Lauseke "3D" on lyhenne englanninkielisestä "3-ulotteisesta" eli "3-ulotteisesta". Symbolit "3D" (venäläisessä kirjallisuudessa käytetään myös lyhennettä "3d") osoittavat, että esine tai tekniikka eroaa muista, koska sillä on enemmän kuin kaksi ulottuvuutta.
Mille 3D-mallit ovat tarkoitettu?
Kaikilla todellisen maailman esineillä on kolme ulottuvuutta. Samaan aikaan valtaosassa tapauksia kolmiulotteisten esineiden esittämiseen käytämme kaksiulotteisia pintoja: paperiarkki, kangas, tietokoneen näyttö. Kuvanveistäjä luo kolmiulotteisia hahmoja, mutta ennen kuin hän alkaa veistää veistosta graniitista, hän luo luonnoksia, joissa tulevaa teosta kuvataan useissa näkymissä - kaikilta puolilta. Samoin arkkitehti tai suunnittelija työskentelee näyttämällä suunnitellut tuotteet tai rakennukset tasaisina näkyminä Whatman-paperilla tai tietokoneen näytöllä.
Pakollisen koulutuksen "piirtämisen" aiheena on opettaa kolmiulotteista mallintamista - tarkka kuvaus kohteista, joiden tilavuus on tasainen, kaksiulotteinen paperiarkin pinnalla. Lisäksi lapsille opetetaan kolmiulotteista mallinnusta muovailumallinnustunneilla päiväkodissa ja ala-asteella. Niin paljon huomiota 3D-mallintamiseen koulutusprosessissa ei ole vahingossa. Jokaisessa toiminnassa, jolla luodaan todellisia esineitä, sinulla on oltava hyvä käsitys siitä, miltä tämä esine näyttää kaikilta puolilta. Ompelijan ja vaatesuunnittelijan on tiedettävä, kuinka puku tai mekko sopii ihmiselle, jolla on tietty hahmo. Kampaaja luo kampauksen ja kampauksen, jonka tilavuus ja ulkonäkö eroavat eri kulmista. Jalokivikauppias mallintaa korunsa. Hammaslääkärin on paitsi luotava kaunis tekohammas, myös otettava huomioon sen sijainti suhteessa potilaan muihin hampaisiin. Puusepän on pystyttävä sovittamaan kolmiulotteisten osien liitokset erittäin tarkasti. Hän haluaa myös visuaalisesti nähdä, kuinka hänen suunnittelemansa huonekalut ovat käteviä käyttää ja miten ne sopivat sisustukseen.
Jo pitkään eri ammattien edustajat ovat käyttäneet kolmiulotteiseen mallintamiseen monenlaisia piirustuksia. Henkilökohtaisten tietokoneiden leviämisen myötä osa kolmiulotteisten mallien luomisesta oli mahdollista antaa ohjelmistoille. Suunnitteluautomaatiojärjestelmät (CAD) sisälsivät ensimmäisinä luotujen kolmiulotteisten kohteiden dynaamisen näytön toiminnot näytön tasolle. Sana "dynaaminen" tarkoittaa tässä tapauksessa kykyä kiertää kolmiulotteisen objektin kuvaa näytöllä ja nähdä se kaikilta puolilta. 3D-mallin dynamiikka voi kuitenkin tarkoittaa myös mallin kykyä muuttaa muotoa ja liikkua. Sarjakuvien ja tietokonepelien tekijöillä on tarve tällaiselle toiminnalle.
1900-luvun jälkipuoliskolla, jo ennen tietokonetta, ilmestyi kolmiulotteisia pintakäsittelytekniikoita. Pian toisen maailmansodan päättymisen jälkeen Yhdysvaltain ilmavoimat rahoittivat Parsons Inc: n työn sellaisten koneiden luomiseksi, jotka pystyvät jyrsimään monimutkaisia osia annetun algoritmin mukaisesti. Nämä työt johtivat kokonaisen luokan CNC-työstökoneiden luomiseen. CNC-koneiden työalgoritmien suunnittelu on toinen tehtävä 3D-mallinnuksen alalta.
