Izraz "3D" je okrajšava za angleško "3 dimenzija", to je "3 dimenzije". Simboli "3D" (v ruski literaturi se pogosto uporablja tudi okrajšava "3d") označujejo, da se predmet ali tehnologija razlikuje od drugih po več kot dveh dimenzijah.
Čemu so namenjeni 3D modeli?
Vsi predmeti v resničnem svetu imajo tri dimenzije. Hkrati pa v veliki večini primerov za predstavitev tridimenzionalnih predmetov uporabljamo dvodimenzionalne površine: list papirja, platno, računalniški zaslon. Kipar ustvarja tridimenzionalne figure, a preden začne izklesati skulpturo iz granita, ustvari skice, na katerih je prihodnje delo upodobljeno v več pogledih - z vseh strani. Arhitekt ali oblikovalec prav tako deluje tako, da na papirju Whatman ali na računalniškem zaslonu prikaže ploske poglede oblikovanih izdelkov ali zgradb.
Cilj predmeta "risanje" v okviru obveznega izobraževanja je poučevanje tridimenzionalnega modeliranja - natančen opis predmetov, ki imajo prostornino, na ravni, dvodimenzionalni površini lista papirja. Poleg tega otroke poučujejo tridimenzionalno modeliranje pri pouku modeliranja s plastelinom v vrtcu in osnovni šoli. Toliko pozornosti 3D modeliranju v izobraževalnem procesu ni naključno. Pri kateri koli dejavnosti za ustvarjanje resničnih predmetov morate dobro vedeti, kako bo ta predmet videti z vseh strani. Krojač in oblikovalec oblačil morata vedeti, kako se obleka ali obleka prilega osebi z določeno postavo. Frizer ustvari frizuro in pričesko, ki bo imela prostornino in bo drugačna z različnih zornih kotov. Draguljar oblikuje svoj nakit. Zobozdravnik ne sme samo ustvariti čudovitega umetnega zoba, temveč mora upoštevati tudi njegovo lokacijo glede na ostale pacientove zobe. Tesar mora biti sposoben zelo natančno namestiti spoje tridimenzionalnih delov. Prav tako bi rad vizualno videl, kako pohištvo, ki ga oblikuje, bo priročno za uporabo in kako se bo prilegalo notranjosti.
Predstavniki različnih poklicev že dolgo uporabljajo risbe, sestavljene iz številnih vrst, za tridimenzionalno modeliranje. S širjenjem osebnih računalnikov je postalo mogoče del naloge ustvarjanja tridimenzionalnih modelov zaupati programski opremi. Sistemi avtomatizacije oblikovanja (CAD) so prvi vključili funkcionalnost dinamičnega prikaza ustvarjenih tridimenzionalnih predmetov na ravnini zaslona. Beseda "dinamičen" v tem primeru pomeni zmožnost zasuka sliko tridimenzionalnega predmeta na zaslonu in ogled z vseh strani. Vendar dinamika 3D modela lahko pomeni tudi sposobnost modela, da spremeni svojo obliko in se premika. Ustvarjalci risank in računalniških iger potrebujejo takšno funkcionalnost.
V drugi polovici dvajsetega stoletja, celo v predračunalniški dobi, so se pojavile tridimenzionalne tehnologije površinske obdelave. Kmalu po koncu druge svetovne vojne so ameriške zračne sile financirale delo podjetja Parsons Inc za ustvarjanje strojev, ki bi lahko rezkali kompleksne dele po določenem algoritmu. Ta dela so privedla do nastanka celotnega razreda računalniških numeričnih krmilnih strojev (CNC). Oblikovanje delovnih algoritmov za CNC stroje je še ena naloga s področja 3D modeliranja.
Leta 1986 je ameriški inženir Charles W. Hall ustvaril tiskalnik, ki je s stereolitografijo tiskal tridimenzionalne predmete. Kasneje so se pojavili 3D-tiskalniki, ki tiskajo tridimenzionalne izdelke iz najrazličnejših materialov, vključno s tiskalniki za tiskanje človeških organov ali na primer tiskalniki, ki tiskajo slaščice in okrasne izdelke. Danes lahko preprost, a precej funkcionalen 3D-tiskalnik kupite po ceni pametnega telefona in nanj natisnete volumetrične predmete za dom ali podrobnosti o modelih in različnih napravah. Vsi 3D tiskalniki za tiskanje prejmejo tridimenzionalni model kot vhod v določeni obliki.
