Die uitdrukking "3D" is 'n afkorting vir die Engelse "3 dimensie", dit wil sê "3 dimensies". Simbole "3D" (in die Russiese literatuur word die afkorting "3d" ook dikwels gebruik) dui aan dat 'n voorwerp of tegnologie van ander verskil deurdat dit meer as twee dimensies het.
Waarvoor is 3D-modelle?
Alle voorwerpe in die regte wêreld het drie dimensies. Terselfdertyd gebruik ons, in die oorgrote meerderheid van die gevalle, driedimensionele voorwerpe, tweedimensionele oppervlaktes: 'n vel papier, doek, rekenaarskerm. Die beeldhouer skep driedimensionele figure, maar voordat hy 'n beeld uit graniet begin kerf, skep hy sketse waarin die toekomstige werk in verskeie aansigte - van alle kante - uitgebeeld word. Net so werk 'n argitek of ontwerper deur plat aansigte van ontwerpte produkte of geboue op 'n Whatman-papier of op 'n rekenaarskerm te vertoon.
Die onderwerp van 'teken' in die raamwerk van verpligte onderwys is daarop gemik om driedimensionele modellering te onderrig - die presiese beskrywing van voorwerpe wat volume het op 'n plat, tweedimensionele oppervlak van 'n vel papier. Daarbenewens word kinders driedimensionele modellering in kleuterskoolmodelle in die kleuterskool en laerskool onderrig. Soveel aandag aan 3D-modellering in die onderwysproses is nie toevallig nie. In enige aktiwiteit om regte voorwerpe te skep, moet u 'n goeie idee hê van hoe hierdie voorwerp van alle kante sal lyk. 'N Kleremaker en 'n klereontwerper moet weet hoe 'n pak of rok pas by 'n persoon met 'n sekere figuur. Die haarkapper skep 'n kapsel en haarstyl wat volume het en van verskillende hoeke verskil. Die juwelier modelleer sy juwele. Die tandarts moet nie net 'n mooi kunsmatige tand skep nie, maar ook die ligging daarvan in verhouding tot die res van die tande van die pasiënt in ag neem. Die skrynwerker moet die las van die driedimensionele dele baie presies kan pas. Hy wil ook visueel sien hoe die meubels wat hy ontwerp gemaklik is om te gebruik en hoe dit in die interieur sal pas.
Vir 'n lang tyd gebruik verteenwoordigers van verskillende beroepe tekeninge, wat uit baie soorte bestaan, vir driedimensionele modellering. Met die verspreiding van persoonlike rekenaars het dit moontlik geword om 'n deel van die taak om driedimensionele modelle te skep aan sagteware toe te vertrou. Ontwerp-outomatiseringstelsels (CAD) was die eerste wat die funksionaliteit van die dinamiese vertoning van geskepte driedimensionele voorwerpe op die vlak van die skerm ingesluit het. Die woord "dinamies" beteken in hierdie geval die vermoë om die beeld van 'n driedimensionele voorwerp op die skerm te draai en van alle kante af te sien. Die dinamika van 'n 3D-model kan egter ook beteken dat die model die vorm kan verander en beweeg. Die skeppers van tekenprente en rekenaarspeletjies het sulke funksies nodig.
In die tweede helfte van die twintigste eeu, selfs in die pre-rekenaar-era, het drie-dimensionele tegnieke vir oppervlakbehandeling verskyn. Kort na die einde van die Tweede Wêreldoorlog het die Amerikaanse lugmag die werk van Parsons Inc gefinansier om masjiene te skep wat ingewikkelde onderdele volgens 'n gegewe algoritme kon maal. Hierdie werke het gelei tot die skep van 'n hele klas rekenaar-numeriese beheermasjien (CNC). Die ontwerp van werkalgoritmes vir CNC-masjiene is 'n ander taak uit die veld van 3D-modellering.
In 1986 het die Amerikaanse ingenieur Charles W. Hall 'n drukker geskep wat driedimensionele voorwerpe met stereolitografie gedruk het. Later het 3D-drukkers verskyn wat driedimensionele produkte uit 'n wye verskeidenheid materiale gedruk het, waaronder drukkers om menslike organe te druk, of byvoorbeeld drukkers wat suikergoedversierings en klaarmaaltye druk. Vandag kan 'n eenvoudige, maar baie funksionele 3D-drukker vir die prys van 'n slimfoon gekoop word en volumetriese voorwerpe vir die huis daarop gedruk word, of besonderhede van modelle en verskillende toestelle. Alle 3D-drukkers vir drukwerk ontvang 'n driedimensionele model as invoer in 'n spesifieke formaat.
