Väljend "3D" on lühend ingliskeelsest "3 dimensioonist", see tähendab "3 dimensioonist". Sümbolid "3D" (vene kirjanduses kasutatakse sageli ka lühendit "3d") näitavad, et objekt või tehnoloogia erineb teistest selle poolest, et sellel on rohkem kui kaks mõõdet.
Milleks 3D-mudelid sobivad?
Kõigil pärismaailma objektidel on kolm mõõdet. Samal ajal kasutame kolmemõõtmeliste objektide kujutamiseks valdaval enamikul juhtudel kahemõõtmelisi pindu: paberileht, lõuend, arvutiekraan. Skulptor loob kolmemõõtmelised kujundid, kuid enne graniidist skulptuuri nikerdama asumist loob visandid, milles tulevast teost on kujutatud mitmes vaates - igast küljest. Samamoodi töötab arhitekt või disainer Whatmani paberil või arvutiekraanil kujundatud toodete või hoonete lameda vaate kuvamisega.
Kohustusliku hariduse raames toimuva "joonistamise" aine eesmärk on õpetada kolmemõõtmelist modelleerimist - mahukate objektide täpne kirjeldus paberilehe tasasel, kahemõõtmelisel pinnal. Lisaks õpetatakse lastele plastiliini modelleerimise klassides lasteaias ja põhikoolis kolmemõõtmelist modelleerimist. Nii suur tähelepanu 3D-modelleerimisele haridusprotsessis pole juhuslik. Igas reaalsete objektide loomise tegevuses peab teil olema hea ettekujutus selle kohta, kuidas see objekt igast küljest välja näeb. Rätsep ja rõivaste disainer peavad teadma, kuidas ülikond või kleit kindla figuuriga inimesele sobib. Juuksur loob soengu ja soengu, millel on maht ja välimus erineva nurga alt. Juveliir modelleerib oma ehteid. Hambaarst ei pea looma mitte ainult kaunist kunsthambat, vaid peab arvestama ka selle asukohta patsiendi ülejäänud hammaste suhtes. Puusepp peab suutma kolmemõõtmeliste osade liigendid väga täpselt sobitada. Samuti tahaks ta visuaalselt näha, kuidas tema kujundatud mööblit on mugav kasutada ja kuidas see interjööri sobib.
Pikka aega on erinevate elukutsete esindajad kolmemõõtmeliseks modelleerimiseks kasutanud paljudest tüüpidest koosnevaid jooniseid. Personaalarvutite levikuga sai võimalikuks kolmemõõtmeliste mudelite loomise ülesande usaldamine tarkvarale. Disainautomaatikasüsteemid (CAD) kaasasid esimestena loodud kolmemõõtmeliste objektide dünaamilise kuvamise funktsionaalsuse ekraani tasapinnale. Sõna "dünaamiline" tähendab antud juhul võimet ekraanil kolmemõõtmelise objekti pilti pöörata ja seda igast küljest näha. 3D-mudeli dünaamika võib aga tähendada ka mudeli võimet oma kuju muuta ja liikuda. Multikate ja arvutimängude loojatel on vajadus sellise funktsionaalsuse järele.
Kahekümnenda sajandi teisel poolel, isegi arvutieelsel ajastul, ilmusid kolmemõõtmelised pinnatöötlustehnoloogiad. Varsti pärast Teise maailmasõja lõppu rahastas USA õhujõud Parsons Inc tööd masinate loomiseks, mis saaksid keerulisi detaile vastavalt antud algoritmile freesida. Nende tööde tulemusena loodi terve klass arvuti numbrilise juhtimise (CNC) tööpinke. CNC-masinate tööalgoritmide kujundamine on 3D-modelleerimise valdkonna teine ülesanne.
1986. aastal lõi Ameerika insener Charles W. Hall printeri, mis printis stereolitograafia abil kolmemõõtmelisi objekte. Hiljem ilmusid 3D-printerid, mis printisid kolmemõõtmelisi tooteid väga erinevatest materjalidest, sealhulgas printerid inimorganite printimiseks või näiteks printerid, mis trükivad kondiitritoodete kaunistusi ja valmistoite. Tänapäeval saab nutitelefoni hinnaga osta lihtsa, kuid üsna funktsionaalse 3D-printeri, millele saab trükkida kodu jaoks mõeldud mahulised esemed või mudelite ja erinevate seadmete üksikasjad. Kõik printimiseks mõeldud 3D-printerid saavad kolmemõõtmelise mudeli sisendina kindlas vormingus.
