Uttrykket "3D" er en forkortelse for den engelske "3 dimensjonen", det vil si "3 dimensjoner". Symboler "3D" (i russisk litteratur brukes ofte også forkortelsen "3d") indikerer at et objekt eller en teknologi skiller seg fra andre ved at den har mer enn to dimensjoner.
Hva er 3D-modeller til?
Alle objekter i den virkelige verden har tre dimensjoner. Samtidig, i de aller fleste tilfeller, for å representere tredimensjonale objekter, bruker vi todimensjonale flater: et ark papir, lerret, dataskjerm. Billedhuggeren lager tredimensjonale figurer, men før han begynner å skjære en skulptur av granitt, lager han skisser der fremtidig arbeid er avbildet i flere visninger - fra alle kanter. På samme måte jobber en arkitekt eller designer ved å vise flat visning av designede produkter eller bygninger på Whatman-papir eller på en dataskjerm.
Temaet "tegning" i rammen av obligatorisk opplæring tar sikte på å undervise i tredimensjonal modellering - den nøyaktige beskrivelsen av objekter som har volum, på en flat, todimensjonal overflate av et ark. I tillegg blir barna undervist i tredimensjonal modellering i modelleringsklasser i modellering i barnehage og barneskole. Så mye oppmerksomhet mot 3D-modellering i utdanningsprosessen er ikke tilfeldig. I enhver aktivitet for å lage ekte objekter, må du ha en god ide om hvordan dette objektet vil se ut fra alle kanter. En skredder og en klesdesigner må vite hvordan en dress eller kjole vil passe på en person med en viss figur. Frisøren lager en hårklipp og frisyre som vil ha volum og se annerledes ut fra forskjellige vinkler. Juveleren modellerer smykkene sine. Tannlegen må ikke bare lage en vakker kunstig tann, men også ta hensyn til plasseringen i forhold til resten av pasientens tenner. Tømreren må være i stand til å montere skjøtene til de tredimensjonale delene veldig presist. Han vil også se visuelt hvordan møblene han designer vil være praktiske å bruke og hvordan de passer inn i interiøret.
I lang tid har representanter for forskjellige yrker brukt tegninger, bestående av mange typer, for tredimensjonal modellering. Med spredningen av personlige datamaskiner ble det mulig å overlate en del av oppgaven med å lage tredimensjonale modeller til programvare. Design automatiseringssystemer (CAD) var de første som inkluderte funksjonaliteten til dynamisk visning av opprettede tredimensjonale objekter på skjermplanet. Ordet "dynamisk" betyr i dette tilfellet muligheten til å rotere bildet av et tredimensjonalt objekt på skjermen og se det fra alle sider. Imidlertid kan dynamikken til en 3D-modell også bety modellens evne til å endre form og bevege seg. Skaperne av tegneserier og dataspill har et behov for en slik funksjonalitet.
I andre halvdel av det tjuende århundre, selv i tiden før datamaskinen, dukket det opp tredimensjonale overflatebehandlingsteknologier. Kort tid etter slutten av andre verdenskrig finansierte US Air Force arbeidet til Parsons Inc for å lage maskiner som kunne frese komplekse deler i henhold til en gitt algoritme. Disse arbeidene førte til opprettelsen av en hel klasse maskinverktøy for datamaskin numerisk kontroll (CNC). Å designe arbeidsalgoritmer for CNC-maskiner er en annen oppgave fra feltet 3D-modellering.
I 1986 opprettet den amerikanske ingeniøren Charles W. Hall en skriver som trykte tredimensjonale gjenstander ved hjelp av stereolitografi. Senere dukket det opp 3D-skrivere som trykker tredimensjonale produkter fra et bredt utvalg av materialer, inkludert skrivere for utskrift av menneskelige organer, eller for eksempel skrivere som skriver ut konfektdekorasjoner og ferdigmat. I dag kan en enkel, men ganske funksjonell 3D-skriver kjøpes til prisen for en smarttelefon, og skrives ut volumetriske gjenstander til hjemmet, eller detaljer om modeller og forskjellige enheter. Alle 3D-skrivere for utskrift mottar en tredimensjonal modell som inndata i et bestemt format.
