Udtrykket "3D" er en forkortelse for den engelske "3 dimension", det vil sige "3 dimensioner". Symboler "3D" (i russisk litteratur bruges også ofte forkortelsen "3d"), at et objekt eller en teknologi adskiller sig fra andre ved at have mere end to dimensioner.
Hvad er 3D-modeller til?
Alle objekter i den virkelige verden har tre dimensioner. På samme tid, for at repræsentere tredimensionelle objekter, i langt de fleste tilfælde, bruger vi todimensionale overflader: et ark papir, lærred, computerskærm. Billedhuggeren skaber tredimensionelle figurer, men inden han begynder at skære en skulptur af granit, skaber han skitser, hvor det fremtidige arbejde er afbildet i flere udsigter - fra alle sider. På samme måde arbejder en arkitekt eller designer ved at vise flade visninger af designede produkter eller bygninger på Whatman-papir eller på en computerskærm.
Emnet "tegning" inden for rammerne af obligatorisk uddannelse sigter mod at undervise i tredimensionel modellering - den nøjagtige beskrivelse af objekter, der har volumen på en flad, to-dimensionel overflade af et ark papir. Derudover undervises børn i tredimensionel modellering i modellering af modeller i plasticine i børnehave og grundskole. Så meget opmærksomhed på 3D-modellering i uddannelsesprocessen er ikke utilsigtet. I enhver aktivitet for at skabe ægte objekter skal du have en god idé om, hvordan dette objekt vil se ud fra alle sider. En skrædder og en designer af tøj skal vide, hvordan en dragt eller kjole passer på en person med en bestemt figur. Frisøren skaber en klipning og en frisure, der har volumen og ser anderledes ud fra forskellige vinkler. Juvelereren modellerer sine smykker. Tandlægen skal ikke kun skabe en smuk kunstig tand, men også tage hensyn til dens placering i forhold til resten af patientens tænder. Tømreren skal være i stand til at montere samlingerne på de tredimensionelle dele meget præcist. Han vil også gerne se visuelt, hvordan møblerne, han designer, er praktiske at bruge, og hvordan de passer ind i interiøret.
I lang tid har repræsentanter for forskellige erhverv brugt tegninger, der består af mange typer, til tredimensionel modellering. Med udbredelsen af personlige computere blev det muligt at overlade en del af opgaven med at oprette tredimensionelle modeller til software. Designautomationssystemer (CAD) var de første til at inkludere funktionaliteten i dynamisk visning af oprettede tredimensionelle objekter på skærmens plan. Ordet "dynamisk" betyder i dette tilfælde evnen til at rotere billedet af et tredimensionelt objekt på skærmen og se det fra alle sider. Imidlertid kan dynamikken i en 3D-model også betyde, at modellen kan ændre sin form og bevæge sig. Skaberne af tegnefilm og computerspil har behov for en sådan funktionalitet.
I anden halvdel af det tyvende århundrede, selv i før-computeren, dukkede tredimensionelle overfladebehandlingsteknologier op. Kort efter afslutningen af anden verdenskrig finansierede det amerikanske luftvåben Parsons Inc's arbejde for at skabe maskiner, der kunne fræse komplekse dele i henhold til en given algoritme. Disse værker førte til oprettelsen af en hel klasse af værktøjsmaskiner til computer numerisk kontrol (CNC). Design af arbejdsalgoritmer til CNC-maskiner er en anden opgave inden for 3D-modellering.
I 1986 oprettede den amerikanske ingeniør Charles W. Hall en printer, der trykte tredimensionelle genstande ved hjælp af stereolitografi. Senere dukkede 3D-printere op, der trykte tredimensionelle produkter fra en lang række materialer, herunder printere til udskrivning af menneskelige organer eller for eksempel printere, der udskriver konfekturdekorationer og færdigretter. I dag kan en simpel, men ganske funktionel 3D-printer købes til prisen på en smartphone og udskrives på den volumetriske genstande til hjemmet eller detaljer om modeller og forskellige enheder. Alle 3D-printere til udskrivning modtager en tredimensionel model som input i et specifikt format.
