Изразът "3D" е съкращение на английското "3 измерение", т.е. "3 измерения". Символите "3D" (в руската литература също често се използва съкращението "3d") показват, че даден обект или технология се различава от другите по това, че има повече от две измерения.
За какво са 3D моделите?
Всички обекти в реалния свят имат три измерения. В същото време, в по-голямата част от случаите, за да представим триизмерни обекти, ние използваме двумерни повърхности: лист хартия, платно, компютърен екран. Скулпторът създава триизмерни фигури, но преди да започне да издълбава скулптура от гранит, той създава скици, в които бъдещата творба е изобразена в няколко изгледа - от всички страни. По същия начин архитект или дизайнер работи, като показва плоски изгледи на проектирани продукти или сгради върху хартия Whatman или на екрана на компютъра.
Предметът „рисуване“в рамките на задължителното обучение има за цел да преподава триизмерно моделиране - точното описание на обекти, които имат обем, върху плоска, двуизмерна повърхност на лист хартия. Освен това децата се обучават на триизмерно моделиране в часовете по моделиране на пластилин в детската градина и началното училище. Толкова внимание към 3D моделирането в образователния процес не е случайно. Във всяка дейност за създаване на реални обекти трябва да имате добра представа как ще изглежда този обект от всички страни. Шивач и дизайнер на дрехи трябва да знаят как костюм или рокля ще стоят на човек с определена фигура. Фризьорът създава прическа и прическа, които ще имат обем и ще изглеждат различно от различни ъгли. Бижутерът моделира своите бижута. Зъболекарят трябва не само да създаде красив изкуствен зъб, но и да вземе предвид местоположението му спрямо останалите зъби на пациента. Дърводелецът трябва да може много точно да поставя фугите на триизмерните части. Той също би искал визуално да види как мебелите, които проектира, ще бъдат удобни за използване и как ще се впишат в интериора.
Дълго време представители на различни професии използват рисунки, състоящи се от много видове, за триизмерно моделиране. С разпространението на персонални компютри стана възможно да се повери част от задачата за създаване на триизмерни модели на софтуера. Системите за автоматизация на проектирането (CAD) са първите, които включват функционалността на динамичното показване на създадени триизмерни обекти в равнината на екрана. Думата "динамичен" в този случай означава способността да се завърта изображението на триизмерен обект на екрана и да се вижда от всички страни. Динамиката на 3D модел обаче може да означава и способността на модела да променя формата си и да се движи. Създателите на карикатури и компютърни игри имат нужда от такава функционалност.
През втората половина на ХХ век, дори в предкомпютърната ера, се появяват триизмерни технологии за повърхностна обработка. Малко след края на Втората световна война американските военновъздушни сили финансират работата на Parsons Inc за създаване на машини, които могат да фрезоват сложни части според даден алгоритъм. Тези произведения доведоха до създаването на цял клас машини с компютърно цифрово управление (CNC). Проектирането на работни алгоритми за CNC машини е друга задача от областта на 3D моделирането.
През 1986 г. американският инженер Чарлз У. Хол създава принтер, който отпечатва триизмерни обекти с помощта на стереолитография. По-късно се появяват 3D принтери, отпечатващи триизмерни продукти от голямо разнообразие от материали, включително принтери за печат на човешки органи, или например принтери, които печатат сладкарски декорации и готови ястия. Днес прост, но доста функционален 3D принтер може да се купи на цената на смартфон и да се отпечата върху него обемни предмети за дома или детайли от модели и различни устройства. Всички 3D принтери за печат получават триизмерен модел като вход в определен формат.
Основни принципи на 3D моделирането
Предпоставка за 3D моделиране е наличието на пространствено въображение. Важно е да можете да си представите бъдещия резултат от работата, да го завъртите мислено и да го разгледате от всички страни, както и да разберете от какви елементи се състои моделът, какви възможности предоставя и какви ограничения налага. По природа пространственото въображение на всеки е развито в различна степен, но също както грамотността или ухото за музика, то може да бъде развито. Важно е да не се отказвате, казвайки си, че нищо не се получава, а да натрупате опит, като в началото правите прости модели, постепенно преминавайки към по-сложни.
Ако в която и да е CAD програма нарисувате три правоъгълника и ги подредите в съответствие с правилата за рисуване, тогава дисплейният модул на триизмерния модел на програмата ще може да създаде и покаже на екрана паралелепипеда, съответстващ на тези три проекции. По същия начин, като следвате правилата за рисуване, можете да създадете модел на почти всяка част.