Osnovna načela 3D modeliranja
Predpogoj za 3D modeliranje je prisotnost prostorske domišljije. Pomembno je, da si lahko predstavljamo prihodnji rezultat dela, ga miselno vrtimo in preučujemo z vseh strani ter razumemo, iz katerih elementov je model sestavljen, kakšne priložnosti ponuja in kakšne omejitve postavlja. Po naravi je prostorska domišljija vsakogar razvita v različni meri, vendar jo je mogoče, tako kot pismenost ali posluh za glasbo, razviti. Pomembno je, da se ne predate, če si rečete, da se nič ne obnese, ampak pridobite izkušnje tako, da najprej izdelate preproste modele, postopoma prehajate na bolj zapletene.
Če v katerem koli CAD programu narišete tri pravokotnike in jih razporedite v skladu s pravili risanja, bo prikazni modul tridimenzionalnega modela programa lahko ustvaril in prikazal na zaslonu paralelepiped, ki ustreza tem trem projekcijam. Prav tako lahko z upoštevanjem pravil risanja ustvarite model skoraj katerega koli dela.
Vsi programi za 3d modeliranje so vektorski. To pomeni, da predmetov ne opisujejo kot zbirko ločenih točk, temveč kot skupek formul in delujejo samo s celimi predmeti. Če morate spremeniti ali premakniti samo polovico predmeta, ga boste morali izrezati (če obstaja orodje, ki vam to omogoča) in polovice popraviti kot nove predmete. Za delo z vektorskim urejevalnikom sploh ni treba poznati matematičnih formul, te so vključene v program. Pomembna in koristna posledica tega pristopa je, da je mogoče kateri koli predmet premikati, spreminjati in spreminjati, ne da bi pri tem ogrozili kakovost. Po drugi strani pa vas program ne bo razumel, če boste poskušali narisati pravokotnik, na primer tako, da boste na njegove meje postavili veliko točk, ki se vizualno dotikajo. Za program bo to samo veliko točk, ne pa pravokotnik. S tem, po vašem mnenju, pravokotnikom ne bo mogla izvajati nobenih dejanj. Če želite ustvariti pravokotnik, morate izbrati primerno orodje in ga uporabiti. Nato vam bo program omogočil izvajanje kakršnih koli dejanj z ustvarjenim predmetom: spreminjanje, premikanje na določeno točko, raztezanje, upogibanje itd. Prav tako večina programske opreme za 3d modeliranje ne bo mogla delati z grafiko v rastrskem formatu (bmp, jpg, png,
3d-modeliranje iz "opeke"
Velika večina tehničnih podrobnosti je kombinacija volumetričnih primitivov: paralelepipedi, kroglice, prizme itd. Vsako orodje za 3d-modeliranje ima knjižnico volumetričnih primitivov in jih lahko reproducira ob upoštevanju parametrov, ki jih določi uporabnik. Da bi na primer ustvarili model valja, je dovolj, da v programu izberete ustrezno orodje in nastavite premer in višino. Vsi programi za tridimenzionalno načrtovanje lahko izvedejo vsaj dve matematični operaciji s tridimenzionalnimi figurami: seštevanje in odštevanje. Torej, na primer, ko ste iz primitivov ustvarili dve jeklenki: eno s premerom 5 cm in višino 1 cm, drugo pa s premerom 3 cm in višino, ki je očitno večja od 1 cm, jih lahko kombinirate vzdolž os in od prvega (večjega) valja odštejemo drugega … Rezultat je 1 cm debela podložka z zunanjim premerom 5 cm in notranjim premerom 3 cm. Če imate na primer ločen sklop ločenih predmetov: "glava brez ušes in nosu", "nos", " levo uho "in" desno uho ", nato jih lahko povežete in dodate, da ustvarite nov predmet" glava z ušesi in nosom ". Če imate knjižnico ušes, nosov in glav različnih oblik, potem lahko, tako da greste skozi njih, ustvarite model glave svojega prijatelja (ali svojega). Nato z odštevanjem predmeta "usta" od nastale glave lahko dobite glavo z usti. Ustvarjanje 3d-modela iz "opek", predmetov, ki so na voljo v programski knjižnici ali so v program naloženi od zunaj, je preprost in eden najbolj priljubljenih načinov.