Grunnleggende prinsipper for 3D-modellering
En forutsetning for 3D-modellering er tilstedeværelsen av romlig fantasi. Det er viktig å kunne forestille seg det fremtidige resultatet av arbeidet, mentalt rotere og undersøke det fra alle sider, samt forstå hvilke elementer modellen består av, hvilke muligheter den gir og hvilke begrensninger den pålegger. Av natur utvikles alles romlige fantasi i varierende grad, men akkurat som leseferdighet eller øre for musikk, kan den utvikles. Det er viktig å ikke gi opp og fortelle deg selv at ingenting fungerer, men å få erfaring ved å lage enkle modeller først, gradvis gå videre til mer komplekse.
Hvis du tegner tre rektangler i et CAD-program og ordner dem i henhold til tegningsreglene, vil skjermmodulen til den tredimensjonale modellen til programmet kunne lage og vise parallellpiped på skjermen som tilsvarer disse tre projeksjonene. På samme måte, ved å følge tegningsreglene, kan du lage en modell av nesten hvilken som helst del.
Alle programmer for 3d-modellering er vektor. Dette betyr at de beskriver objekter ikke som en samling av separate punkter, men som et sett med formler og fungerer bare med hele objekter. Hvis du trenger å endre eller flytte bare halvparten av et objekt, må du klippe det (hvis det er et verktøy som lar deg gjøre dette) og fikse halvdelene som nye objekter. For å jobbe med en vektoreditor er det slett ikke nødvendig å kjenne matematiske formler, de er inkludert i programmet. En viktig og nyttig konsekvens av denne tilnærmingen er at ethvert objekt kan flyttes, modifiseres og skaleres uten å gå på kompromiss med kvaliteten. På den annen side vil ikke programmet forstå deg hvis du prøver å tegne et rektangel, for eksempel ved å plassere mange punkter langs grensene som visuelt berører hverandre. For programmet vil det bare være mange poeng, ikke et rektangel. Hun vil ikke være i stand til å utføre noen handlinger med dette, etter din mening, rektangel. For å lage et rektangel, må du velge et passende verktøy og bruke det. Da lar programmet deg utføre handlinger med det opprettede objektet: endre det, flytte det til et gitt punkt, strekke, bøye og så videre. Også de fleste programvare for 3d-modellering vil ikke kunne arbeide med grafikk i rasterformat (bmp, jpg, png, gif, etc.) hentet fra for eksempel fra Photoshop.
3d-modellering fra "murstein"
De aller fleste tekniske detaljer er en kombinasjon av volumetriske primitiver: parallellpipeder, kuler, prismer og så videre. Ethvert verktøy for 3d-modellering har et bibliotek med volumetriske primitiver og er i stand til å reprodusere dem, med tanke på parametrene som er angitt av brukeren. For for eksempel å lage en modell av en sylinder, er det nok å velge riktig verktøy i programmet og stille inn diameter og høyde. Også alle programmer for tredimensjonal design er i stand til å utføre minst to matematiske operasjoner med tredimensjonale figurer: addisjon og subtraksjon. Så for eksempel, etter å ha laget to sylindere fra primitiver: en med en diameter på 5 cm og en høyde på 1 cm, og den andre med en diameter på 3 cm og en høyde åpenbart større enn 1 cm, kan du kombinere dem langs sentral akse og trekk den andre fra den første (større) sylinderen … Resultatet er en 1 cm tykk skive med en ytre diameter på 5 cm og en indre diameter på 3 cm. Hvis du for eksempel har et eget sett med separate gjenstander: "hode uten ører og nese", "nese", " venstre øre "og" høyre øre ", så kan du koble dem og legge dem til for å lage et nytt objekt" hode med ører og nese ". Hvis du har et bibliotek med ører, neser og hoder i forskjellige former, kan du, ved å gå gjennom dem, lage en modell av hodet til vennen din (eller din egen). Deretter, ved å trekke "munn" -objektet fra det resulterende hodet, kan du få et hode med en munn. Å lage en 3d-modell fra "murstein", objekter som er tilgjengelige i programbiblioteket eller lastet inn i programmet utenfra, er en enkel og en av de mest populære måtene.