3D-modelleerimise aluspõhimõtted
3D-modelleerimise eelduseks on ruumilise kujutlusvõime olemasolu. Oluline on osata ette kujutada töö tulevast tulemust, seda vaimselt pöörata ja seda igast küljest uurida, samuti mõista, millistest elementidest mudel koosneb, milliseid võimalusi see pakub ja milliseid piiranguid see kehtestab. Oma olemuselt on igaühe ruumiline kujutlusvõime arenenud erineval määral, kuid nii nagu kirjaoskus või muusika kõrv, saab ka seda arendada. Oluline on mitte alla anda, öeldes endale, et miski ei toimi, vaid omandada kogemusi, tehes algul lihtsaid mudeleid, liikudes järk-järgult keerukamate mudelite juurde.
Kui mõnes CAD-programmis joonistate kolm ristkülikut ja korraldate need vastavalt joonistusreeglitele, siis saab programmi kolmemõõtmelise mudeli kuvamoodul luua ja kuvada ekraanil neile kolmele projektsioonile vastava rööptahuka. Samamoodi saate joonistusreegleid järgides luua mudeli peaaegu igast osast.
Kõik 3D-modelleerimise programmid on vektorid. See tähendab, et nad kirjeldavad objekte mitte eraldi punktide kogumina, vaid valemite kogumina ja töötavad ainult tervete objektidega. Kui teil on vaja muuta või teisaldada ainult pool objekti, peate selle lõikama (kui on olemas tööriist, mis võimaldab teil seda teha) ja pooled uute objektidena fikseerida. Vektoriredaktoriga töötamiseks pole üldse vaja teada matemaatilisi valemeid, need on programmi lisatud. Selle lähenemisviisi oluline ja kasulik tagajärg on see, et mis tahes objekti saab teisaldada, muuta ja skaleerida kvaliteeti kahjustamata. Teiselt poolt ei saa programm teist aru, kui proovite joonistada näiteks ristküliku, asetades selle piiridele palju punkte, mis üksteist visuaalselt puudutavad. Programmi jaoks on see lihtsalt palju punkte, mitte ristkülik. Selle teie ristküliku abil ei saa ta ühtegi toimingut teha. Ristküliku loomiseks peate valima sobiva tööriista ja seda kasutama. Seejärel võimaldab programm teil loodud objektiga teha mis tahes toiminguid: muuta seda, viia see etteantud punkti, venitada, painutada jne. Samuti ei saa enamik 3D-modelleerimise tarkvara töötada näiteks Photoshopist saadud rastervormingus graafikaga (bmp, jpg, png,
3D-modelleerimine tellistest
Valdav osa tehnilistest detailidest on volüümsete primitiivide kombinatsioon: rööptahukad, pallid, prismad jne. Igal 3D-modelleerimise tööriistal on ruumala primitiivide kogu ja see on võimeline neid paljundama, võttes arvesse kasutaja määratud parameetreid. Näiteks silindri mudeli loomiseks piisab, kui valite programmist sobiva tööriista ning määrate läbimõõdu ja kõrguse. Samuti on kõik kolmemõõtmelise kujunduse programmid võimelised kolmemõõtmeliste kujunditega tegema vähemalt kaks matemaatilist toimingut: liitmine ja lahutamine. Näiteks olles loonud primitiividest kaks silindrit: ühe läbimõõduga 5 cm ja kõrgusega 1 cm ning teise läbimõõduga 3 cm ja ilmselgelt suurema kui 1 cm, saate need ühendada piki kesktelg ja lahutage teine esimesest (suuremast) silindrist … Tulemuseks on 1 cm paksune seib, mille välisläbimõõt on 5 cm ja sisediameeter 3 cm. Kui teil on näiteks eraldi komplekt esemeid: "pea ilma kõrvade ja ninata", "nina", " vasak kõrv "ja" parem kõrv ", siis saate need ühendada ja lisada, et luua uus objekt" pea kõrvade ja ninaga ". Kui teil on erineva kujuga kõrvade, ninade ja peade raamatukogu, siis saate neid läbides luua oma sõbra (või enda) pea mudeli. Seejärel, lahutades saadud peast "suu" eseme, saate suuga pea.3D-mudeli loomine "tellistest", objektidest, mis on programmiraamatukogus saadaval või väljastpoolt programmi laaditud, on lihtne ja üks populaarsemaid viise.