Всички програми за 3d моделиране са векторни. Това означава, че те описват обектите не като съвкупност от отделни точки, а като набор от формули и работят само с цели обекти. Ако трябва да промените или преместите само половината от обект, ще трябва да го изрежете (ако има инструмент, който ви позволява да направите това) и да фиксирате половинките като нови обекти. За да работите с векторен редактор, изобщо не е необходимо да знаете математически формули, те са включени в програмата. Важна и полезна последица от този подход е, че всеки обект може да бъде преместван, модифициран и мащабиран, без да се нарушава качеството. От друга страна, програмата няма да ви разбере, ако се опитате да нарисувате правоъгълник, например, като поставите много точки по границите му, които визуално се допират една до друга. За програмата това ще бъдат просто много точки, а не правоъгълник. Тя няма да може да извършва каквито и да е действия с този, по ваше мнение, правоъгълник. За да създадете правоъгълник, трябва да изберете подходящ инструмент и да го използвате. Тогава програмата ще ви позволи да извършвате каквито и да е действия със създадения обект: променяйте го, премествайте го в дадена точка, разтягайте, огъвайте и т.н. Също така, повечето софтуер за 3d моделиране няма да могат да работят с графики в растерния формат (bmp, jpg, png,
3d-моделиране от "тухли"
По-голямата част от техническите детайли са комбинация от обемни примитиви: паралелепипеди, топки, призми и т.н. Всеки инструмент за 3d-моделиране има библиотека от обемни примитиви и е в състояние да ги възпроизведе, като вземе предвид параметрите, посочени от потребителя. За да създадете например модел на цилиндър, е достатъчно да изберете подходящия инструмент в програмата и да зададете диаметъра и височината. Също така всички програми за триизмерен дизайн са в състояние да изпълняват поне две математически операции с триизмерни фигури: събиране и изваждане. Така например, след като сте създали два цилиндъра от примитиви: единият с диаметър 5 см и височина 1 см, а вторият с диаметър 3 см и височина, очевидно по-голяма от 1 см, можете да ги комбинирате по централна ос и извадете втория от първия (по-голям) цилиндър … Резултатът е шайба с дебелина 1 см с външен диаметър 5 см и вътрешен диаметър 3 см. Ако имате например отделен набор от отделни предмети: „глава без уши и нос“, „нос“, „ ляво ухо "и" дясно ухо”, след което можете да ги свържете и добавите, за да създадете нов обект„ глава с уши и нос”. Ако имате библиотека с уши, носове и глави с различни форми, тогава можете, като преминете през тях, да създадете модел на главата на вашия приятел (или своя собствена). След това, като извадите обекта "уста" от получената глава, можете да получите глава с уста. Създаването на 3D-модел от "тухли", обекти, налични в библиотеката на програмата или заредени в програмата отвън, е прост и един от най-популярните начини.
Разбира се, във всяка програма няма „градивни елементи“за всички случаи. Много обекти обаче могат да бъдат създадени чрез преместване на други обекти в пространството или чрез тяхното модифициране. Например можете сами да създадете същия цилиндър, като вземете кръг като основа и го преместите нагоре, като запазите всяка стъпка, като добавите позициите в един обект. Ако програмата има такъв инструмент, тогава тя ще направи всичко сама, трябва само да посочите: по коя траектория и колко далеч трябва да преместите основата. Така че от шайбата, създадена съгласно описаната по-горе технология, можете да създадете нов обект - тръба. Включително - тръба с много завои на дадена кривина. Важен момент: за това кръгът трябва първоначално да бъде триизмерен. Нека - с незначителна дебелина, но не равна на нула. За целта програмата трябва да има инструмент за преобразуване на плоска фигура с нулева дебелина в триизмерна с незначителна, но специфична дебелина.
3D моделиране от полигони
Много програми за 3D моделиране работят със специални видове обекти, наречени "мрежи". Мрежата е многоъгълна мрежа или колекция от върхове, ръбове и лица на 3D обект. За да разберете обект, съставен от мрежи, можете да погледнете например робот, създаден от лего части. Всяко парче е отделна мрежа. Ако средният размер на част от Lego е 1 см и сглобите робот с височина 50 см, тогава ще бъде възможно да разпознаете изображението (например на човек), което сте положили в него. Реализмът на подобна скулптура обаче ще бъде много посредствен. Друг разговор, ако създадете робот с височина 50 километра от части със среден размер 1 см. Ако отидете на прилично разстояние, за да видите цялата гигантска скулптура, няма да забележите ъгловостта на повърхността и роботът може да изглежда като жив човек с гладка кожа.
