Uttrycket "3D" är en förkortning för den engelska "3 dimensionen", det vill säga "3 dimensioner". Symbolerna "3D" (i den ryska litteraturen används ofta förkortningen "3d") indikerar att ett objekt eller en teknik skiljer sig från andra genom att det har mer än två dimensioner.
Vad är 3D-modeller för?
Alla objekt i den verkliga världen har tre dimensioner. Samtidigt, i de allra flesta fall, för att representera tredimensionella objekt använder vi tvådimensionella ytor: ett pappersark, duk, datorskärm. Skulptören skapar tredimensionella figurer, men innan han börjar hugga en skulptur av granit skapar han skisser där det framtida arbetet avbildas i flera vyer - från alla håll. På samma sätt arbetar en arkitekt eller designer genom att visa plana vyer över designade produkter eller byggnader på Whatman-papper eller på en datorskärm.
Ämnet "ritning" inom ramen för obligatorisk utbildning syftar till att undervisa i tredimensionell modellering - den exakta beskrivningen av objekt som har volym, på en plan, tvådimensionell yta på ett pappersark. Dessutom undervisas barn i tredimensionell modellering i modellering av modeller för modellering i dagis och grundskola. Så mycket uppmärksamhet vid 3D-modellering i utbildningsprocessen är inte av misstag. I varje aktivitet för att skapa riktiga objekt måste du ha en god uppfattning om hur detta objekt kommer att se ut från alla håll. En skräddare och en klädesigner måste veta hur en kostym eller klänning kommer att passa på en person med en viss figur. Frisören skapar en frisyr och frisyr som har volym och ser annorlunda ut från olika vinklar. Juveleraren modellerar sina smycken. Tandläkaren måste inte bara skapa en vacker konstgjord tand utan också ta hänsyn till dess placering i förhållande till resten av patientens tänder. Snickaren måste kunna passa lederna i de tredimensionella delarna mycket exakt. Han vill också se visuellt hur möblerna han designar är praktiska att använda och hur de passar in i interiören.
Under lång tid har representanter för olika yrken använt ritningar, bestående av många typer, för tredimensionell modellering. Med spridningen av persondatorer blev det möjligt att anförtro en del av uppgiften att skapa tredimensionella modeller till programvaran. Designautomationssystem (CAD) var de första som inkluderade funktionerna i dynamisk visning av skapade tredimensionella objekt på skärmplanet. Ordet "dynamisk" betyder i detta fall förmågan att rotera bilden av ett tredimensionellt objekt på skärmen och se den från alla sidor. Men dynamiken i en 3D-modell kan också betyda förmågan hos modellen att ändra sin form och röra sig. Skaparna av tecknade serier och dataspel har ett behov av sådan funktionalitet.
Under andra hälften av 1900-talet, även i tiden före datoren, uppstod tredimensionell ytbehandlingsteknik. Strax efter slutet av andra världskriget finansierade amerikanska flygvapnet arbetet med Parsons Inc för att skapa maskiner som kunde fräsa komplexa delar enligt en given algoritm. Dessa arbeten ledde till skapandet av en hel klass av verktygsmaskiner för numerisk styrning (CNC). Att designa arbetsalgoritmer för CNC-maskiner är en annan uppgift inom området 3D-modellering.
1986 skapade den amerikanska ingenjören Charles W. Hall en skrivare som tryckte tredimensionella föremål med stereolitografi. Senare uppstod 3D-skrivare som tryckte tredimensionella produkter från ett brett utbud av material, inklusive skrivare för utskrift av mänskliga organ, eller till exempel skrivare som skriver ut konfektyrdekorationer och färdigmat. Idag kan en enkel men ganska funktionell 3D-skrivare köpas för en smarttelefons pris och tryckas på den volymetriska objekt för hemmet, eller detaljer om modeller och olika enheter. Alla 3D-skrivare för utskrift får en tredimensionell modell som inmatning i ett specifikt format.
Grundläggande principer för 3D-modellering
En förutsättning för 3D-modellering är närvaron av rumslig fantasi. Det är viktigt att kunna föreställa sig framtida resultat av arbetet, mentalt rotera och undersöka det från alla håll, samt förstå vilka element modellen består av, vilka möjligheter den ger och vilka begränsningar den medför. Av naturen utvecklas allas rumsliga fantasi i varierande grad, men precis som läskunnighet eller ett öra för musik kan den utvecklas. Det är viktigt att inte ge upp, säga till dig själv att ingenting fungerar, utan att få erfarenhet genom att skapa enkla modeller först, gradvis gå vidare till mer komplexa modeller.