Basiese beginsels van 3D-modellering
'N Voorvereiste vir 3D-modellering is die aanwesigheid van ruimtelike verbeelding. Dit is belangrik om u in staat te stel om die toekomstige resultaat van werk voor te stel, geestelik te draai en dit van alle kante te ondersoek, asook te verstaan uit watter elemente die model bestaan, watter geleenthede dit bied en watter beperkings dit inhou. Van nature word elkeen se ruimtelike verbeelding in verskillende grade ontwikkel, maar net soos geletterdheid of 'n oor vir musiek, kan dit ontwikkel word. Dit is belangrik om nie tou op te gooi nie en sê vir uself dat niks werk nie, maar om ervaring op te doen deur eers eenvoudige modelle te maak en geleidelik na meer ingewikkelde modelle oor te gaan.
As u in enige CAD-program drie reghoeke teken en volgens die tekenreëls rangskik, dan kan die vertoonmodule van die driedimensionele model van die program die parallelepiped skep wat ooreenstem met hierdie drie projeksies. Deur die tekenreëls te volg, kan u ook 'n model van byna enige onderdeel skep.
Alle programme vir 3D-modellering is vektor. Dit beteken dat hulle voorwerpe nie as 'n versameling van afsonderlike punte beskryf nie, maar as 'n stel formules en slegs met hele voorwerpe werk. As u slegs die helfte van 'n voorwerp moet verander of skuif, moet u dit sny (as daar 'n instrument is wat u toelaat om dit te doen) en die helftes as nuwe voorwerpe reg te stel. Om met 'n vektorredakteur saam te werk, is dit glad nie nodig om wiskundige formules te ken nie, dit word in die program ingesluit. 'N Belangrike en nuttige gevolg van hierdie benadering is dat enige voorwerp verskuif, verander en geskaal kan word sonder om die kwaliteit in te boet. Aan die ander kant sal die program u nie verstaan as u 'n reghoek probeer teken nie, byvoorbeeld deur baie punte langs die grense te plaas wat mekaar visueel raak. Vir die program sal dit net baie punte wees, nie 'n reghoek nie. Sy sal volgens u reghoek geen aksies kan uitvoer nie. Om 'n reghoek te skep, moet u 'n geskikte instrument kies en gebruik. Dan kan die program u toelaat om enige aksies met die geskepde voorwerp uit te voer: verander dit, skuif dit na 'n gegewe punt, rek, buig, ensovoorts. Die meeste sagteware vir 3D-modellering kan ook nie werk met grafieke in rasterformaat (bmp, jpg, png, gif, ens.) Wat u byvoorbeeld van Photoshop verkry nie.
3D-modellering van "bakstene"
Die oorgrote meerderheid van die tegniese besonderhede is 'n kombinasie van volumetriese primitiewe: parallelepipeds, balle, prisma's, ensovoorts. Enige instrument vir 3D-modellering het 'n biblioteek met volumetriese primitiewe en kan dit weergee, met inagneming van die parameters wat deur die gebruiker gespesifiseer word. Om byvoorbeeld 'n model van 'n silinder te skep, is dit genoeg om die toepaslike instrument in die program te kies en die deursnee en hoogte in te stel. Ook kan alle programme vir driedimensionele ontwerp ten minste twee wiskundige bewerkings met driedimensionele figure uitvoer: optel en aftrek. As u byvoorbeeld twee silinders gemaak het van primitiewe: een met 'n deursnee van 5 cm en 'n hoogte van 1 cm, en die tweede met 'n deursnee van 3 cm en 'n hoogte vanselfsprekend groter as 1 cm, kan u dit langs die sentrale as en trek die tweede van die eerste (groter) silinder af … Die resultaat is 'n wasser van 1 cm dik met 'n buitenste deursnee van 5 cm en 'n binnediameter van 3 cm. As u byvoorbeeld 'n aparte stel aparte voorwerpe het: 'kop sonder ore en neus', 'neus', ' linkeroor "en" regteroor ", dan kan u dit verbind en dit byvoeg om 'n nuwe voorwerp te skep" kop met ore en neus ". As u 'n biblioteek met ore, neuse en koppe van verskillende vorms het, kan u, deur dit te gaan, 'n model van die kop van u vriend (of u eie) skep. Deur dan die "mond" -voorwerp van die kop af te trek, kan u 'n kop met 'n mond kry. Om 'n 3D-model te maak uit "bakstene", voorwerpe wat beskikbaar is in die programbiblioteek of van buite in die program gelaai is, is 'n eenvoudige en een van die gewildste maniere.