Seveda v nobenem programu ni "gradnikov" za vse primere. Številne predmete pa lahko ustvarite s premikanjem drugih predmetov v vesolju ali z njihovimi spremembami. Na primer, lahko sami ustvarite isti valj tako, da za osnovo vzamete krog in ga premaknete navzgor, pri čemer vsak korak držite tako, da dodate položaje v enem predmetu. Če ima program takšno orodje, bo vse naredil sam, določiti morate le: po kateri poti in kako daleč morate premakniti bazo. Torej iz podložke, ustvarjene v skladu z zgoraj opisano tehnologijo, lahko ustvarite nov predmet - cev. Vključno - cev z veliko ovinki katere koli ukrivljenosti. Pomembno: za to mora biti krog na začetku tridimenzionalen. Naj - z zanemarljivo debelino, vendar ne enako nič. V ta namen mora imeti program orodje za pretvorbo ravne figure z ničelno debelino v tridimenzionalno z zanemarljivo, a specifično debelino.
3d modeliranje iz poligonov
Številni programi za 3D modeliranje delujejo s posebnimi vrstami predmetov, imenovanimi "očesa". Mreža je poligonalna mreža ali zbirka točk, robov in obrazov 3D predmeta. Če želite razumeti predmet, sestavljen iz mrežastih očes, si lahko ogledate na primer robota, ustvarjenega iz Lego delov. Vsak kos je ločena mrežica. Če je povprečna velikost Lego dela 1 cm in sestavite robota, visokega 50 cm, bo mogoče prepoznati sliko (na primer osebe), ki ste jo položili vanj. Vendar pa bo realizem takšne skulpture zelo povprečen. Še en pogovor, če iz delov s povprečno velikostjo 1 cm ustvarite robota, visokega 50 kilometrov. Če si ogledate celotno velikansko skulpturo na primerni razdalji, ne boste opazili kotnosti površine in robot je lahko videti kot živ človek z gladko kožo.
Očesa so lahko tako majhna, kot želite, kar pomeni, da lahko dosežete kakršno koli vizualno gladkost površine modela. V bistvu je izdelava predmeta iz mrežnega očesa enaka slikovni sliki na 2D sliki. Vendar se spomnimo, da niz točk v obliki pravokotnika ni objekt "pravokotnika". To pomeni, da mora slika, ustvarjena iz mrežnih očes, postati tridimenzionalni objekt, je treba njene konture zapolniti s prostornino. Za to obstajajo orodja, ki pa jih novinci pri 3D modeliranju pogosto pozabijo. Tako kot dejstvo, da se mora površina (na primer krogla) spremeniti v volumetrično sliko, jo je treba popolnoma zapreti. S končne zaprte površine je vredno odstraniti eno točko (eno mrežo) in program je ne bo mogel spremeniti v 3D objekt.
Gibanje in videz 3D modela
Predstavljajte si, da iz mrežnih očes ali na kakršen koli drug način ustvarite avtomobilski predmet. Če v programu za tridimenzionalno modeliranje s formulo nastavite smer in hitrost gibanja katere koli točke znotraj predmeta, tako da nastavite pogoj, da se vse druge točke premikajo sinhrono, potem bo avto vozil. Če so hkrati kolesa avtomobila izbrana kot ločena predmeta in so njihovim centrom dodeljene ločene poti gibanja in vrtenja, se bodo kolesa avtomobila na tej poti vrtela. Z izbiro pravilnega ujemanja med premikanjem karoserije in kolesi lahko dosežete realizem končne risanke. Prav tako lahko premikate "človeški" predmet, vendar to zahteva razumevanje človeške anatomije in dinamike hoje ali teka. In potem - vse je preprosto: znotraj predmeta se ustvari okostje in vsakemu njegovemu delu dodelijo svoje zakone gibanja.