Grundlæggende principper for 3D-modellering
En forudsætning for 3D-modellering er tilstedeværelsen af rumlig fantasi. Det er vigtigt at være i stand til at forestille sig det fremtidige resultat af arbejde, mentalt rotere og undersøge det fra alle sider samt forstå, hvilke elementer modellen består af, hvilke muligheder den giver, og hvilke begrænsninger den pålægger. Af natur udvikles alles rumlige fantasi i varierende grad, men ligesom læsefærdigheder eller øre for musik kan den udvikles. Det er vigtigt ikke at give op og fortælle dig selv, at intet fungerer, men at få erfaring ved først at lave enkle modeller og gradvist gå videre til mere komplekse.
Hvis du i et hvilket som helst CAD-program tegner tre rektangler og arrangerer dem i overensstemmelse med tegningsreglerne, vil displaymodulet i den tredimensionale model af programmet være i stand til at oprette og vise parallelepiped på skærmen svarende til disse tre fremskrivninger. Ved at følge tegningsreglerne kan du også oprette en model af næsten enhver del.
Alle programmer til 3D-modellering er vektor. Dette betyder, at de beskriver objekter ikke som en samling af separate punkter, men som et sæt formler og fungerer kun med hele objekter. Hvis du kun har brug for at ændre eller flytte halvdelen af et objekt, skal du klippe det (hvis der er et værktøj, der giver dig mulighed for at gøre dette) og rette halvdelene som nye objekter. For at arbejde med en vektoreditor er det slet ikke nødvendigt at kende matematiske formler, de er inkluderet i programmet. En vigtig og nyttig konsekvens af denne tilgang er, at ethvert objekt kan flyttes, modificeres og skaleres uden at gå på kompromis med kvaliteten. På den anden side vil programmet ikke forstå dig, hvis du prøver at tegne et rektangel, for eksempel ved at placere mange punkter langs dets grænser, der visuelt berører hinanden. For programmet vil det bare være mange punkter, ikke et rektangel. Hun vil ikke være i stand til at udføre nogen handlinger med dette efter din mening rektangel. For at oprette et rektangel skal du vælge et passende værktøj og bruge det. Derefter giver programmet dig mulighed for at udføre handlinger med det oprettede objekt: ændre det, flytte det til et givet punkt, strække, bøje osv. Desuden vil de fleste software til 3d-modellering ikke være i stand til at arbejde med grafik i rasterformat (bmp, jpg, png,
3D-modellering fra "mursten"
Langt de fleste tekniske detaljer er en kombination af volumetriske primitiver: parallelepipeds, kugler, prismer og så videre. Ethvert værktøj til 3d-modellering har et bibliotek med volumetriske primitiver og er i stand til at reproducere dem under hensyntagen til de parametre, der er angivet af brugeren. For eksempel for at skabe en model af en cylinder er det nok at vælge det passende værktøj i programmet og indstille diameter og højde. Også alle programmer til tredimensionelt design er i stand til at udføre mindst to matematiske operationer med tredimensionelle figurer: addition og subtraktion. Så for eksempel, når du har oprettet to cylindre fra primitiver: en med en diameter på 5 cm og en højde på 1 cm, og den anden med en diameter på 3 cm og en højde åbenbart større end 1 cm, kan du kombinere dem langs midterakse og træk den anden fra den første (større) cylinder … Resultatet er en 1 cm tyk skive med en udvendig diameter på 5 cm og en indvendig diameter på 3 cm. Hvis du f.eks. Har et separat sæt separate objekter: "hoved uden ører og næse", "næse", " venstre øre "og" højre øre ", så kan du forbinde dem og tilføje dem for at skabe et nyt objekt" hoved med ører og næse ". Hvis du har et bibliotek med ører, næser og hoveder i forskellige former, kan du ved at gå igennem dem oprette en model af din vens (eller din egen) hoved. Derefter kan du få et hoved med en mund ved at trække "munden" fra det resulterende hoved. Oprettelse af en 3d-model fra "mursten", objekter, der er tilgængelige i programbiblioteket eller indlæst i programmet udefra, er en enkel og en af de mest populære måder.