Vuonna 1986 amerikkalainen insinööri Charles W. Hall loi tulostimen, joka tulosti kolmiulotteisia esineitä stereolitografiaa käyttäen. Myöhemmin ilmestyi 3D-tulostimet, jotka tulostivat kolmiulotteisia tuotteita monenlaisista materiaaleista, mukaan lukien tulostimet ihmisen elinten tulostamiseen tai esimerkiksi tulostimet, jotka painavat makeisten koristeita ja valmiita aterioita. Nykyään yksinkertainen, mutta melko toimiva 3D-tulostin voidaan ostaa älypuhelimen hinnalla ja tulostaa siihen kodin tilavuudet tai yksityiskohdat malleista ja erilaisista laitteista. Kaikki tulostukseen tarkoitetut 3D-tulostimet vastaanottavat kolmiulotteisen mallin syötteenä tietyssä muodossa.
3D-mallinnuksen perusperiaatteet
3D-mallinnuksen ennakkoedellytys on spatiaalisen mielikuvituksen läsnäolo. On tärkeää pystyä kuvittelemaan työn tulevaa tulosta, kääntämään henkisesti ja tarkastelemaan sitä kaikilta puolilta sekä ymmärtämään, mistä elementeistä malli koostuu, mitä mahdollisuuksia se tarjoaa ja mitä rajoituksia se asettaa. Luonteeltaan jokaisen spatiaalinen mielikuvitus on kehittynyt vaihtelevassa määrin, mutta kuten lukutaito tai musiikin korva, sitä voidaan myös kehittää. On tärkeää, ettet anna periksi, sanomalla itsellesi, että mikään ei toimi, vaan hanki kokemusta tekemällä ensin yksinkertaisia malleja siirtymällä vähitellen monimutkaisempiin.
Jos jossakin CAD-ohjelmassa piirrät kolme suorakulmiota ja järjestät ne piirustussääntöjen mukaisesti, niin ohjelman kolmiulotteisen mallin näyttömoduuli pystyy luomaan ja näyttämään näytöllä näitä kolmea projektiota vastaavan suuntaissärmän. Samoin seuraamalla piirtosääntöjä voit luoda mallin melkein mistä tahansa osasta.
Kaikki 3D-mallinnusohjelmat ovat vektoria. Tämä tarkoittaa, että ne kuvaavat esineitä ei erillisten pisteiden kokoelmana, vaan kaavojen joukona ja toimivat vain kokonaisia esineitä. Jos haluat muuttaa tai siirtää vain puolet kohteesta, sinun on leikattava se (jos on työkalu, jonka avulla voit tehdä tämän) ja korjata puolikkaat uusina esineinä. Vektorieditorin kanssa työskentelemiseksi ei ole ollenkaan välttämätöntä tuntea matemaattisia kaavoja, ne sisältyvät ohjelmaan. Tärkeä ja hyödyllinen seuraus tästä lähestymistavasta on, että mitä tahansa esinettä voidaan siirtää, muokata ja skaalata laadusta tinkimättä. Toisaalta ohjelma ei ymmärrä sinua, jos yrität piirtää suorakulmion esimerkiksi sijoittamalla sen reunoille useita pisteitä, jotka koskettavat toisiaan visuaalisesti. Ohjelmassa se on vain paljon pisteitä, ei suorakulmio. Hän ei voi tehdä mitään toimintoja tällä mielestäsi suorakulmion kanssa. Suorakulmion luomiseksi sinun on valittava sopiva työkalu ja käytettävä sitä. Sitten ohjelman avulla voit suorittaa kaikki toiminnot luotulla objektilla: muuttaa sitä, siirtää se tiettyyn pisteeseen, venyttää, taivuttaa ja niin edelleen. Suurin osa 3D-mallinnusta varten tarvittavista ohjelmistoista ei myöskään voi toimia esimerkiksi Photoshopista hankittujen rasterimuodossa olevien kuvien kanssa (bmp, jpg, png,
3d-mallinnus "tiilistä"