Predmet, ustvarjen v programu za tridimenzionalno modeliranje, lahko v svojih oblikah popolnoma ponovi resnični vzorec iz ustvarjalčevega življenja ali domišljije, lahko se realno premakne, vendar mu bo vseeno manjkala še ena značilnost, ki bi se mu popolnoma ujemala. Ta značilnost je tekstura. Barva in hrapavost površine določata naše dojemanje, zato ima večina urejevalnikov 3D tudi orodja za ustvarjanje tekstur, vključno s knjižnicami že pripravljenih površin: od lesa in kovine do dinamične teksture divjajočega morja ob mesečini. Vendar vse naloge 3D modeliranja ne zahtevajo takšne funkcionalnosti. Če ustvarjate model za tiskanje na 3D-tiskalnik, bo teksturo njegove površine določil material, ki ga želite natisniti. Če načrtujete omarico v CAD za izdelovalce pohištva, potem vam bo seveda zanimivo, da izdelek "oblečete" v teksturo izbrane vrste lesa, vendar bo veliko bolj pomembno, da v isti program.
Formati datotek v 3d modeliranju
Programsko opremo za ustvarjanje, urejanje in izdelavo 3d predmetov na trgu predstavlja več deset aplikacij in paketov. Številni razvijalci takšne programske opreme za shranjevanje rezultatov simulacije uporabljajo svoje oblike datotek. To jim omogoča, da bolje izkoristijo svoje izdelke in ščitijo svoje modele pred zlorabo. Obstaja več kot sto formatov datotek 3D. Nekateri so zaprti, to pomeni, da ustvarjalci drugim programom ne dovolijo uporabe njihovih datotek. Ta položaj močno otežuje interakcijo ljudi, ki se ukvarjajo z 3d modeliranjem. Postavitev ali model, ustvarjen v enem programu, je pogosto zelo težko ali nemogoče uvoziti in pretvoriti v drug program.
Obstajajo pa odprte oblike datotek 3D grafike, ki jih razumejo skoraj vsi programi za delo z 3d:
. COLLADA je univerzalni format na osnovi XML, zasnovan posebej za izmenjavo datotek med programi različnih razvijalcev. To obliko podpirajo (v nekaterih primerih je potreben poseben vtičnik) tako priljubljeni izdelki, kot so Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Ta oblika lahko razume tudi najnovejše različice Adobe Photoshopa.
. OBJ - razvil Wavefront Technologies. Ta oblika je odprtokodna in jo sprejmejo mnogi razvijalci urejevalnikov 3D grafike. Večina programske opreme za 3D modeliranje ima možnost uvoza in izvoza datotek.obj.
. STL je oblika, namenjena shranjevanju datotek, namenjenih tiskanju s stereolitografijo. Številni 3d tiskalniki danes lahko tiskajo neposredno iz.stl. Podpirajo ga tudi številni rezalniki - programi za pripravo tiskanja na 3D tiskalnik.
Spletni urejevalnik 3d tinkercad.com
Spletno mesto tinkercad.com, ki je v lasti Autodeska, je najboljša rešitev za tiste, ki se 3D modeliranja lotevajo od začetka. Popolnoma brezplačno. Spletno mesto je enostavno za učenje in vsebuje več lekcij, ki vam omogočajo, da v eni uri razumete glavne funkcije in začnete. Spletni vmesnik je preveden v ruščino, lekcije pa so na voljo samo v angleščini. Vendar je osnovno znanje angleščine dovolj za razumevanje lekcij. Poleg tega na internetu ni težko najti vodnikov v ruskem jeziku in prevodov lekcij o tinkercadu.
V delovnem prostoru spletnega mesta je na voljo veliko število volumetričnih primitivov, vključno s tistimi, ki so jih ustvarili drugi uporabniki. Obstajajo orodja za skaliranje, pripenjanje na koordinatno mrežo in ključne točke predmetov. Vsak predmet je mogoče pretvoriti v luknjo. Izbrane predmete lahko kombinirate. Tako se izvaja dodajanje in odštevanje predmetov. Na voljo je zgodovina transformacij, tudi za na novo shranjene predmete, kar je zelo priročno, ko se morate vrniti nazaj po številnih korakih.