Der er naturligvis ingen "byggesten" i alle tilfælde i ethvert program. Imidlertid kan mange objekter oprettes ved at flytte andre objekter i rummet eller ved at ændre dem. For eksempel kan du selv oprette den samme cylinder ved at tage en cirkel som basen og flytte den op og holde hvert trin ved at tilføje positionerne i et objekt. Hvis programmet har et sådant værktøj, gør det alt for sig selv, du skal kun angive: langs hvilken bane og hvor langt du har brug for at flytte basen. Så fra vaskemaskinen oprettet i henhold til teknologien beskrevet ovenfor kan du oprette et nyt objekt - et rør. Inkluderet - et rør med mange bøjninger af en hvilken som helst krumning. Et vigtigt punkt: for dette skal cirklen oprindeligt være tredimensionel. Lad - med ubetydelig tykkelse, men ikke lig med nul. For at gøre dette skal programmet have et værktøj til at konvertere en flad figur med tykkelse nul til en tredimensionel med ubetydelig, men specifik tykkelse.
3d modellering fra polygoner
Mange 3D-modelleringsprogrammer arbejder med specielle typer objekter kaldet "masker". Et maske er et polygonalt maske eller en samling af hjørner, kanter og ansigter på et 3D-objekt. For at forstå et objekt sammensat af masker kan du for eksempel se på en robot oprettet af Lego-dele. Hvert stykke er et separat maske. Hvis gennemsnitsstørrelsen på en Lego-del er 1 cm, og du samler en robot, der er 50 cm høj, er det muligt at genkende det billede (for eksempel af en person), som du har lagt i det. Imidlertid vil realismen af en sådan skulptur være meget middelmådig. En anden samtale, hvis du opretter en robot, der er 50 kilometer høj fra dele med en gennemsnitlig størrelse på 1 cm. Hvis du går en anstændig afstand for at se hele den gigantiske skulptur, vil du ikke bemærke overfladens vinkel, og robotten kan ligne en levende person med glat hud.
Netværket kan være så lille, som du vil, hvilket betyder, at du kan opnå enhver visuel glathed på modeloverfladen. Grundlæggende er at konstruere et objekt fra masker det samme som pixelkunst i et 2D-billede. Vi husker dog, at sæt af punkter i form af et rektangel ikke er et "rektangel" objekt. Dette betyder, at for at billedet, der oprettes fra maskerne, bliver et tredimensionelt objekt, skal dets konturer udfyldes med volumen. Der er værktøjer til dette, men de glemmes ofte af nybegyndere i 3D-modellering. Ligesom det faktum, at for at en overflade (f.eks. En kugle) kan blive til en volumetrisk figur, skal den være helt lukket. Det er værd at fjerne et punkt (et maske) fra den færdige lukkede overflade, og programmet kan ikke gøre det til et 3D-objekt.
3D-modelens bevægelse og udseende
Forestil dig at oprette en bilgenstand fra masker eller på nogen anden måde. Hvis du i programmet til tredimensionel modellering indstiller bane og bevægelseshastighed for ethvert punkt inde i objektet ved hjælp af formlen, idet du indstiller den betingelse, at alle andre punkter bevæger sig synkront, så kører bilen. Hvis bilens hjul samtidig vælges som separate objekter, og separate baner for bevægelse og rotation tildeles deres centre, så drejer bilens hjul undervejs. Ved at vælge den korrekte korrespondance mellem bevægelsen af karosseriet og dens hjul kan du opnå realismen i den endelige tegneserie. På samme måde kan du få et "menneskeligt" objekt til at bevæge sig, men dette kræver en forståelse af den menneskelige anatomi og dynamikken i at gå eller løbe. Og så - alt er simpelt: et skelet oprettes inde i objektet, og hver af dets dele tildeles sine egne bevægelseslove.