Om du i något CAD-program ritar tre rektanglar och ordnar dem i enlighet med ritningsreglerna, kommer displaymodulen för den tredimensionella modellen för programmet att kunna skapa och visa parallellpiped på motsvarande dessa tre projektioner på skärmen. På samma sätt kan du skapa en modell av nästan vilken del som helst genom att följa ritningsreglerna.
Alla program för 3D-modellering är vektor. Detta betyder att de beskriver objekt inte som en samling separata punkter utan som en uppsättning formler och fungerar bara med hela objekt. Om du bara behöver ändra eller flytta hälften av ett objekt, måste du klippa det (om det finns ett verktyg som låter dig göra detta) och fixa halvorna som nya objekt. För att arbeta med en vektorredigerare är det inte nödvändigt att känna till matematiska formler, de ingår i programmet. En viktig och användbar konsekvens av detta tillvägagångssätt är att alla objekt kan flyttas, modifieras och skalas utan att kompromissa med kvaliteten. Å andra sidan kommer programmet inte att förstå dig om du försöker rita en rektangel, till exempel genom att placera många punkter längs dess gränser som visuellt berör varandra. För programmet blir det bara många punkter, inte en rektangel. Hon kommer inte att kunna utföra några åtgärder med denna, enligt din åsikt, rektangel. För att skapa en rektangel måste du välja ett lämpligt verktyg och använda det. Då låter programmet dig utföra alla åtgärder med det skapade objektet: ändra det, flytta det till en viss punkt, sträcka, böja och så vidare. Dessutom kommer de flesta programvaror för 3D-modellering inte att kunna arbeta med grafik i rasterformat (bmp, jpg, png, gif, etc.) som erhållits till exempel från Photoshop.
3D-modellering från "tegelstenar"
De allra flesta tekniska detaljerna är en kombination av volymetriska primitiva: parallellpipeds, bollar, prismor och så vidare. Varje verktyg för 3D-modellering har ett bibliotek med volymetriska primitiv och kan reproducera dem med hänsyn till de parametrar som anges av användaren. För att till exempel skapa en modell av en cylinder är det tillräckligt att välja lämpligt verktyg i programmet och ställa in diameter och höjd. Dessutom kan alla program för tredimensionell design utföra minst två matematiska operationer med tredimensionella figurer: addition och subtraktion. Så, till exempel, efter att ha skapat två cylindrar från primitiver: en med en diameter på 5 cm och en höjd av 1 cm, och den andra med en diameter av 3 cm och en höjd uppenbarligen större än 1 cm, kan du kombinera dem längs centrala axeln och subtrahera den andra från den första (större) cylindern … Resultatet är en 1 cm tjock bricka med en ytterdiameter på 5 cm och en innerdiameter på 3 cm. Om du till exempel har en separat uppsättning separata föremål: "huvud utan öron och näsa", "näsa", " vänster öra "och" höger öra ", sedan kan du ansluta dem och lägga till dem för att skapa ett nytt objekt" huvud med öron och näsa ". Om du har ett bibliotek med öron, näsor och huvuden i olika former, kan du genom att gå igenom dem skapa en modell av din väns (eller din egen) huvud. Genom att subtrahera "mun" -föremålet från det resulterande huvudet kan du sedan få ett huvud med en mun. Att skapa en 3d-modell från "tegelstenar", objekt som finns tillgängliga i programbiblioteket eller laddas in i programmet från utsidan, är ett enkelt och ett av de mest populära sätten.
Naturligtvis finns det inga "byggstenar" för alla fall i något program. Men många objekt kan skapas genom att flytta andra objekt i rymden eller genom att ändra dem. Du kan till exempel skapa samma cylinder själv genom att ta en cirkel som basen och flytta den uppåt, hålla varje steg genom att lägga till positionerna i ett objekt. Om programmet har ett sådant verktyg kommer det att göra allt själv, du behöver bara ange: längs vilken bana och hur långt du behöver för att flytta basen. Så från brickan skapad enligt tekniken som beskrivs ovan kan du skapa ett nytt objekt - ett rör. Inklusive - ett rör med många böjningar av en viss krökning. En viktig punkt: för detta måste cirkeln initialt vara tredimensionell. Låt - med försumbar tjocklek, men inte lika med noll. För att göra detta måste programmet ha ett verktyg för att konvertera en platt figur med noll tjocklek till en tredimensionell med försumbar men specifik tjocklek.
3D-modellering från polygoner
Många 3D-modelleringsprogram fungerar med speciella typer av objekt som kallas "maskor". Ett nät är ett månghörnigt nät eller en samling hörn, kanter och ansikten på ett 3D-objekt. För att förstå ett objekt som består av maskor kan du till exempel titta på en robot skapad av Lego-delar. Varje del är ett separat nät. Om den genomsnittliga storleken på en Lego-del är 1 cm och du monterar en 50 cm hög robot kommer det att vara möjligt att känna igen bilden (av en person, till exempel) som du har lagt i den. Emellertid kommer en sådan skulpturs realism att vara mycket medioker. Ytterligare en konversation om du skapar en robot 50 kilometer hög från delar med en genomsnittlig storlek på 1 cm. Om du går ett anständigt avstånd för att se hela den gigantiska skulpturen kommer du inte att märka ytans vinkel och roboten kan se ut som en levande person med slät hud.