Selvfølgelig er det ingen "byggesteiner" for alle tilfeller i noe program. Imidlertid kan mange objekter opprettes ved å flytte andre objekter i rommet eller ved å endre dem. For eksempel kan du lage den samme sylinderen selv ved å ta en sirkel som basen og flytte den opp, holde hvert trinn ved å legge til posisjonene i ett objekt. Hvis programmet har et slikt verktøy, vil det gjøre alt for seg selv, du trenger bare å spesifisere: langs hvilken bane og hvor langt du trenger å flytte basen. Så fra vaskemaskinen opprettet i henhold til teknologien beskrevet ovenfor, kan du lage et nytt objekt - et rør. Inkludert - et rør med mange svinger av en gitt krumning. Et viktig poeng: for dette må sirkelen i utgangspunktet være tredimensjonal. La - med ubetydelig tykkelse, men ikke lik null. For å gjøre dette må programmet ha et verktøy for å konvertere en flat figur med tykkelse null til en tredimensjonal med ubetydelig, men spesifikk tykkelse.
3d-modellering fra polygoner
Mange 3D-modelleringsprogrammer fungerer med spesielle typer objekter som kalles "masker". Et maske er et mangekantet nett, eller en samling av hjørner, kanter og ansikter til et 3D-objekt. For å forstå et objekt som består av masker, kan du for eksempel se på en robot opprettet fra Lego-deler. Hvert stykke er et eget nett. Hvis gjennomsnittsstørrelsen på en Lego-del er 1 cm, og du monterer en robot som er 50 cm høy, vil det være mulig å gjenkjenne bildet (for eksempel av en person) som du har lagt i den. Imidlertid vil realismen til en slik skulptur være veldig middelmådig. En annen samtale, hvis du lager en robot som er 50 kilometer høy fra deler med en gjennomsnittlig størrelse på 1 cm. Hvis du går en anstendig avstand for å se hele den gigantiske skulpturen, vil du ikke legge merke til overflatens vinkel og roboten kan se ut som en levende person med glatt hud.
Nettverket kan være så lite du vil, noe som betyr at du kan oppnå hvilken som helst visuell glatthet på modelloverflaten. I utgangspunktet er det å konstruere et objekt fra masker det samme som pikselkunst i et 2D-bilde. Vi husker imidlertid at settet med punkter i form av et rektangel ikke er et "rektangel" -objekt. Dette betyr at for at bildet som blir opprettet fra maskene skal bli et tredimensjonalt objekt, må dets konturer fylles med volum. Det er verktøy for dette, men de blir ofte glemt av nykommere i 3D-modellering. Akkurat som det faktum at for at en overflate (for eksempel en kule) skal bli en volumetrisk figur, må den være helt lukket. Det er verdt å fjerne ett punkt (ett maske) fra den ferdige lukkede overflaten, og programmet vil ikke kunne gjøre det til et 3D-objekt.
Bevegelsen og utseendet til 3D-modellen
Tenk deg å lage et bilgjenstand fra masker, eller på noen annen måte. Hvis du i programmet for tredimensjonal modellering stiller inn banen og bevegelseshastigheten til et hvilket som helst punkt inne i objektet med formelen, og setter tilstanden til at alle andre punkter beveger seg synkront, så vil bilen kjøre. Hvis hjulene på bilen samtidig velges som separate gjenstander og separate baner for bevegelse og rotasjon er tildelt til deres sentre, så vil hjulene på bilen spinne underveis. Ved å velge riktig samsvar mellom bevegelsen til karosseriet og hjulene, kan du oppnå realismen til den endelige tegneserien. På samme måte kan du få et "menneskelig" objekt til å bevege seg, men dette krever en forståelse av menneskets anatomi og dynamikken i å gå eller løpe. Og så - alt er enkelt: et skjelett blir opprettet inne i objektet, og hver av dets deler tildeles sine egne bevegelseslover.