Et objekt oprettet i et tredimensionelt modelleringsprogram kan i sine former fuldstændigt gentage en reel prøve fra skabernes liv eller fantasi, den kan realistisk bevæge sig, men stadig mangler den en mere egenskab til fuldt ud at matche den. Denne egenskab er tekstur. Overfladens farve og ruhed bestemmer vores opfattelse, så de fleste 3d-redaktører har også værktøjer til at skabe teksturer, herunder biblioteker med færdige overflader: fra træ og metal til den dynamiske struktur i et rasende hav i måneskin. Imidlertid kræver ikke alle 3D-modelleringsopgaver sådan funktionalitet. Hvis du opretter en model til udskrivning på en 3D-printer, bestemmes overfladen på overfladen af det materiale, der skal udskrives. Hvis du designer et skab i CAD til møbelproducenter, vil det selvfølgelig være interessant for dig at "klæde" produktet i strukturen af de valgte træsorter, men det vil være meget vigtigere at lave styrkeberegninger i det samme program.
Filformater i 3D-modellering
Software til oprettelse, redigering og fremstilling af 3d-objekter præsenteres på markedet af snesevis af applikationer og pakker. Mange udviklere af sådan software bruger deres egne filformater til at gemme simuleringsresultater. Dette giver dem mulighed for bedre at udnytte deres produkter og beskytter deres design mod misbrug. Der er over hundrede 3D-filformater. Nogle af dem er lukkede, dvs. skaberne tillader ikke andre programmer at bruge deres filformater. Denne situation komplicerer i høj grad interaktionen mellem mennesker, der beskæftiger sig med 3D-modellering. Et layout eller en model oprettet i et program er ofte meget vanskeligt eller umuligt at importere og konvertere til et andet program.
Der er dog åbne 3D-grafikfilformater, der forstås af næsten alle programmer til at arbejde med 3d:
. COLLADA er et universelt XML-baseret format designet specielt til udveksling af filer mellem programmer fra forskellige udviklere. Dette format understøttes (i nogle tilfælde kræves en speciel plug-in) af populære produkter som Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Dette format kan også forstå de nyeste versioner af Adobe Photoshop.
. OBJ - Udviklet af Wavefront Technologies. Dette format er open source og vedtaget af mange udviklere af 3D-grafikredaktører. De fleste 3D-modelleringssoftware har mulighed for at importere og eksportere.obj-filer.
. STL er et format designet til lagring af filer beregnet til udskrivning ved hjælp af stereolitografi. Mange 3d-printere i dag kan udskrive direkte fra.stl. Det understøttes også af mange skiver - programmer til klargøring af udskrivning på en 3D-printer.
Online 3d editor tinkercad.com
Webstedet tinkercad.com, der ejes af Autodesk, er den bedste løsning for dem, der begynder at lave 3D-modellering fra bunden. Helt gratis. Nemt at lære, siden har flere lektioner, der giver dig mulighed for at forstå hovedfunktionaliteten inden for en time og komme i gang. Webstedsgrænsefladen er oversat til russisk, men lektionerne er kun tilgængelige på engelsk. Grundlæggende viden om engelsk er dog nok til at forstå lektionerne. Derudover er det ikke svært at finde russisprogede guider og oversættelser af tinkercad-lektioner på Internettet.
Et stort antal volumetriske primitiver er tilgængelige på webområdet, inklusive dem, der er oprettet af andre brugere. Der er værktøjer til skalering, snapping til et koordinatgitter og til nøglepunkter for objekter. Ethvert objekt kan konverteres til et hul. Valgte objekter kan kombineres. Sådan implementeres tilføjelse og subtraktion af objekter. Historien om transformationer er tilgængelig, herunder for nyligt gemte objekter, hvilket er meget praktisk, når du har brug for at gå mange trin tilbage.