Nätet kan vara så litet som du vill, vilket innebär att du kan uppnå vilken visuell jämnhet som helst på modellytan. I grund och botten är att konstruera ett objekt från nät samma som pixelkonst i en 2D-bild. Vi kommer dock ihåg att uppsättningen punkter i form av en rektangel inte är ett "rektangel" -objekt. Detta innebär att för att bilden som skapas från maskorna ska bli ett tredimensionellt objekt måste dess konturer fyllas med volym. Det finns verktyg för detta, men de glömmas ofta av nykomlingar till 3D-modellering. Precis som att en yta (till exempel en sfär) kan förvandlas till en volymfigur måste den vara helt stängd. Det är värt att ta bort en punkt (ett nät) från den slutna slutna ytan, och programmet kommer inte att kunna göra det till ett 3D-objekt.
3D-modellens rörelse och utseende
Föreställ dig att skapa ett bilföremål från nät eller på något annat sätt. Om du i programmet för tredimensionell modellering ställer in banan och rörelseshastigheten för någon punkt inuti objektet med formeln och anger villkoret att alla andra punkter rör sig synkront, så kör bilen. Om samtidigt hjulens hjul väljs som separata föremål och separata banor för rörelse och rotation tilldelas deras centrum, så kommer bilens hjul att snurra längs vägen. Genom att välja den korrekta överensstämmelsen mellan bilens kaross och dess hjul kan du uppnå realismen i den slutgiltiga serieteckningen. På samma sätt kan du flytta ett "mänskligt" objekt, men detta kräver en förståelse för den mänskliga anatomin och dynamiken i att gå eller springa. Och sedan - allt är enkelt: ett skelett skapas inuti föremålet, och var och en av dess delar tilldelas sina egna rörelselagar.
Ett objekt som skapats i ett tredimensionellt modelleringsprogram kan i dess former fullständigt upprepa ett verkligt urval från skaparens liv eller fantasi, det kan realistiskt röra sig, men ändå kommer det att sakna ytterligare en egenskap för att helt matcha det. Denna egenskap är struktur. Ytans färg och ojämnhet avgör vår uppfattning, så de flesta 3d-redaktörer har också verktyg för att skapa texturer, inklusive bibliotek av färdiga ytor: från trä och metall till den dynamiska strukturen i ett rasande hav i månskenet. Men inte alla 3D-modelleringsuppgifter kräver sådan funktionalitet. Om du skapar en modell för utskrift på en 3D-skrivare bestäms ytans struktur på det material som ska skrivas ut. Om du utformar ett skåp i CAD för möbelproducenter, kommer det naturligtvis att vara intressant för dig att "klä" produkten i strukturen hos de valda träslag, men det kommer att vara mycket viktigare att göra hållfasthetsberäkningar i samma program.
Filformat i 3D-modellering
Programvara för att skapa, redigera och tillverka 3d-objekt presenteras på marknaden av dussintals applikationer och paket. Många utvecklare av sådan programvara använder sina egna filformat för att spara simuleringsresultat. Detta gör att de bättre kan dra nytta av sina produkter och skyddar deras mönster från missbruk. Det finns över hundra 3D-filformat. Vissa av dem är stängda, det vill säga skaparna tillåter inte andra program att använda sina filformat. Denna situation komplicerar kraftigt interaktionen mellan människor som arbetar med 3D-modellering. En layout eller modell som skapats i ett program är ofta mycket svårt eller omöjligt att importera och konvertera till ett annat program.
Det finns dock öppna 3D-grafikfilformat som förstås av nästan alla program för att arbeta med 3d:
. COLLADA är ett universellt XML-baserat format utformat speciellt för utbyte av filer mellan program från olika utvecklare. Detta format stöds (i vissa fall krävs en speciell plugin) av populära produkter som Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Det här formatet kan också förstå de senaste versionerna av Adobe Photoshop.
. OBJ - Utvecklat av Wavefront Technologies. Detta format är öppen källkod och antas av många utvecklare av 3D-grafikredigerare. De flesta 3D-modelleringsprogram har möjlighet att importera och exportera.obj-filer.
. STL är ett format som är utformat för att lagra filer som är avsedda för utskrift med stereolitografi. Många 3d-skrivare idag kan skriva ut direkt från.stl. Det stöds också av många skivor - program för att förbereda utskrift på en 3D-skrivare.