Suurin osa teknisistä yksityiskohdista on yhdistelmä tilavuusprimitiivejä: suuntaissärmiöt, pallot, prismat ja niin edelleen. Kaikilla 3D-mallinnuksen työkaluilla on kirjasto volumetrisistä primitiiveistä, ja ne pystyvät toistamaan ne käyttäjän määrittelemät parametrit huomioon ottaen. Esimerkiksi sylinterimallin luomiseksi riittää, että valitset sopivan työkalun ohjelmassa ja asetat halkaisijan ja korkeuden. Lisäksi kaikki kolmiulotteisen suunnittelun ohjelmat pystyvät suorittamaan vähintään kaksi matemaattista operaatiota kolmiulotteisilla luvuilla: summaus ja vähennys. Joten, esimerkiksi kun olet luonut kaksi sylinteriä primitiivistä: yhden, jonka halkaisija on 5 cm ja korkeus 1 cm, ja toisen, jonka halkaisija on 3 cm ja korkeus selvästi yli 1 cm, voit yhdistää ne keskiakseli ja vähennä toinen ensimmäisestä (suuremmasta) sylinteristä … Tuloksena on 1 cm paksu aluslaatta, jonka ulkohalkaisija on 5 cm ja sisähalkaisija 3 cm. Jos sinulla on esimerkiksi erillinen joukko erillisiä esineitä: "pää ilman korvia ja nenää", "nenä", " vasen korva "ja" oikea korva ", voit liittää ne ja lisätä ne luomaan uuden objektin" pää korvilla ja nenällä ". Jos sinulla on kirjasto, jossa on erimuotoisia korvat, nenät ja päät, voit niiden läpi luomalla mallin ystäväsi (tai oman) päästä. Sitten vähentämällä "suu" esine tuloksena olevasta päästä, saat pään suulla.3d-mallin luominen "tiilistä", ohjelmakirjastossa olevista tai ulkopuolelta ladatuista objekteista on yksinkertainen ja yksi suosituimmista tavoista.
Tietysti missään ohjelmassa ei ole "rakennuspalikoita" kaikkiin tapauksiin. Monet objektit voidaan kuitenkin luoda siirtämällä muita esineitä avaruudessa tai muokkaamalla niitä. Voit esimerkiksi luoda saman sylinterin itse ottamalla ympyrän pohjaksi ja siirtämällä sitä ylöspäin pitämällä jokainen askel lisäämällä paikat yhteen esineeseen. Jos ohjelmassa on tällainen työkalu, se tekee kaiken itse, sinun tarvitsee vain määrittää: mitä reittiä pitkin ja kuinka pitkälle sinun on siirrettävä tukikohta. Joten edellä kuvatun tekniikan mukaisesti luotusta aluslaatasta voit luoda uuden esineen - putken. Sisältää - putken, jolla on useita mutkia mistä tahansa kaarevuudesta. Tärkeä seikka: Tätä varten ympyrän on oltava aluksi kolmiulotteinen. Let - pienellä paksuudella, mutta ei yhtä suuri kuin nolla. Tätä varten ohjelmalla on oltava työkalu, jolla nollapaksuudella varustettu tasainen hahmo muunnetaan kolmiulotteiseksi, jolla on merkityksetön mutta ominainen paksuus.
3d-mallinnus polygoneista
Monet 3D-mallinnusohjelmat toimivat erityistyyppisten objektien kanssa, joita kutsutaan "silmiksi". Verkko on monikulmainen verkko tai 3D-objektin pisteiden, reunojen ja pintojen kokoelma. Voit ymmärtää verkkoista koostuvan objektin katsomalla esimerkiksi Lego-osista luotua robottia. Jokainen kappale on erillinen verkko. Jos Lego-osan keskimääräinen koko on 1 cm ja koot 50 cm korkean robotin, on mahdollista tunnistaa siihen asettamasi kuva (esimerkiksi ihmisestä). Tällaisen veistoksen realismi on kuitenkin hyvin keskinkertainen. Toinen keskustelu, jos luot robotin, joka on 50 km korkea osista, joiden keskikoko on 1 cm. Jos katsot kunnollisen matkan nähdäksesi koko jättimäisen veistoksen, et huomaa pinnan kulmikkuutta ja robotti voi näyttää elävältä ihmiseltä, jolla on sileä iho.
