3D modelēšanas rīkam ir tilpuma primitīvu bibliotēka, un tas spēj tos reproducēt, ņemot vērā lietotāja norādītos parametrus. Piemēram, lai izveidotu cilindra modeli, pietiek ar to, lai programmā izvēlētos atbilstošo rīku un iestatītu diametru un augstumu. Arī visas trīsdimensiju dizaina programmas spēj veikt vismaz divas matemātiskas darbības ar trīsdimensiju figūrām: saskaitīšanu un atņemšanu. Tā, piemēram, izveidojot divus cilindrus no primitīviem: vienu ar 5 cm diametru un 1 cm augstumu, bet otru ar 3 cm diametru un acīmredzami lielāku par 1 cm, varat tos apvienot gar centrālo asi un atņemiet otro no pirmā (lielākā) cilindra … Rezultāts ir 1 cm bieza paplāksne ar ārējo diametru 5 cm un iekšējo diametru 3 cm. Ja jums, piemēram, ir atsevišķs atsevišķu priekšmetu komplekts: "galva bez ausīm un deguna", "deguns", " kreisā auss "un" labā auss ", tad jūs varat tos savienot un pievienot, lai izveidotu jaunu objektu" galva ar ausīm un degunu ". Ja jums ir dažādu formu ausu, degunu un galvu bibliotēka, tad, izejot caur tām, jūs varat izveidot sava drauga (vai paša) galvas modeli. Tad, no iegūtās galvas atņemot "mutes" priekšmetu, jūs varat iegūt galvu ar muti.3D modeļa izveide no "ķieģeļiem", objektiem, kas pieejami programmas bibliotēkā vai ielādēti programmā no ārpuses, ir vienkāršs un viens no populārākajiem veidiem.
Protams, nevienā programmā nav “celtniecības elementu” visiem gadījumiem. Tomēr daudzus objektus var izveidot, pārvietojot citus objektus telpā vai tos modificējot. Piemēram, to pašu cilindru var izveidot pats, ņemot par apli apli un pārvietojot to uz augšu, katru soli paturot, pievienojot pozīcijas vienā objektā. Ja programmai ir šāds rīks, tad tā visu izdarīs pati, jums tikai jānorāda: pa kuru trajektoriju un cik tālu jāpārvieto bāze. Tātad no paplāksnes, kas izveidota saskaņā ar iepriekš aprakstīto tehnoloģiju, jūs varat izveidot jaunu objektu - cauruli. Tajā skaitā - caurule ar daudziem jebkura izliekuma līkumiem. Svarīgs punkts: lai to izdarītu, aplim sākotnēji jābūt trīsdimensiju. Ļaujiet - ar nenozīmīgu biezumu, bet ne vienādu ar nulli. Lai to izdarītu, programmai ir jābūt rīkam, lai plakanu figūru ar nulles biezumu pārveidotu par trīsdimensiju ar nenozīmīgu, bet specifisku biezumu.
3D modelēšana no daudzstūriem
Daudzas 3D modelēšanas programmas darbojas ar īpaša veida objektiem, ko sauc par “acīm”. Acs ir daudzstūra siets vai 3D objekta virsotņu, malu un seju kopums. Lai saprastu objektu, kas sastāv no acīm, varat aplūkot, piemēram, robotu, kas izveidots no Lego detaļām. Katrs gabals ir atsevišķs siets. Ja Lego daļas vidējais izmērs ir 1 cm, un jūs saliekat 50 cm augstu robotu, tad būs iespējams atpazīt tajā ievietoto (piemēram, cilvēka) attēlu. Tomēr šādas skulptūras reālisms būs ļoti viduvējs. Vēl viena saruna, ja izveidojat robotu 50 kilometru augstumā no detaļām, kuru vidējais izmērs ir 1 cm. Ja dodaties pienācīgā attālumā, lai apskatītu visu milzu skulptūru, jūs nepamanīsit virsmas leņķisko pakāpi, un robots var izskatīties kā dzīvs cilvēks ar gludu ādu.
Acs var būt tik maza, cik vēlaties, kas nozīmē, ka jūs varat sasniegt jebkuru modeļa virsmas vizuālo gludumu. Būtībā objekta konstruēšana no acīm ir tāda pati kā pikseļu māksla 2D attēlā. Tomēr mēs atceramies, ka punktu kopa taisnstūra formā nav "taisnstūra" objekts. Tas nozīmē, ka, lai no acīm izveidotais attēls kļūtu par trīsdimensiju objektu, tā kontūras jāaizpilda ar apjomu. Tam ir rīki, taču jaunie 3D modelēšanas jaunpienācēji tos bieži aizmirst. Tāpat kā tas, ka, lai virsma (piemēram, sfēra) pārvērstos par tilpuma figūru, tai jābūt pilnībā aizvērtai. No gatavās slēgtās virsmas ir vērts noņemt vienu punktu (vienu sietu), un programma to nevarēs pārvērst par 3D objektu.