For dem, for hvem de ovenfor beskrevne elementære funktioner ikke er tilstrækkelige, er der en funktionalitet til at skrive scripts og dermed skabe komplekse scripts til transformation af objekter.
Intet værktøj til at skære genstande. Der er ingen polygoner i deres rene form (den polygonale model er til en vis grad implementeret i krumlinjære objektprimitiver). Ingen teksturer. Imidlertid giver tinkercad dig mulighed for at skabe ret komplekse og kunstneriske objekter.
Understøtter import og eksport af filer i STL, OBJ, SVG formater.
SketchUp
Semi-professionel 3d grafikredaktør fra Trimble Inc, erhvervet for flere år siden af Google Corporation. Pro-versionen koster $ 695. Der er en gratis online-version med begrænset funktionalitet.
For et par år siden var der en gratis desktopversion af editoren, men i dag er kun onlineversionen tilgængelig uden penge. Webversionen har enkle tegneværktøjer, der skaber kurver og Extrude-værktøjet, som giver dig mulighed for at skabe et solidt fra et fladt billede. Også i webversionen er der lag og teksturer. Et bibliotek med brugeroprettede objekter og strukturer er tilgængeligt.
Import er mulig for filer i sit eget format (SketchUp-projekt). Du kan også indsætte en.stl-fil i scenen som et objekt.
Links til Google gør det muligt for SketchUp at integrere med internetgigantens tjenester. Dette er ikke kun adgang til skyopbevaring, hvor du kan finde mange færdige scener og objekter til brug i dit arbejde, men også muligheden for at importere satellit- og luftbilleder fra Google Earth for at skabe realistiske scener.
Generelt er kapaciteterne i den gratis version af SketchUp mærkbart højere end den tilgængelige funktionalitet i tinkercad, men SketchUp-webstedet sænkes ofte, når man prøver at udføre nogle seriøse operationer, som om man antyder, at det er bedre at skifte til den betalte version af produktet. Den gratis version af SketchUp kommer med et tilbud om at betale penge for at udvide sine muligheder næsten hvert trin på vejen.
I betragtning af at SketchUp Pro har god funktionalitet og er meget udbredt, for eksempel i design af møbler eller udvikling af interiørdesign, kan vi anbefale at mestre den gratis webversion af produktet til dem, der ønsker at tage et skridt mod seriøs modellering, men er endnu ikke sikre på deres styrker og hensigtsmæssige overgang til betalte versioner.
Blender
Blender er et legendarisk projekt, der sammen med Linux eller PostgreSQL viser, at et samfund af programmører, der er forenet med ideen om gratis softwaredistribution, kan gøre næsten alt.
Blender er en professionel 3d grafik editor med næsten ubegrænsede muligheder. Han fik den største popularitet blandt skaberne af animation og realistiske 3d-scener. Som et eksempel på dette produkts egenskaber kan vi nævne det faktum, at al animationen til filmen "Spider-Man 2" blev oprettet i den. Og - ikke kun for denne film.
Fuldstændig beherskelse af Blender-editorens kapaciteter kræver en betydelig investering af tid og forståelse af alle aspekter af 3D-grafik, herunder belysning, scenografi og bevægelse. Det har alle de kendte og populære værktøjer til volumetrisk modellering, og for umulige eller endnu ikke opfundne værktøjer er der Python-programmeringssprog, hvor selve editoren er skrevet, og hvor du kan udvide dens kapaciteter så meget som du tør.
Blenders brugerfællesskab tæller mere end en halv million mennesker, og det vil derfor ikke være svært at finde folk, der vil hjælpe med at mestre det.
Til enkle projekter er Blender alt for funktionel og kompleks, men for dem, der skal gøre 3d-modellering seriøst, er det et godt valg.