Verkko voi olla niin pieni kuin haluat, mikä tarkoittaa, että voit saavuttaa mallin pinnan visuaalisen sileyden. Pohjimmiltaan objektin rakentaminen silmukoista on sama kuin 2D-kuvan pikselitaide. Muistamme kuitenkin, että suorakulmion muotoinen pistejoukko ei ole "suorakulmio" -objekti. Tämä tarkoittaa, että jotta silmistä muodostetusta kuvasta tulisi kolmiulotteinen esine, sen ääriviivat on täytettävä tilavuudella. Tätä varten on olemassa työkaluja, mutta 3D-mallinnuksen uudet tulijat unohtavat ne usein. Aivan kuten se, että pinnan (esimerkiksi pallon) muuttumiseksi tilavuudeksi sen on oltava täysin suljettu. Yksi piste (yksi verkko) kannattaa poistaa valmiilta suljetulta pinnalta, eikä ohjelma pysty muuttamaan sitä 3D-objektiksi.
3D-mallin liike ja ulkonäkö
Kuvittele, että luot autonobjektin verkosta tai millä tahansa muulla tavalla. Jos asetat kolmiulotteisen mallinnuksen ohjelmassa minkä tahansa kohteen sisällä olevan pisteen liikeradan ja nopeuden kaavalla asettamalla ehdon, että kaikki muut pisteet liikkuvat synkronisesti, auto ajaa. Jos samaan aikaan auton pyörät valitaan erillisiksi kohteiksi ja niiden keskipisteille osoitetaan erilliset liikkumis- ja kiertoradat, auton pyörät pyörivät matkan varrella. Valitsemalla oikean vastaavuuden auton rungon ja sen pyörien välillä voit saavuttaa lopullisen sarjakuvan realismin. Samoin voit saada "ihmisen" objektin liikkumaan, mutta tämä edellyttää ymmärrystä ihmisen anatomiasta ja kävelyn tai juoksun dynamiikasta. Ja sitten - kaikki on yksinkertaista: objektin sisään luodaan luuranko, ja kullekin sen osalle osoitetaan omat liikelait.
Kolmiulotteisessa mallinnusohjelmassa luotu esine voi muodoissaan täysin toistaa todellisen näytteen luojan elämästä tai fantasiasta, se voi liikkua realistisesti, mutta silti siitä puuttuu vielä yksi ominaisuus, jotta se sopisi täydellisesti yhteen. Tämä ominaisuus on rakenne. Pinnan väri ja karheus määräävät käsityksemme, joten useimmilla kolmiulotteisilla toimittajilla on myös työkaluja tekstuurien luomiseen, mukaan lukien valmiiden pintojen kirjastot: puusta ja metallista raivoavan meren dynaamiseen tekstuuriin kuutamossa. Kaikki 3D-mallinnustehtävät eivät kuitenkaan vaadi tällaista toiminnallisuutta. Jos luot mallin 3D-tulostimelle tulostamista varten, sen pinnan tekstuuri määräytyy tulostettavan materiaalin perusteella. Jos suunnittelet huonekalujen valmistajille CAD-kaappia, sinun on tietysti mielenkiintoista "pukeutua" tuotteeseen valittujen puulajien koostumukseen, mutta on paljon tärkeämpää tehdä lujuuslaskelmia samassa ohjelmassa.