Natuurlik is daar geen "boustene" vir alle gevalle in enige program nie. Baie voorwerpe kan egter geskep word deur ander voorwerpe in die ruimte te skuif of deur dit te verander. U kan byvoorbeeld dieselfde silinder skep deur 'n sirkel as basis te neem en op te skuif, en elke stap te hou deur die posisies in een voorwerp by te voeg. As die program so 'n instrument het, sal dit alles op sigself doen, hoef u net te spesifiseer: langs watter baan en hoe ver u die basis moet beweeg. U kan dus 'n nuwe voorwerp skep - 'n pyp uit die wasser wat geskep is volgens die tegnologie hierbo beskryf. Insluitend - 'n pyp met baie draaie van enige gegewe kromming. 'N Belangrike punt: hiervoor moet die sirkel aanvanklik driedimensioneel wees. Laat - met weglaatbare dikte, maar nie gelyk aan nul nie. Om dit te doen, moet die program 'n instrument hê om 'n plat figuur met nul dikte om te skakel in 'n driedimensionele een met 'n weglaatbare, maar spesifieke dikte.
3D-modellering van veelhoeke
Baie 3D-modelleringsprogramme werk met spesiale soorte voorwerpe wat 'maas' genoem word. 'N Maas is 'n veelhoekige gaas of 'n versameling hoekpunte, rande en vlakke van 'n 3D-voorwerp. Om 'n voorwerp wat uit maas bestaan, te verstaan, kan u byvoorbeeld kyk na 'n robot wat uit Lego-onderdele geskep is. Elke stuk is 'n aparte maas. As die gemiddelde grootte van 'n Lego-onderdeel 1 cm is en u 'n robot van 50 cm hoog saamstel, is dit moontlik om die beeld (byvoorbeeld van 'n persoon) wat u daarin gelê het, te herken. Die realisme van so 'n beeldhouwerk sal egter baie middelmatig wees. Nog 'n gesprek as u 'n robot skep wat 50 kilometer hoog is van dele met 'n gemiddelde grootte van 1 cm. As u 'n ordentlike afstand gaan om die hele reuse beeldhouwerk te sien, sal u die hoekigheid van die oppervlak nie raaksien nie en kan die robot lyk soos 'n lewende persoon met 'n gladde vel.
Die gaas kan so klein wees as wat u wil, wat beteken dat u enige visuele gladheid van die modeloppervlak kan bereik. Basies is die konstruksie van 'n voorwerp uit maas dieselfde as pixelkuns in 'n 2D-beeld. Ons onthou egter dat die stel punte in die vorm van 'n reghoek nie 'n "reghoek" -voorwerp is nie. Dit beteken dat die kontoere met volume gevul moet word om die beeld wat van die maas gemaak word, 'n driedimensionele voorwerp te word. Daar is hulpmiddels hiervoor, maar dit word gereeld vergeet deur nuwelinge in 3D-modellering. Net soos die feit dat 'n oppervlak (byvoorbeeld 'n bol) in 'n volumetriese figuur moet verander, moet dit heeltemal toe wees. Dit is die moeite werd om een punt (een maas) van die afgewerkte geslote oppervlak te verwyder, en die program kan dit nie in 'n 3D-voorwerp verander nie.
Die beweging en voorkoms van die 3D-model
Stel jou voor dat jy 'n motorvoorwerp uit gaas of op enige ander manier skep. As u in die program vir driedimensionele modellering die trajek en die bewegingsnelheid van enige punt binne die voorwerp volgens die formule stel, stel u die voorwaarde dat alle ander punte sinchronies beweeg, dan sal die motor ry. As die wiele van die motor terselfdertyd as afsonderlike voorwerpe gekies word en afsonderlike trajekte van beweging en draai toegewys word aan hul sentrums, dan draai die wiele van die motor langs die pad. Deur die korrekte ooreenstemming te kies tussen die beweging van die bak en sy wiele, kan u die realisme van die finale spotprent bereik. Net so kan u 'n 'menslike' voorwerp laat beweeg, maar dit vereis 'n begrip van die menslike anatomie en die dinamika van loop of hardloop. En dan - alles is eenvoudig: 'n geraamte word in die voorwerp geskep, en elkeen van sy dele het sy eie bewegingswette.