Za tiste, za katere zgoraj opisane osnovne funkcije niso dovolj, obstaja funkcionalnost za pisanje skriptov in s tem za ustvarjanje zapletenih skriptov za pretvorbo predmetov.
Brez orodij za rezanje predmetov. V čisti obliki ni poligonov (poligonalni model je do neke mere izveden v ukrivljenih primitivnih objektih). Brez tekstur. Vendar pa vam tinkercad omogoča ustvarjanje dokaj zapletenih in umetniških predmetov.
Podpira uvoz in izvoz datotek v formatih STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Polprofesionalni urejevalnik 3D grafike podjetja Trimble Inc, ki ga je pred nekaj leti pridobila družba Google Corporation. Različica Pro stane 695 USD. Na voljo je brezplačna spletna različica z omejeno funkcionalnostjo.
Pred nekaj leti je obstajala brezplačna namizna različica urejevalnika, danes pa je na voljo samo spletna različica brez denarja. Spletna različica ima preprosta orodja za risanje, ki ustvarjajo krivulje, in orodje Extrude, ki vam omogoča, da iz ravne slike ustvarite maso. Tudi v spletni različici so plasti in teksture. Na voljo je knjižnica uporabniško ustvarjenih predmetov in tekstur.
Uvoz je možen za datoteke v lastni obliki (projekt SketchUp). Datoteko.stl lahko v sceno vstavite tudi kot objekt.
Povezave z Googlom omogočajo, da se SketchUp integrira s storitvami internetnega giganta. To ni samo dostop do shrambe v oblaku, kjer lahko najdete veliko pripravljenih prizorov in predmetov, ki jih boste uporabili pri svojem delu, temveč tudi možnost uvoza satelitskih in zračnih posnetkov iz programa Google Earth za ustvarjanje realističnih prizorov.
Na splošno so zmogljivosti brezplačne različice SketchUpa opazno večje od funkcionalnosti, ki je na voljo v tinkercadu, vendar se spletno mesto SketchUp pogosto upočasni, ko poskuša izvesti nekaj resnih operacij, kot da bi namignil, da je bolje preiti na plačljivo različico izdelka. Brezplačna različica programa SketchUp ponuja ponudbo za plačilo denarja za razširitev svojih zmožnosti skoraj na vsakem koraku.
Glede na to, da ima SketchUp Pro dobro funkcionalnost in se pogosto uporablja, na primer pri oblikovanju pohištva ali razvoju notranje opreme, lahko priporočamo obvladovanje brezplačne spletne različice izdelka za tiste, ki želijo narediti korak k resnemu modeliranju, vendar še niso prepričani v njihovo moč in smotrnost. prehod na plačljive različice.
Mešalnik
Blender je legendarni projekt, ki skupaj z Linuxom ali PostgreSQL kaže, da lahko skupnost programerjev, ki jih združuje ideja o brezplačni distribuciji programske opreme, naredi skoraj vse.
Blender je profesionalni 3D grafični urejevalnik s skoraj neomejenimi možnostmi. Največjo priljubljenost si je pridobil med ustvarjalci animacije in realističnih 3d-prizorov. Kot primer zmogljivosti tega izdelka lahko navedemo dejstvo, da je bila v njem ustvarjena vsa animacija za film "Spider-Man 2". In - ne samo za ta film.
Popolno obvladovanje zmožnosti urejevalnika Blender zahteva znatno vlaganje časa in razumevanje vseh vidikov 3D grafike, vključno z osvetlitvijo, postavitvijo odrov in gibanjem. Ima vsa dobro znana in priljubljena orodja za volumetrično modeliranje, za nemogoča ali še ne izumljena orodja pa je programski jezik Python, v katerem je napisan sam urejevalnik in v katerem lahko svoje zmožnosti razširite, kolikor si upate.
Skupnost uporabnikov družbe Blender šteje več kot pol milijona ljudi, zato ne bo težko najti ljudi, ki bodo pomagali pri njenem obvladovanju.
Za enostavne projekte je Blender preveč funkcionalen in zapleten, za tiste, ki se boste resno ukvarjali z 3d modeliranjem, pa je odlična izbira.