Tiedostomuodot 3D-mallinnuksessa
3D-objektien luomiseen, muokkaamiseen ja valmistamiseen tarkoitettu ohjelmisto esitetään markkinoilla kymmenien sovellusten ja pakettien avulla. Monet tällaisten ohjelmistojen kehittäjät käyttävät omia tiedostomuotojaan simulointitulosten tallentamiseen. Tämä antaa heille mahdollisuuden hyödyntää tuotteitaan paremmin ja suojaa malleja väärinkäytöltä. 3D-tiedostomuotoja on yli sata. Jotkut niistä ovat suljettuja, ts. Tekijät eivät salli muiden ohjelmien käyttää tiedostomuotojaan. Tämä tilanne vaikeuttaa suuresti 3D-mallinnukseen osallistuvien ihmisten vuorovaikutusta. Yhdessä ohjelmassa luotua asettelua tai mallia on usein erittäin vaikea tai mahdotonta tuoda ja muuntaa toisessa ohjelmassa.
On kuitenkin olemassa avoimia 3D-grafiikkatiedostomuotoja, jotka melkein kaikki ohjelmat ymmärtävät työskentelemään 3d:
. COLLADA on universaali XML-pohjainen muoto, joka on suunniteltu erityisesti tiedostojen vaihtoon eri kehittäjien ohjelmien välillä. Tätä muotoa tukevat (joissakin tapauksissa tarvitaan erityinen laajennus) sellaisissa suosituissa tuotteissa kuin Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Tämä muoto voi myös ymmärtää Adobe Photoshopin uusimmat versiot.
. OBJ - Kehittänyt Wavefront Technologies. Tämä muoto on avoimen lähdekoodin, ja monet 3D-grafiikkaeditorien kehittäjät ovat ottaneet sen käyttöön. Useimmilla 3D-mallinnusohjelmistoilla on kyky tuoda ja viedä.obj-tiedostoja.
. STL on muoto, joka on tarkoitettu stereolitografiaa käyttämällä tulostettavaksi tarkoitettujen tiedostojen tallentamiseen. Monet 3D-tulostimet voivat nykyään tulostaa suoraan.stl-tiedostosta. Sitä tukevat myös monet viipaleet - ohjelmat tulostuksen valmistelemiseksi 3D-tulostimella.
Online-3D-editori tinkercad.com
Autodeskin omistama sivusto tinkercad.com on paras ratkaisu niille, jotka aloittavat 3D-mallinnuksen tyhjästä. Täysin ilmainen. Helppo oppia, sivustolla on useita oppitunteja, joiden avulla voit ymmärtää päätoiminnot tunnin sisällä ja aloittaa. Sivuston käyttöliittymä on käännetty venäjäksi, mutta oppitunnit ovat saatavilla vain englanniksi. Englannin perustiedot kuitenkin riittävät oppituntien ymmärtämiseen. Lisäksi ei ole vaikea löytää Internetistä venäjänkielisiä oppaita ja käännöksiä tinkercad-oppitunneista.
Sivuston työtilassa on saatavana suuri määrä tilavuusprimitiivejä, mukaan lukien muiden käyttäjien luomat. On työkaluja skaalaamiseen, napsauttamiseen koordinaattiruudukkoon ja kohteiden avainkohtiin. Mikä tahansa esine voidaan muuntaa reikäksi. Valitut objektit voidaan yhdistää. Näin kohteiden summaaminen ja vähentäminen toteutetaan. Muunnosten historia on käytettävissä, mukaan lukien juuri tallennetut objektit, mikä on erittäin kätevää, kun joudut palata monta vaihetta takaisin.
Niille, joille yllä kuvatut perustoiminnot eivät riitä, on toiminto komentosarjojen kirjoittamiseen ja vastaavasti monimutkaisten komentosarjojen luomiseen objektien muuntamista varten.
Ei työkaluja esineiden leikkaamiseen. Puhtaassa muodossa ei ole polygoneja (monikulmainen malli toteutetaan jossain määrin kaarevissa objektiprimitiiveissä). Ei tekstuureja. Tinkercadin avulla voit kuitenkin luoda melko monimutkaisia ja taiteellisia esineitä.
Tukee tiedostojen tuontia ja vientiä STL-, OBJ-, SVG-muodoissa.