Et objekt opprettet i et tredimensjonalt modelleringsprogram kan i sine former fullstendig gjenta et reelt utvalg fra skaperenes liv eller fantasi, det kan realistisk bevege seg, men det mangler fortsatt en egenskap til å matche det fullt ut. Denne egenskapen er tekstur. Overflatens farge og ruhet avgjør vår oppfatning, så de fleste 3d-redaktører har også verktøy for å lage teksturer, inkludert biblioteker med ferdige overflater: fra tre og metall til den dynamiske strukturen til et rasende hav i måneskinnet. Imidlertid krever ikke alle 3D-modelleringsoppgaver slik funksjonalitet. Hvis du lager en modell for utskrift på en 3D-skriver, vil teksturen på overflaten bli bestemt av materialet som skal skrives ut. Hvis du designer et skap i CAD for møbelprodusenter, vil det selvfølgelig være interessant for deg å "kle" produktet i teksturen til de valgte treslagene, men det vil være mye viktigere å gjøre styrkeberegninger i det samme programmet.
Filformater i 3d-modellering
Programvare for å lage, redigere og produsere 3d-objekter presenteres på markedet av dusinvis av applikasjoner og pakker. Mange utviklere av slik programvare bruker sine egne filformater for å lagre simuleringsresultater. Dette gjør at de bedre kan dra nytte av produktene sine og beskytter designene deres mot misbruk. Det er over hundre 3D-filformater. Noen av dem er stengt, det vil si at skaperne ikke tillater andre programmer å bruke filformatene sine. Denne situasjonen kompliserer i stor grad samspillet mellom mennesker som driver 3D-modellering. En layout eller modell opprettet i ett program er ofte veldig vanskelig eller umulig å importere og konvertere til et annet program.
Det er imidlertid åpne 3D-grafikkfilformater som forstås av nesten alle programmer for å jobbe med 3d:
. COLLADA er et universelt XML-basert format designet spesielt for utveksling av filer mellom programmer fra forskjellige utviklere. Dette formatet støttes (i noen tilfeller kreves det en spesiell plugin) av populære produkter som Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Dette formatet kan også forstå de nyeste versjonene av Adobe Photoshop.
. OBJ - Utviklet av Wavefront Technologies. Dette formatet er åpen kildekode og vedtatt av mange utviklere av 3D-grafikkredaktører. De fleste 3D-modelleringsprogramvare har muligheten til å importere og eksportere.obj-filer.
. STL er et format designet for lagring av filer beregnet for utskrift ved bruk av stereolitografi. Mange 3d-skrivere i dag kan skrive ut direkte fra.stl. Den støttes også av mange skiver - programmer for klargjøring av utskrift på en 3D-skriver.
Online redaktør på nett tinkercad.com
Nettstedet tinkercad.com, eid av Autodesk, er den beste løsningen for de som begynner å gjøre 3D-modellering fra bunnen av. Helt gratis. Nettstedet er enkelt å lære, og har flere leksjoner som lar deg forstå hovedfunksjonaliteten innen en time og komme i gang. Nettstedsgrensesnittet er oversatt til russisk, men leksjonene er bare tilgjengelige på engelsk. Imidlertid er grunnleggende kunnskaper i engelsk nok til å forstå leksjonene. I tillegg er det ikke vanskelig å finne russiskspråklige guider og oversettelser av tinkercad-leksjoner på Internett.
Et stort antall volumetriske primitiver er tilgjengelige på arbeidsområdet til nettstedet, inkludert de som er opprettet av andre brukere. Det er verktøy for skalering, snapping til et koordinatgitter og til viktige punkter for objekter. Ethvert objekt kan konverteres til et hull. Valgte objekter kan kombineres. Slik implementeres tillegg og subtraksjon av objekter. Historien om transformasjoner er tilgjengelig, inkludert for nylig lagrede objekter, noe som er veldig praktisk når du trenger å gå tilbake mange trinn.