Muidugi pole üheski programmis kõigi juhtumite jaoks „ehitusplokke“. Paljusid objekte saab aga luua teisi ruumis olevaid objekte liigutades või neid muutes. Näiteks saate ise luua sama silindri, võttes aluseks alusena ringi ja liigutades seda ülespoole, hoides iga sammu, lisades ühe objekti asukohad. Kui programmis on selline tööriist, siis teeb see kõik ise, peate ainult määrama: mööda mis trajektoori ja kui kaugele peate baasi liikuma. Nii et ülalkirjeldatud tehnoloogia järgi loodud seibist saate luua uue objekti - toru. Sealhulgas - toru, millel on palju kõverusi. Oluline punkt: selleks peab ring olema esialgu kolmemõõtmeline. Laskma - tühise paksusega, kuid mitte võrdne nulliga. Selleks peab programmis olema tööriist nulljämedusega lameda kuju teisendamiseks tühise, kuid konkreetse paksusega kolmemõõtmeliseks.
3D-modelleerimine hulknurkadest
Paljud 3D-modelleerimisprogrammid töötavad spetsiaalsete objektidega, mida nimetatakse võrgusilmadeks. Võrk on hulknurkne võrk ehk 3D-objekti tippude, servade ja nägude kogum. Võrkudest koosneva objekti mõistmiseks võite vaadata näiteks Lego osadest loodud robotit. Iga tükk on eraldi võrk. Kui Lego detaili keskmine suurus on 1 cm ja panete kokku 50 cm kõrguse roboti, siis on võimalik ära tunda pilti (näiteks inimesest), mille olete sinna sisse pannud. Sellise skulptuuri realism jääb aga väga keskpäraseks. Veel üks vestlus, kui loote keskmise pikkusega 1 cm osadest 50 kilomeetri kõrgune robot. Kui läbite terve hiiglasliku skulptuuri vaatamiseks korraliku vahemaa, ei märka te pinna nurgelisust ja robot võib välja näha nagu sileda nahaga elav inimene.
Võrgusilm võib olla nii väike kui soovite, mis tähendab, et saate saavutada mudeli pinna mis tahes visuaalse sujuvuse. Põhimõtteliselt on objekti võrkudest ehitamine sama mis 2D-pildi pikslikunst. Kuid me mäletame, et ristküliku kujuline punktide kogum ei ole "ristküliku" objekt. See tähendab, et selleks, et võrgusilmadest loodud pilt muutuks kolmemõõtmeliseks objektiks, tuleb selle kontuurid täita mahuga. Selleks on tööriistu, kuid 3D-modelleerimise uustulnukad unustavad need sageli ära. Täpselt nagu see, et selleks, et pind (näiteks kera) muutuks mahuliseks kujuks, peab see olema täielikult suletud. Valmis suletud pinnalt tasub eemaldada üks punkt (üks võrk) ja programm ei suuda seda 3D-objektiks muuta.
3D-mudeli liikumine ja välimus
Kujutage ette autoobjekti loomist võrkudest või muul viisil. Kui kolmemõõtmelise modelleerimise programmis määrate valemi abil objekti sisemise suvalise punkti trajektoori ja liikumiskiiruse, seades tingimuse, et kõik muud punktid liiguvad sünkroonselt, siis auto sõidab. Kui samal ajal valitakse auto rattad eraldi objektidena ning nende keskpunktidele määratakse eraldi liikumis- ja pöörlemistrajektoorid, siis auto rattad pöörlevad sellel teel. Valides õige kere ja rataste liikumise vahelise vastavuse, saate saavutada lõpliku koomiksi realismi. Samamoodi võite panna "inimese" objekti liikuma, kuid see nõuab inimese anatoomia ja kõndimise või jooksmise dünaamika mõistmist. Ja siis - kõik on lihtne: eseme sisse luuakse luustik ja igale selle osale määratakse oma liikumisseadused.
