3D моделирование: что это и для чего нужно?
Раньше, чтобы построить здание или создать деталь, нужно было сначала сгенерировать идею, сделать набросок. Потом приступать к чертежам, прототипу, доведению до совершенства. Но при сборке могло оказаться, что какая-то неточность повлияла на всю работу, и теперь собрать ее невозможно, нужно начинать сначала. На это уходило много времени, материалов.
Сейчас конструкторы пользуются 3D моделями, которые позволяют от идеи сразу приступать к визуализации. Все размеры подгоняются в виртуальной модели, чертежи делают только после доведения заготовки до идеала. Таким образом, погрешности возникают только от качества и точности оборудования, на котором производят деталь.
Что такое 3D моделирование?
С английского 3-dimensional переводится, как «три размера», а сокращенно выглядит как 3D. Оно не используется отдельно, а указывается, к чему оно относится – звук, картинка, принтер, т.д. В черчении оно указывает на переход от плоского изображения к пространственному, для чего используются специальные программы.
3D-моделирование – это создание объемных объектов с использованием САПР. Они могут быть статическими и динамическими (последние используются в анимациях, мультфильмах, фильмах).
Способы моделирования
Самая информативная классификация – по способу реализации:
- воксельное;
- полигональное;
- сплайновое;
- скульптинг;
- метасферами;
- промышленное.
Воксельное
Воксель – это объемный пиксель с 6 гранями одинаковой длины. Он используется для моделирования кубиками, которые составляют пространственные объекты. Яркий пример – Minecraft, где все выполнено из кубиков. От масштаба зависят дизайнерские возможности – чем больше будет использовано кубиков, тем четче, плавне будут линии или переходы.
Такое моделирование используется в медицине и науке – МРТ, УЗИ, КТ строятся по такому принципу.
Полигональное
Это способ создания виртуального мира, персонажей в играх или фильмах. Для этого используются полигоны – треугольные или четырехугольные фрагменты, которые формируют сетку на поверхности объекта. Управляя положением вершин, граней, ребер, изменяют форму фрагмента.
Моделирование бывает:
- низкополигональным (Low-Poly) – малое число полигонов, слабая детализация, экономия ресурсов, направление набирает популярность;
- среднеполигональным (Mid-Poly) – позволяет добиться нужного рендера, получить требуемую геометрию, сетку не оптимизируют;
- высокополигональными (High-Poly) – воспроизводит копию в деталях, включает тысячи полигонов.
Чем выше детализация, тем больший ресурс потребуется. Для мобильных игр достаточно 10 000 полигонов для модели, а для кино или игр на консоли их количество может доходить до миллиона.
Для моделирования используются редакторы 3Ds Max, Maya, Cinema 4D, мы пользуемся первым.
Сплайновое
Его называют NURBS-моделированием. В основе – сплайн – плавная линия, позволяющая сгладить острые края. С ними получаются отличные прототипы животных, людей, монстров, растений. Но плавность форм требуется и в других областях – машиностроении, архитектуре. Сплайном удобно рисовать фюзеляж, памятники архитектуры, статуи.
Кривые используются трехмерные, из них создается каркас. Кроме линий в процессе участвуют многоугольники, дуги, окружности, даже текст. Со временем модель трансформируют в полигональную, но ее отличает возможность работы с каждой криво даже после преобразования.
Сплайновое моделирование похоже на векторную графику, поэтому при увеличении качество изображения сохраняется.
Программное обеспечение – CAD, 3Ds Max, Maya.
Скульптинг
В основе – принцип создания традиционных скульптур. Это полигональное моделирование, но благодаря дополнительным инструментам можно добиться максимальной степени детализации и фотореалистичности. Этот способ позволяет работать над низкополигональными моделями, придавая им большую реалистичность.
Программы: Blender, 3D Coat, Zbrush. Мы пользуемся последней.
Метасферы
С их помощью можно получить элементы с плавными формами, имеющие замкнутый контур. Соприкасаясь, сферы соединяются подобно каплям. Таким способом рисуют капли росы, кочки, прыщики.
Программное обеспечение – Blender.
Промышленные модели
Составляются САПР (CAD). В них строят механизмы, здания, конструкции, сооружения, создают модели для 3D принтеров. В них получаются детализированные детали, двигатели, самолеты, здания, прочие объекты.
Преимуществом является выставление минимальных зазоров, допустимых отраслью и степенью точности. Для формирования детали используются формы.
Оно бывает:
- Параметрическим, когда вводят параметры элементов и устанавливают пропорции. В результате получается матмодель с изменяемыми свойствами. Их корректируют, чтобы добиться нужной точности.
- Твердотельным, когда все пространство заполнено твердым веществом. То есть это не пустотелые элементы, с которыми проводятся манипуляции с поверхностями. Тут меняют свойства всего сечения. Например, сферу можно разрезать, объединить с соседними телами и пр. Это удобно при создании шестеренок, строительных конструкций, но не подходит для мягких тел – прототипов животных, людей и пр.
- Поверхностным – моделируются сложные очертания – вертолеты, тепловозы и т.д. Для этого создают отдельные поверхности, им придают определенную конфигурацию, и объединяют. После стыковки элементы обрезают до нужного размера. Так, оболочка формируется несколькими поверхностями.
Для этого используются программы SolidWorks, Solid Edge, Компас-3D. В них содержится измеримая информация, на основании которой можно выполнить расчеты, чертежи, изготовить изделие на станках ЧПУ или 3D-принтерах.
Область применения
3D модели используются в:
- индустрии развлечений – кинематограф, анимационные, мультипликационные фильмы, компьютерные игры;
- медицине – стоматология, УЗИ, КТ, МРТ, протезирование;
- навигация – карты, схемы проезда, здания, городские объекты, достопримечательности;
- архитектура и дизайн – демонстрация будущего здания, сооружения, объекта, интерьера в комнате и пр.;
- мебель – предметы интерьера, декор;
- промышленность – машиностроение, космическая, атомная, военная;
- образование, наука – реконструкция событий, мест обитания животных и людей;
- ювелирные изделия, сувениры и т.д.
Список можно продолжать и дальше. Сложной найти отрасль, в которой было бы неуместно использование 3D моделей. Это не только точные детали, но и наглядные пособия для наработки опыта разных специалистов.
Мы разработаем 3D модель любого предмета. Позвоните нам, пришлите задание на почту, и мы подготовим предложение для вас, в котором будет указана стоимость и продолжительность работ. Ждем вас!