'N Voorwerp wat in 'n driedimensionele modelprogram geskep word, kan in sy vorm 'n werklike monster uit die lewe of fantasie van die skepper volledig herhaal, dit kan realisties beweeg, maar nog steeds sal daar nog een eienskap ontbreek om dit volledig aan te pas. Hierdie eienskap is tekstuur. Die kleur en ruheid van die oppervlak bepaal ons persepsie, en daarom het die meeste 3d-redakteurs ook instrumente om teksture te skep, insluitend biblioteke van kant-en-klare oppervlaktes: van hout en metaal tot die dinamiese tekstuur van 'n woedende see in die maanlig. Nie alle 3D-modelleringstake benodig sulke funksies nie. As u 'n model skep om op 'n 3D-drukker te druk, word die tekstuur van die oppervlak bepaal deur die materiaal wat gedruk moet word. As u 'n kabinet in CAD vir meubelmakers ontwerp, sal dit natuurlik vir u interessant wees om die produk in die tekstuur van die geselekteerde houtsoorte te "aantrek", maar dit sal baie belangriker wees om sterkteberekeninge in dieselfde program.
Lêerformate in 3D-modellering
Sagteware vir die skep, redigering en vervaardiging van 3D-voorwerpe word deur tientalle toepassings en pakkette op die mark aangebied. Baie ontwikkelaars van sulke sagteware gebruik hul eie lêerformate om simulasie-resultate te bespaar. Dit stel hulle in staat om hul produkte beter te benut en hul ontwerpe teen misbruik te beskerm. Daar is meer as honderd 3D-lêerformate. Sommige van hulle is gesluit, dit wil sê die skeppers laat nie toe dat ander programme hul lêerformate gebruik nie. Hierdie situasie bemoeilik die interaksie tussen mense wat besig is met 3D-modellering. 'N Uitleg of model wat in een program geskep word, is dikwels baie moeilik of onmoontlik om in 'n ander program in te voer en om te skakel.
Daar is wel oop 3D-grafiese lêerformate wat byna alle programme vir die werk met 3d verstaan:
. COLLADA is 'n universele XML-gebaseerde formaat wat spesifiek ontwerp is vir die uitruil van lêers tussen programme van verskillende ontwikkelaars. Hierdie formaat word ondersteun (in sommige gevalle is 'n spesiale inprop nodig) deur gewilde produkte soos Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Hierdie formaat kan ook die nuutste weergawes van Adobe Photoshop verstaan.
. OBJ - Ontwikkel deur Wavefront Technologies. Hierdie formaat is oopbron en word deur baie ontwikkelaars van 3D-grafiese redakteurs aangeneem. Die meeste 3D-modelleringsagteware kan.obj-lêers invoer en uitvoer.
. STL is 'n formaat wat ontwerp is vir die stoor van lêers wat bedoel is om met stereolitografie te druk. Baie 3d-drukkers kan vandag direk vanaf.stl druk. Dit word ook ondersteun deur baie snyers - programme vir die voorbereiding van drukwerk op 'n 3D-drukker.
Aanlyn 3d redakteur tinkercad.com
Die webwerf tinkercad.com, wat deur Autodesk besit word, is die beste oplossing vir diegene wat van vooraf begin met 3D-modellering. Heeltemal gratis. Die webwerf is maklik om te leer en het verskeie lesse waarmee u binne 'n uur die belangrikste funksies kan verstaan en aan die gang kan kom. Die webwerf-koppelvlak is in Russies vertaal, maar die lesse is slegs in Engels beskikbaar. Basiese kennis van Engels is egter genoeg om die lesse te verstaan. Daarbenewens is dit nie moeilik om Russies-gidse en vertalings van tinkercad-lesse op die internet te vind nie.
'N Groot aantal volumetriese primitiewe is beskikbaar in die werksruimte van die webwerf, insluitend dié wat deur ander gebruikers geskep is. Daar is gereedskap om te skaal, om na 'n koördinaatrooster en sleutelpunte van voorwerpe te klik. Enige voorwerp kan in 'n gat omskep word. Geselekteerde voorwerpe kan gekombineer word. Dit is hoe die optel en aftrek van voorwerpe geïmplementeer word. Die geskiedenis van transformasies is beskikbaar, ook vir pas gestoorde voorwerpe, wat baie handig is as u baie stappe moet teruggaan.