3D modeļa kustība un izskats
Iedomājieties, kā izveidot automašīnas objektu no acīm vai kā citādi. Ja trīsdimensiju modelēšanas programmā jūs pēc formulas iestatāt jebkura objekta iekšienes punkta trajektoriju un kustības ātrumu, nosakot nosacījumu, ka visi pārējie punkti pārvietojas sinhroni, tad automašīna brauks. Ja tajā pašā laikā automašīnas riteņi tiek izvēlēti kā atsevišķi objekti un to centriem tiek piešķirtas atsevišķas kustības un rotācijas trajektorijas, tad automašīnas riteņi pa ceļu griezīsies. Izvēloties pareizu atbilstību starp automašīnas virsbūves un tās riteņu kustību, jūs varat sasniegt galīgās multfilmas reālismu. Tāpat jūs varat likt pārvietoties "cilvēka" objektam, taču tas prasa izpratni par cilvēka anatomiju un staigāšanas vai skriešanas dinamiku. Un tad - viss ir vienkārši: objekta iekšpusē tiek izveidots skelets, un katrai tā daļai tiek piešķirti savi kustības likumi.
Trīsdimensiju modelēšanas programmā izveidots objekts savos veidos var pilnībā atkārtot reālu paraugu no radītāja dzīves vai fantāzijas, tas var reālistiski kustēties, bet tomēr tam pilnībā pietrūks vēl viena raksturojuma. Šī īpašība ir tekstūra. Virsmas krāsa un raupjums nosaka mūsu uztveri, tāpēc lielākajai daļai 3d redaktoru ir arī faktūras, tostarp gatavu virsmu bibliotēkas, veidošanas rīki: sākot no koka un metāla līdz mēness niknās jūras dinamiskajai faktūrai. Tomēr ne visiem 3D modelēšanas uzdevumiem ir nepieciešama šāda funkcionalitāte. Ja veidojat modeli drukāšanai uz 3D printera, tā virsmas faktūru noteiks drukājamais materiāls. Ja projektējat mēbeļu ražotājiem paredzētu skapi CAD, tad, protams, jums būs interesanti "ietērpt" izstrādājumu izvēlēto koku sugu tekstūrā, taču daudz svarīgāk būs veikt stiprības aprēķinus tajā pašā programmā.
Failu formāti 3D modelēšanā
Programmatūru 3D objektu veidošanai, rediģēšanai un izgatavošanai tirgū piedāvā desmitiem lietojumprogrammu un pakotņu. Daudzi šādas programmatūras izstrādātāji izmanto savus failu formātus, lai saglabātu simulācijas rezultātus. Tas ļauj viņiem labāk izmantot savu produktu priekšrocības un aizsargā to dizainu no nepareizas izmantošanas. Ir vairāk nekā simts 3D failu formātu. Daži no tiem ir slēgti, tas ir, veidotāji neļauj citām programmām izmantot viņu failu formātus. Šī situācija ievērojami sarežģī to cilvēku mijiedarbību, kuri nodarbojas ar 3D modelēšanu. Vienā programmā izveidotu izkārtojumu vai modeli bieži ir ļoti grūti vai neiespējami importēt un pārveidot citā programmā.
Tomēr ir atvērti 3D grafikas failu formāti, kurus saprot gandrīz visas programmas darbam ar 3d:
. COLLADA ir universāls uz XML balstīts formāts, kas īpaši paredzēts failu apmaiņai starp dažādu izstrādātāju programmām. Šo formātu atbalsta (dažos gadījumos ir nepieciešams īpašs spraudnis) ar tādiem populāriem produktiem kā Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Arī šis formāts var saprast jaunākās Adobe Photoshop versijas.
. OBJ - izstrādājusi Wavefront Technologies. Šis formāts ir atvērts avots, un to izmanto daudzi 3D grafikas redaktoru izstrādātāji. Lielākajai daļai 3D modelēšanas programmatūras ir iespēja importēt un eksportēt.obj failus.
. STL ir formāts, kas paredzēts failu glabāšanai, kas paredzēti drukāšanai, izmantojot stereolitogrāfiju. Daudzi 3D printeri mūsdienās var drukāt tieši no.stl. To atbalsta arī daudzi griezēji - programmas drukas sagatavošanai uz 3D printera.
Tiešsaistes 3D redaktors tinkercad.com
Vietne tinkercad.com, kas pieder Autodesk, ir labākais risinājums tiem, kas sāk 3D modelēšanu no nulles. Pilnīgi bez maksas. Viegli iemācīties, vietnē ir vairākas nodarbības, kas ļauj stundas laikā saprast galveno funkcionalitāti un sākt darbu. Vietnes interfeiss ir tulkots krievu valodā, bet nodarbības ir pieejamas tikai angļu valodā. Tomēr, lai saprastu stundas, pietiek ar pamatzināšanām angļu valodā. Turklāt internetā nav grūti atrast krievu valodas ceļvežus un tinkercad nodarbību tulkojumus.