For de som de grunnleggende funksjonene som er beskrevet ovenfor ikke er nok, er det en funksjonalitet for å skrive manus og dermed lage komplekse manus for å transformere objekter.
Ingen verktøy for å skjære gjenstander. Det er ingen polygoner i sin rene form (den polygonale modellen er til en viss grad implementert i krumlinjære objektprimitiver). Ingen teksturer. Imidlertid lar tinkercad deg å lage ganske komplekse og kunstneriske gjenstander.
Støtter import og eksport av filer i STL, OBJ, SVG formater.
SketchUp
Semi-profesjonell 3d grafikkredaktør fra Trimble Inc, anskaffet for flere år siden av Google Corporation. Pro-versjonen koster $ 695. Det er en gratis online-versjon med begrenset funksjonalitet.
For et par år siden var det en gratis desktopversjon av redaktøren, men i dag er bare onlineversjonen tilgjengelig uten penger. Nettversjonen har enkle tegneverktøy, skaper kurver og Extrude-verktøyet, som lar deg lage et solidt fra et flatt bilde. Også i nettversjonen er det lag og teksturer. Et bibliotek med brukeropprettede objekter og teksturer er tilgjengelig.
Import er mulig for filer i eget format (SketchUp-prosjekt). Du kan også sette inn en.stl-fil i scenen som et objekt.
Koblinger til Google lar SketchUp integreres med internettgigantens tjenester. Dette er ikke bare tilgang til skylagring, hvor du kan finne mange ferdige scener og gjenstander å bruke i arbeidet ditt, men også muligheten til å importere satellitt- og flybilder fra Google Earth for å skape realistiske scener.
Generelt er mulighetene til den gratis versjonen av SketchUp merkbart høyere enn funksjonaliteten som er tilgjengelig i tinkercad, men SketchUp-nettstedet bremser ofte når du prøver å utføre noen seriøse operasjoner, som om du antyder at det er bedre å bytte til den betalte versjonen. av produktet. Den gratis versjonen av SketchUp kommer med et tilbud om å betale penger for å utvide kapasiteten nesten hvert trinn på veien.
Med tanke på at SketchUp Pro har god funksjonalitet og er mye brukt, for eksempel i design av møbler eller utvikling av interiørdesign, kan vi anbefale å mestre den gratis nettversjonen av produktet for de som ønsker å ta et skritt mot seriøs modellering, men er ennå ikke sikker på styrken og hensiktsmessigheten. overgang til betalte versjoner.
Blender
Blender er et legendarisk prosjekt som viser, sammen med Linux eller PostgreSQL, at et fellesskap av programmerere forent av ideen om gratis programvaredistribusjon kan gjøre nesten hva som helst.
Blender er en profesjonell 3d grafikkredaktør med nesten ubegrensede muligheter. Han fikk den største populariteten blant skaperne av animasjon og realistiske 3d-scener. Som et eksempel på funksjonene til dette produktet kan vi sitere det faktum at all animasjonen for filmen "Spider-Man 2" ble opprettet i den. Og - ikke bare for denne filmen.
Fullstendig mestring av funksjonene til Blender-redigereren krever en betydelig investering av tid og forståelse av alle aspekter av 3D-grafikk, inkludert belysning, scenesetting og bevegelse. Den har alle de kjente og populære verktøyene for volumetrisk modellering, og for umulige eller ennå ikke oppfunnede verktøy er det Python-programmeringsspråket, hvor selve redigeringsprogrammet er skrevet og hvor du kan utvide funksjonene så mye du tør.
Blenders brukerfellesskap teller mer enn en halv million mennesker, og det vil derfor ikke være vanskelig å finne folk som vil hjelpe til med å mestre det.
For enkle prosjekter er Blender altfor funksjonell og kompleks, men for de som skal gjøre 3d-modellering på alvor, er det et godt valg.