Kolmemõõtmelises modelleerimisprogrammis loodud objekt võib oma vormides täielikult korrata reaalset valimit looja elust või fantaasiast, see võib realistlikult liikuda, kuid sellegipoolest puudub selle täielikuks sobitamiseks veel üks omadus. See omadus on tekstuur. Pinna värvus ja karedus määravad meie taju, nii et enamikul 3d-redaktoritest on olemas ka tekstuuride loomiseks vajalikud tööriistad, sealhulgas valmispindade raamatukogud: puidust ja metallist kuni kuuvalguses möllava mere dünaamilise tekstuurini. Kuid kõik 3D-modelleerimise ülesanded ei vaja sellist funktsionaalsust. Kui loote 3D-printerile printimiseks mudeli, määratakse selle pinna tekstuur prinditava materjali järgi. Kui kavandate mööblitootjate jaoks kappi CAD-is, siis on teil muidugi huvitav "riietada" toode valitud puiduliigi tekstuuri, kuid palju olulisem on teha tugevusarvutusi sama programmiga.
Failivormingud 3D-modelleerimisel
3D-objektide loomise, redigeerimise ja tootmise tarkvara esitleb turul kümneid rakendusi ja pakette. Paljud sellise tarkvara arendajad kasutavad simulatsioonitulemuste salvestamiseks oma failivorminguid. See võimaldab neil oma tooteid paremini ära kasutada ja kaitseb disainilahendusi väärkasutuse eest. 3D-failivorminguid on üle saja. Mõned neist on suletud, see tähendab, et loojad ei luba teistel programmidel oma failivorminguid kasutada. See olukord raskendab oluliselt 3D-modelleerimisega tegelevate inimeste suhtlemist. Ühes programmis loodud paigutust või mudelit on teise programmi importimine ja teisendamine sageli väga keeruline või võimatu.
Siiski on avatud 3D-graafika failivorminguid, mida mõistavad peaaegu kõik 3D-ga töötamise programmid:
. COLLADA on universaalne XML-põhine vorming, mis on loodud spetsiaalselt failide vahetamiseks erinevate arendajate programmide vahel. Seda vormingut toetavad (mõnel juhul on vaja spetsiaalset pistikprogrammi) sellised populaarsed tooted nagu Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Samuti saab see formaat mõista Adobe Photoshopi uusimaid versioone.
. OBJ - välja töötanud Wavefront Technologies. See vorming on avatud lähtekoodiga ja seda kasutavad paljud 3D-graafika redigeerijate arendajad. Enamikul 3D-modelleerimise tarkvarast on võimalus.obj-faile importida ja eksportida.
. STL on formaat, mis on mõeldud stereolitograafia abil printimiseks mõeldud failide salvestamiseks. Paljud 3D-printerid saavad täna printida otse.stl-st. Seda toetavad ka paljud viilutajad - programmid 3D-printerile printimise ettevalmistamiseks.
Online-redaktor tinkercad.com
Autodeskile kuuluv sait tinkercad.com on parim lahendus neile, kes alustavad 3D-modelleerimist nullist. Täiesti tasuta. Lihtne õppida, saidil on mitu õppetundi, mis võimaldavad teil tunni jooksul põhifunktsioonidest aru saada ja alustada. Saidi liides on tõlgitud vene keelde, kuid tunnid on saadaval ainult inglise keeles. Õppetundide mõistmiseks piisab aga inglise keele algteadmistest. Lisaks pole Internetist raske leida venekeelseid juhendeid ja tõlkeid tinkercadi tundidest.
Saidi tööruumis on saadaval suur hulk ruumalaseid primitiive, sealhulgas teiste kasutajate loodud. Skaleerimiseks, koordinaatvõrgustiku ja objektide võtmepunktide jaoks klõpsamiseks on olemas tööriistad. Igat objekti saab muuta aukuks. Valitud objekte saab kombineerida. Nii rakendatakse objektide liitmist ja lahutamist. Teisenduste ajalugu on saadaval, sealhulgas äsja salvestatud objektide jaoks, mis on väga mugav, kui peate mitu sammu tagasi minema.