Мрежата може да бъде толкова малка, колкото искате, което означава, че можете да постигнете всякаква визуална гладкост на повърхността на модела. По принцип конструирането на обект от мрежи е същото като пикселното изкуство в 2D изображение. Въпреки това помним, че множеството точки във формата на правоъгълник не е обект "правоъгълник". Това означава, че за да може изображението, създадено от мрежите, да се превърне в триизмерен обект, контурите му трябва да се запълнят с обем. Има инструменти за това, но те често са забравени от новодошлите в 3D моделирането. Точно като факта, че за да може една повърхност (сфера например) да се превърне в обемна фигура, тя трябва да бъде напълно затворена. Струва си да премахнете една точка (една мрежа) от завършената затворена повърхност и програмата няма да може да я превърне в 3D обект.
Движението и външният вид на 3D модела
Представете си, че създавате автомобилен обект от мрежи или по някакъв друг начин. Ако в програмата за триизмерно моделиране зададете траекторията и скоростта на движение на която и да е точка вътре в обекта по формулата, задавайки условието всички останали точки да се движат синхронно, тогава автомобилът ще кара. Ако в същото време колелата на автомобила са избрани като отделни обекти и отделните траектории на движение и въртене са присвоени на техните центрове, тогава колелата на автомобила ще се въртят по пътя. Избирайки правилната кореспонденция между движението на каросерията на автомобила и неговите колела, можете да постигнете реализма на крайната карикатура. По същия начин можете да направите движение на „човешки“обект, но това изисква разбиране на човешката анатомия и динамика на ходене или бягане. И тогава - всичко е просто: вътре в обекта се създава скелет и на всяка от частите му се задават свои собствени закони за движение.
Обектът, създаден в програма за триизмерно моделиране, може във своите форми напълно да повтори реална извадка от живота или фантазията на създателя, той може да се движи реално, но все пак ще му липсва още една характеристика, която да му съвпада напълно. Тази характеристика е текстура. Цветът и грапавостта на повърхността определят нашето възприятие, така че повечето 3D-редактори разполагат и с инструменти за създаване на текстури, включително библиотеки от готови повърхности: от дърво и метал до динамичната текстура на бушуващо море на лунна светлина. Не всички задачи за 3D моделиране обаче изискват такава функционалност. Ако създавате модел за печат на 3D принтер, тогава текстурата на повърхността му ще се определя от материала, който ще се отпечатва. Ако проектирате шкаф в CAD за производители на мебели, тогава, разбира се, ще ви бъде интересно да „облечете“продукта в текстурата на избраните дървесни видове, но ще бъде много по-важно да направите изчисления на якостта в същата програма.
Файлови формати в 3d моделиране
Софтуерът за създаване, редактиране и производство на 3D обекти е представен на пазара от десетки приложения и пакети. Много разработчици на такъв софтуер използват свои собствени файлови формати, за да запазят резултатите от симулацията. Това им позволява да се възползват по-добре от своите продукти и предпазва дизайна им от злоупотреба. Има над сто 3D 3D файлови формата. Някои от тях са затворени, тоест създателите не позволяват на други програми да използват техните файлови формати. Тази ситуация значително усложнява взаимодействието на хората, занимаващи се с 3d-моделиране. Оформление или модел, създадени в една програма, често е много трудно или невъзможно да се импортират и конвертират в друга програма.
Съществуват обаче отворени формати на 3D графични файлове, които се разбират от почти всички програми за работа с 3d:
. COLLADA е универсален XML-базиран формат, създаден специално за обмен на файлове между програми от различни разработчици. Този формат се поддържа (в някои случаи се изисква специален плъгин) от такива популярни продукти като Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Също така този формат може да разбира най-новите версии на Adobe Photoshop.
. OBJ - Разработено от Wavefront Technologies. Този формат е с отворен код и е приет от много разработчици на 3D графични редактори. Повечето софтуери за 3D моделиране имат способността да импортират и експортират.obj файлове.
. STL е формат, предназначен за съхраняване на файлове, предназначени за печат с помощта на стереолитография. Много 3D принтери днес могат да печатат директно от.stl. Поддържа се и от много слайсери - програми за подготовка на печат на 3D принтер.