Online-redigerare online tinkercad.com
Webbplatsen tinkercad.com, som ägs av Autodesk, är den bästa lösningen för dem som börjar göra 3D-modellering från grunden. Helt gratis. Lätt att lära sig, webbplatsen har flera lektioner som låter dig förstå huvudfunktionaliteten inom en timme och komma igång. Webbplatsgränssnittet har översatts till ryska, men lektionerna finns endast på engelska. Grundläggande kunskaper i engelska räcker dock för att förstå lektionerna. Dessutom är det inte svårt att hitta rysskspråkiga guider och översättningar av tinkercad-lektioner på Internet.
Ett stort antal volymetriska primitiver är tillgängliga på webbplatsens arbetsyta, inklusive de som skapats av andra användare. Det finns verktyg för skalning, knäppning till ett koordinatgaller och till viktiga punkter för objekt. Alla objekt kan omvandlas till ett hål. Valda objekt kan kombineras. Således implementeras tillägg och subtraktion av objekt. Transformationshistoriken är tillgänglig, inklusive för nyligen sparade objekt, vilket är väldigt bekvämt när du behöver gå tillbaka många steg.
För dem för vilka de ovan beskrivna elementära funktionerna inte räcker finns det en funktion för att skriva manus och därmed skapa komplexa manus för att transformera objekt.
Inga verktyg för att skära föremål. Det finns inga polygoner i sin rena form (den polygonala modellen implementeras i viss utsträckning i krökta objektprimitiva). Inga texturer. Tinkercad låter dig dock skapa ganska komplexa och konstnärliga föremål.
Stöder import och export av filer i STL, OBJ, SVG-format.
SketchUp
Semi-professionell 3D-grafikredaktör från Trimble Inc, förvärvad för flera år sedan av Google Corporation. Pro-versionen kostar $ 695. Det finns en gratis onlineversion med begränsad funktionalitet.
För ett par år sedan fanns det en gratis skrivbordsversion av redigeraren, men idag är endast onlineversionen tillgänglig utan pengar. Webversionen har enkla ritverktyg, skapar kurvor och Extrude-verktyget, vilket gör att du kan skapa en solid från en platt bild. Även i webbversionen finns lager och texturer. Ett bibliotek med användarskapade objekt och texturer är tillgängligt.
Import är möjlig för filer i sitt eget format (SketchUp-projekt). Du kan också infoga en.stl-fil i scenen som ett objekt.
Länkar till Google gör att SketchUp kan integreras med internetjättens tjänster. Det här är inte bara tillgång till molnlagring, där du kan hitta många färdiga scener och objekt som du kan använda i ditt arbete, utan också möjligheten att importera satellit- och flygbilder från Google Earth för att skapa realistiska scener.
I allmänhet är möjligheterna för den fria versionen av SketchUp märkbart högre än den funktionalitet som finns i tinkercad, men SketchUp-webbplatsen saktar ofta ner när man försöker utföra några allvarliga operationer, som om man antyder att det är bättre att byta till den betalda versionen av produkten. Den fria versionen av SketchUp kommer med ett erbjudande att betala pengar för att utöka sina funktioner nästan varje steg på vägen.
Med tanke på att SketchUp Pro har bra funktionalitet och används i stor utsträckning, till exempel i möbeldesign eller utveckling av inredningsdesign, kan vi rekommendera att behärska den kostnadsfria webbversionen av produkten för dem som vill ta ett steg mot seriös modellering, men är ännu inte säker på deras styrkor och ändamålsenlighet. övergång till betalda versioner.
Blandare
Blender är ett legendariskt projekt som tillsammans med Linux eller PostgreSQL visar att en grupp programmerare som förenas av idén om fri mjukvarudistribution kan göra nästan vad som helst.
Blender är en professionell 3D-grafikredigerare med nästan obegränsade möjligheter. Han fick den största populariteten bland skaparna av animering och realistiska 3d-scener. Som ett exempel på funktionerna i denna produkt kan vi nämna det faktum att all animering för filmen "Spider-Man 2" skapades i den. Och - inte bara för den här filmen.
För att fullt ut kunna hantera funktioner för Blender-redigeraren krävs en betydande investering av tid och förståelse för alla aspekter av 3D-grafik, inklusive belysning, sceninställning och rörelse. Den har alla välkända och populära verktyg för volymetrisk modellering, och för omöjliga eller ännu inte uppfunnna verktyg finns Python-programmeringsspråket, där själva redaktören är skriven och där du kan utöka dess kapacitet så mycket du vågar.
Blenders användare av användare täcker mer än en halv miljon människor och därför blir det inte svårt att hitta människor som hjälper till att behärska den.
För enkla projekt är Blender alltför funktionell och komplex, men för dem som ska göra 3d-modellering på allvar är det ett utmärkt val.