Vir diegene vir wie die bogenoemde elementêre funksies nie genoeg is nie, is daar 'n funksie vir die skryf van tekste en dienooreenkomstig om komplekse tekste te skep vir die transformasie van voorwerpe.
Geen gereedskap om voorwerpe te sny nie. Daar is geen veelhoeke in hul suiwer vorm nie (die veelhoekige model word tot 'n mate in kromlynige voorwerpprimitiewe geïmplementeer). Geen teksture nie. Met tinkercad kan u egter redelik komplekse en artistieke voorwerpe skep.
Ondersteun die invoer en uitvoer van lêers in STL, OBJ, SVG formate.
SketchUp
Semi-professionele 3D-grafiese redakteur van Trimble Inc, 'n paar jaar gelede deur Google Corporation verkry. Die Pro-weergawe kos $ 695. Daar is 'n gratis aanlyn-weergawe met beperkte funksionaliteit.
'N Paar jaar gelede was daar 'n gratis desktop-weergawe van die redakteur, maar vandag is slegs die aanlyn-weergawe sonder geld beskikbaar. Die webweergawe het eenvoudige tekeninstrumente om krommes te maak en die Extrude-instrument waarmee u 'n soliede vorm van 'n plat prentjie kan skep. Daar is ook lae en teksture in die webweergawe. 'N Biblioteek van voorwerpe en teksture wat deur die gebruiker geskep is, is beskikbaar.
Invoer is moontlik vir lêers van sy eie formaat (SketchUp-projek). U kan ook 'n.stl-lêer as voorwerp op die toneel plaas.
Skakels met Google laat SketchUp toe om met die internetreus se dienste te integreer. Dit is nie net toegang tot wolkopberging nie, waar u baie gereedgemaakte tonele en voorwerpe kan vind om in u werk te gebruik, maar ook die moontlikheid om satelliet- en lugfoto's vanaf Google Earth in te voer om realistiese tonele te skep.
Oor die algemeen is die funksies van die gratis weergawe van SketchUp merkbaar hoër as die funksies wat in tinkercad beskikbaar is, maar die SketchUp-webwerf vertraag dikwels wanneer u ernstige bedrywighede wil uitvoer, asof dit daarop dui dat dit beter is om na die betaalde weergawe oor te skakel. van die produk. Die gratis weergawe van SketchUp bied 'n aanbod om geld te betaal om sy vermoëns byna elke stap uit te brei.
Aangesien SketchUp Pro goeie funksies het en algemeen gebruik word, byvoorbeeld in die ontwerp van meubels of die ontwikkeling van interieurontwerp, kan ons aanbeveel om die gratis webweergawe van die produk te bemeester vir diegene wat 'n stap wil neem na ernstige modellering, maar is nog nie seker van hul sterk punte en doelmatigheid nie.
Blender
Blender is 'n legendariese projek wat saam met Linux of PostgreSQL toon dat 'n gemeenskap van programmeerders wat verenig is deur die idee van gratis verspreiding van sagteware byna alles kan doen.
Blender is 'n professionele 3D-grafiese redakteur met byna onbeperkte moontlikhede. Hy het die grootste gewildheid verwerf onder die skeppers van animasie en realistiese 3D-tonele. As voorbeeld van die funksies van hierdie produk kan ons die feit noem dat al die animasies vir die film "Spider-Man 2" daarin geskep is. En - nie net vir hierdie film nie.
Om die vermoëns van die Blender-redakteur volledig te bemeester, verg baie tyd en begrip van alle aspekte van 3D-grafika, insluitend beligting, toneelopset en beweging. Dit het al die bekende en gewilde instrumente vir volumetriese modellering, en vir onmoontlike of nog nie uitgevonde instrumente is daar die Python-programmeertaal waarin die redakteur self geskryf is en waarin u die vermoëns soveel kan uitbrei as wat u dit waag.
Die gebruikersgemeenskap van Blender tel meer as 'n halfmiljoen mense en daarom sal dit nie moeilik wees om mense te vind wat help om dit te bemeester nie.
Vir eenvoudige projekte is Blender te funksioneel en kompleks, maar vir diegene wat ernstig 3D-modellering gaan doen, is dit 'n uitstekende keuse.