SketchUp
Trimble Inc: n ammattimainen 3D-grafiikan editori, jonka Google Corporation on hankkinut useita vuosia sitten. Pro-versio maksaa 695 dollaria. On ilmainen online-versio, jolla on rajoitetut toiminnot.
Pari vuotta sitten editorista oli ilmainen työpöytäversio, mutta nykyään vain verkkoversio on saatavana ilman rahaa. Verkkoversiossa on yksinkertaiset piirtotyökalut, käyrien luominen ja Extrude-työkalu, jonka avulla voit luoda kiinteän kuvan tasaisesta kuvasta. Myös verkkoversiossa on kerroksia ja kuvioita. Kirjasto käyttäjän luomista kohteista ja tekstuureista on käytettävissä.
Tuonti on mahdollista omassa muodossa oleville tiedostoille (SketchUp-projekti). Voit myös lisätä.stl-tiedoston kohtaukseen objektina.
Linkit Googleen mahdollistavat SketchUpin integroinnin Internet-jättiläisen palveluihin. Tämä ei ole vain pääsy pilvitallennustilaan, josta löydät monia valmiita kohtauksia ja esineitä käytettäväksi työssäsi, mutta myös mahdollisuus tuoda satelliitti- ja ilmakuvia Google Earthista realististen kohtausten luomiseksi.
Yleensä SketchUpin ilmaisen version ominaisuudet ovat huomattavasti korkeammat kuin tinkercadissa käytettävissä olevat toiminnot, mutta SketchUp-verkkosivusto hidastuu usein yrittäessään suorittaa joitain vakavia toimintoja, ikään kuin vihjata, että on parempi siirtyä maksettuun versioon tuotteen. SketchUpin ilmainen versio tarjoaa tarjouksen maksaa rahaa laajentaakseen toimintojaan lähes joka askeleella.
Ottaen huomioon, että SketchUp Prolla on hyvät toiminnot ja että sitä käytetään laajalti esimerkiksi huonekalujen suunnittelussa tai sisustussuunnittelussa, voimme suositella tuotteen ilmaisen verkkoversion hallintaa niille, jotka haluavat ottaa askeleen kohti vakavaa mallinnusta, mutta eivät ole vielä varmoja vahvuuksistaan ja tarkoituksenmukaisuudestaan. siirtyminen maksettuihin versioihin.
Tehosekoitin
Blender on legendaarinen projekti, joka osoittaa yhdessä Linuxin tai PostgreSQL: n kanssa, että ohjelmoijien yhteisö, jota yhdistää vapaan ohjelmistojakelun idea, voi tehdä melkein mitä tahansa.
Blender on ammattimainen 3D-grafiikkaeditori, jolla on lähes rajattomat mahdollisuudet. Hän sai eniten suosiota animaatioiden ja realististen 3d-kohtausten tekijöiden keskuudessa. Esimerkkinä tämän tuotteen ominaisuuksista voidaan mainita se, että siinä on luotu kaikki animaatiot elokuvalle "Spider-Man 2". Ja - ei vain tälle elokuvalle.
Blender-editorin ominaisuuksien täydellinen hallitseminen vaatii paljon aikaa ja 3D-grafiikan kaikkien näkökohtien ymmärtämistä, mukaan lukien valaistus, lavastus ja liike. Siinä on kaikki tunnetut ja suositut työkalut volumetriseen mallintamiseen, ja mahdottomille tai vielä keksimättömille työkaluille on Python-ohjelmointikieli, johon itse editori on kirjoitettu ja jossa voit laajentaa sen ominaisuuksia niin paljon kuin uskallat.
Blenderin käyttäjäyhteisössä on yli puoli miljoonaa ihmistä, joten ei ole vaikea löytää ihmisiä, jotka auttavat sen hallitsemisessa.
Yksinkertaisissa projekteissa Blender on liian toimiva ja monimutkainen, mutta niille, jotka aikovat tehdä 3D-mallinnusta vakavasti, se on loistava valinta.