Vietnes darbvietā ir pieejams liels skaits tilpuma primitīvu, ieskaitot citu lietotāju izveidotos. Ir instrumenti mērogošanai, pārnešanai uz koordinātu režģa un objektu galvenajiem punktiem. Jebkuru objektu var pārveidot par caurumu. Atlasītos objektus var apvienot. Tā tiek realizēta objektu saskaitīšana un atņemšana. Pārveidojumu vēsture ir pieejama, tostarp nesen saglabātiem objektiem, kas ir ļoti ērti, ja jums jāatgriežas daudzos soļos.
Tiem, kuriem ar iepriekš aprakstītajām pamata funkcijām nepietiek, ir skriptu rakstīšanas funkcionalitāte un, attiecīgi, sarežģītu skriptu izveidošana objektu pārveidošanai.
Nav instrumentu priekšmetu griešanai. Tīrā veidā nav daudzstūru (daudzstūra modelis zināmā mērā tiek īstenots līknes objektu primitīvos). Nav tekstūru. Tomēr tinkercad ļauj jums izveidot diezgan sarežģītus un mākslinieciskus priekšmetus.
Atbalsta failu importēšanu un eksportēšanu STL, OBJ, SVG formātos.
SketchUp
Pusprofesionāls 3D grafikas redaktors no Trimble Inc, kuru pirms vairākiem gadiem iegādājās Google Corporation. Pro versija maksā 695 USD. Ir bezmaksas tiešsaistes versija ar ierobežotu funkcionalitāti.
Pirms pāris gadiem bija redaktora bezmaksas darbvirsmas versija, taču šodien bez naudas ir pieejama tikai tiešsaistes versija. Tīmekļa versijā ir vienkārši zīmēšanas rīki, līkņu veidošana un rīks Extrude, kas ļauj izveidot plakanu attēlu no plakana attēla. Arī tīmekļa versijā ir slāņi un faktūras. Ir pieejama lietotāju izveidotu objektu un faktūru bibliotēka.
Importēšana ir iespējama sava formāta failiem (SketchUp projekts). Sižetā kā objektu var ievietot arī.stl failu.
Saites ar Google ļauj SketchUp integrēties interneta giganta pakalpojumos. Šī ir ne tikai piekļuve mākoņa krātuvei, kur jūs varat atrast daudzas gatavas ainas un objektus, ko izmantot savā darbā, bet arī iespēja importēt satelīta un gaisa attēlus no Google Earth, lai izveidotu reālistiskas ainas.
Kopumā SketchUp bezmaksas versijas iespējas ir ievērojami augstākas nekā tinkercad pieejamā funkcionalitāte, taču SketchUp vietne bieži palēninās, mēģinot veikt dažas nopietnas darbības, it kā dodot mājienu, ka labāk ir pāriet uz apmaksāto versiju produkta. SketchUp bezmaksas versija piedāvā piedāvājumu maksāt naudu, lai paplašinātu savas iespējas gandrīz ik uz soļa.
Ņemot vērā, ka SketchUp Pro ir laba funkcionalitāte un tiek plaši izmantota, piemēram, mēbeļu dizainā vai interjera dizaina izstrādē, mēs varam ieteikt apgūt produkta bezmaksas tīmekļa versiju tiem, kas vēlas spert soli nopietnas modelēšanas virzienā, bet vēl neesat pārliecināts par savām stiprajām pusēm un lietderību.pāreja uz apmaksātajām versijām.
Blenderis
Blender ir leģendārs projekts, kas kopā ar Linux vai PostgreSQL parāda, ka programmētāju kopiena, kuru vieno ideja par bezmaksas programmatūras izplatīšanu, var gandrīz visu.
Blender ir profesionāls 3D grafikas redaktors ar gandrīz neierobežotām iespējām. Viņš ieguva vislielāko popularitāti starp animācijas un reālistisku 3D ainu veidotājiem. Kā šī produkta iespēju piemēru varam minēt faktu, ka tajā tika izveidota visa filmas "Spider-Man 2" animācija. Un - ne tikai šai filmai.
Lai pilnībā apgūtu Blender redaktora iespējas, nepieciešams ievērojams laika ieguldījums un visu 3D grafikas aspektu izpratne, ieskaitot apgaismojumu, skatuves uzstādīšanu un kustību. Tajā ir visi labi zināmie un populārie rīki tilpuma modelēšanai, un neiespējami vai vēl neizgudroti rīki ir programmēšanas valoda Python, kurā ir rakstīts pats redaktors un kurā jūs varat paplašināt tā iespējas tik daudz, cik uzdrīkstaties.
Blender lietotāju kopienā ir vairāk nekā pusmiljons cilvēku, un tāpēc nebūs grūti atrast cilvēkus, kas palīdzēs to apgūt.
Vienkāršiem projektiem Blender ir pārāk funkcionāls un sarežģīts, bet tiem, kas nopietni nodarbojas ar 3D modelēšanu, tā ir lieliska izvēle.