Neile, kellele ülalkirjeldatud elementaarsetest funktsioonidest ei piisa, on olemas funktsioon skriptide kirjutamiseks ja vastavalt sellele objektide teisendamiseks keerukate skriptide loomiseks.
Puuduvad tööriistad esemete lõikamiseks. Puhta kujul pole hulknurki (hulknurkne mudel on teatud määral rakendatud kõverjoonelistes objektide primitiivides). Puuduvad tekstuurid. Kuid tinkercad võimaldab teil luua üsna keerukaid ja kunstilisi esemeid.
Toetab failide importimist ja eksportimist STL-, OBJ-, SVG-vormingus.
SketchUp
Poolprofessionaalne 3D-graafika redaktor ettevõttelt Trimble Inc, mille omandas mitu aastat tagasi Google Corporation. Pro versioon maksab 695 dollarit. On olemas piiratud funktsioonidega tasuta veebiversioon.
Paar aastat tagasi oli redaktori tasuta töölauaversioon, kuid täna on ilma rahata saadaval ainult veebiversioon. Veebiversioonil on lihtsad joonistustööriistad, kõverate loomine ja tööriist Extrude, mis võimaldab teil luua tasasest pildist tahke. Ka veebiversioonis on kihid ja tekstuurid. Saadaval on kasutaja loodud objektide ja tekstuuride kogu.
Importida on võimalik oma vormingus failide (SketchUp projekt) korral. Saate stseenisse lisada ka.stl-faili.
Seosed Google'iga võimaldavad SketchUpil integreeruda Interneti-hiiglase teenustega. See pole mitte ainult juurdepääs pilvemällu, kust leiate palju valmis stseene ja objekte, mida oma töös kasutada, vaid ka võimalus importida Google Earthist satelliit- ja õhupilte, et luua realistlikke stseene.
Üldiselt on SketchUpi tasuta versiooni võimalused märgatavalt suuremad kui tinkercadis saadaval oleval funktsionaalsusel, kuid SketchUpi veebisait aeglustub mõne tõsise toimingu tegemisel sageli, justkui vihjates sellele, et parem on minna tasulisele versioonile toote. SketchUpi tasuta versioon pakub välja võimaluse maksta raha, et oma võimalusi peaaegu igal sammul laiendada.
Arvestades, et SketchUp Pro on hea funktsionaalsusega ja seda kasutatakse laialdaselt näiteks mööbli kujundamisel või sisekujunduse arendamisel, võime soovitada toote tasuta veebiversiooni valdamist neile, kes soovivad astuda sammu tõsise modelleerimise poole, kuid pole veel kindlad oma tugevustes ja otstarbekuses. üleminek tasulistele versioonidele.
Blender
Blender on legendaarne projekt, mis näitab koos Linuxi või PostgreSQL-iga, et programmeerijate kogukond, mida ühendab vaba tarkvara levitamise idee, suudab teha peaaegu kõike.
Blender on professionaalne 3D-graafika redaktor, millel on peaaegu piiramatud võimalused. Ta saavutas suurima populaarsuse animatsioonide loojate ja realistlike 3D-stseenide loojate seas. Selle toote võimaluste näitena võime tuua asjaolu, et selles loodi kogu filmi "Ämblikmees 2" animatsioon. Ja - mitte ainult selle filmi jaoks.
Blenderi redaktori võimaluste täielik valdamine nõuab märkimisväärset ajainvesteeringut ja 3D-graafika kõigi aspektide mõistmist, sealhulgas valgustust, lava seadistamist ja liikumist. Selles on kõik volumetrilise modelleerimise tuntud ja populaarsed tööriistad ning võimatute või veel leiutamata tööriistade jaoks on olemas Pythoni programmeerimiskeel, milles redaktor ise on kirjutatud ja milles saate selle võimalusi laiendada nii palju kui julgete.
Blenderi kasutajaskonnas on üle poole miljoni inimese ja seetõttu pole keeruline leida inimesi, kes selle valdamises abiks on.
Lihtsate projektide jaoks on Blender liiga funktsionaalne ja keeruline, kuid neile, kes hakkavad 3D-modelleerimist tõsiselt tegema, on see suurepärane valik.