Онлайн 3D редактор tinkercad.com
Сайтът tinkercad.com, собственост на Autodesk, е най-доброто решение за тези, които започват да правят 3D моделиране от нулата. Напълно безплатно. Лесен за научаване, сайтът има няколко урока, които ви позволяват да разберете основната функционалност в рамките на един час и да започнете. Интерфейсът на сайта е преведен на руски, но уроците са достъпни само на английски. Основните познания по английски обаче са достатъчни за разбиране на уроците. Освен това не е трудно да се намерят ръководства на руски език и преводи на уроци по тинкеркад в Интернет.
В работното пространство на сайта са налични голям брой обемни примитиви, включително тези, създадени от други потребители. Има инструменти за мащабиране, щракване към координатна мрежа и към ключови точки на обектите. Всеки обект може да бъде превърнат в дупка. Избрани обекти могат да се комбинират. По този начин се осъществява добавянето и изваждането на обекти. Налична е историята на трансформациите, включително за ново запазени обекти, което е много удобно, когато трябва да се върнете назад много стъпки.
За тези, за които елементарните функции, описани по-горе, не са достатъчни, има функционалност за писане на скриптове и съответно създаване на сложни скриптове за трансформиране на обекти.
Няма инструменти за рязане на предмети. Няма полигони в чист вид (полигоналният модел е реализиран до известна степен в криволинейни примитиви на обекти). Без текстури. Въпреки това, tinkercad ви позволява да създавате доста сложни и артистични обекти.
Поддържа импортиране и експортиране на файлове във формати STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Полупрофесионален 3D графичен редактор от Trimble Inc, придобит преди няколко години от Google Corporation. Pro версията струва $ 695. Има безплатна онлайн версия с ограничена функционалност.
Преди няколко години имаше безплатна десктоп версия на редактора, но днес само онлайн версията е достъпна без пари. Уеб версията разполага с прости инструменти за рисуване, създаване на криви и инструмент Extrude, който ви позволява да създадете твърдо тяло от плоска картина. Също така в уеб версията има слоеве и текстури. Налична е библиотека от създадени от потребителя обекти и текстури.
Импортирането е възможно за файлове от собствен формат (проект SketchUp). Можете също така да вмъкнете.stl файл в сцената като обект.
Връзките с Google позволяват на SketchUp да се интегрира с услугите на интернет гиганта. Това е не само достъп до облачно хранилище, където можете да намерите много готови сцени и обекти, които да използвате в работата си, но и възможността за импортиране на сателитни и въздушни изображения от Google Earth за създаване на реалистични сцени.
Като цяло възможностите на безплатната версия на SketchUp са забележимо по-високи от функционалността, налична в tinkercad, но уебсайтът на SketchUp често се забавя, когато се опитва да извърши някои сериозни операции, сякаш намеква, че е по-добре да преминете към платена версия на продукта. Безплатната версия на SketchUp предлага предложение за плащане на пари за разширяване на възможностите му на почти всяка стъпка от пътя.
Като се има предвид, че SketchUp Pro има добра функционалност и се използва широко, например при проектирането на мебели или разработването на интериорен дизайн, можем да препоръчаме овладяване на безплатната уеб версия на продукта за тези, които искат да направят стъпка към сериозно моделиране, но все още не са сигурни в своите силни страни и целесъобразност.преход към платени версии.
Блендер
Blender е легендарен проект, който показва, заедно с Linux или PostgreSQL, че общност от програмисти, обединени от идеята за безплатно разпространение на софтуер, може да направи почти всичко.
Blender е професионален 3D графичен редактор с почти неограничени възможности. Той спечели най-голяма популярност сред създателите на анимация и реалистични 3D-сцени. Като пример за възможностите на този продукт можем да посочим факта, че в него е създадена цялата анимация за филма „Спайдърмен 2“. И - не само за този филм.
Пълното овладяване на възможностите на редактора на Blender изисква значителна инвестиция на време и разбиране на всички аспекти на 3D графиката, включително осветление, настройка на сцената и движение. Разполага с всички добре познати и популярни инструменти за обемно моделиране, а за невъзможни или все още не измислени инструменти е езикът за програмиране Python, в който е написан самият редактор и в който можете да разширите възможностите му колкото си позволите.
Общността на потребителите на Blender наброява повече от половин милион души и затова няма да е трудно да се намерят хора, които ще помогнат за овладяването му.
За прости проекти Blender е прекалено функционален и сложен, но за тези, които ще се занимават сериозно с 3D моделиране, е чудесен избор.
