Ungkapan "3D" adalah singkatan untuk bahasa Inggeris "3 dimensi", iaitu "3 dimensi". Simbol "3D" (dalam kesusasteraan Rusia, singkatan "3d" juga sering digunakan) menunjukkan bahawa objek atau teknologi berbeza dari yang lain kerana ia mempunyai lebih dari dua dimensi.
Untuk apa model 3D?
Semua objek di dunia nyata mempunyai tiga dimensi. Pada masa yang sama, dalam kebanyakan kes, untuk mewakili objek tiga dimensi, kami menggunakan permukaan dua dimensi: selembar kertas, kanvas, layar komputer. Pemahat mencipta tiga dimensi, tetapi sebelum mula mengukir patung dari granit, dia membuat lakaran di mana karya masa depan digambarkan dalam beberapa pandangan - dari semua sisi. Begitu juga, seorang arkitek atau pereka berfungsi dengan memaparkan paparan rata-rata produk atau bangunan yang dirancang pada kertas Whatman atau di skrin komputer.
Subjek "melukis" dalam kerangka pendidikan wajib bertujuan untuk mengajar pemodelan tiga dimensi - keterangan tepat mengenai objek yang mempunyai isipadu, pada permukaan dua dimensi yang rata, selembar kertas. Di samping itu, kanak-kanak diajar pemodelan tiga dimensi di kelas pemodelan plasticine di tadika dan sekolah rendah. Begitu banyak perhatian terhadap pemodelan 3D dalam proses pendidikan tidak sengaja. Dalam sebarang aktiviti untuk membuat objek sebenar, anda mesti mempunyai idea yang baik tentang bagaimana objek ini akan kelihatan dari semua sisi. Seorang tukang jahit dan pereka pakaian mesti tahu bagaimana pakaian atau pakaian akan sesuai dengan seseorang dengan sosok tertentu. Pendandan rambut membuat potongan rambut dan gaya rambut yang akan mempunyai kelantangan dan kelihatan berbeza dari sudut yang berbeza. Penjaja itu memperagakan perhiasannya. Doktor gigi tidak hanya mesti membuat gigi tiruan yang cantik, tetapi juga mengambil kira lokasinya berbanding dengan gigi pesakit yang lain. Tukang kayu mesti dapat memasangkan sendi bahagian tiga dimensi dengan tepat. Dia juga ingin melihat secara visual bagaimana perabot yang dirancangnya senang digunakan dan bagaimana perabotnya sesuai dengan bahagian dalam.
Untuk sekian lama, perwakilan dari pelbagai profesi telah menggunakan lukisan, yang terdiri daripada banyak jenis, untuk pemodelan tiga dimensi. Dengan berkembangnya komputer peribadi, menjadi mungkin untuk mempercayakan sebahagian tugas membuat model tiga dimensi ke perisian. Sistem automasi reka bentuk (CAD) adalah yang pertama menyertakan fungsi paparan dinamik objek tiga dimensi yang dibuat pada bidang layar. Kata "dinamik", dalam hal ini, bermaksud kemampuan untuk memutar gambar objek tiga dimensi di layar dan melihatnya dari semua sisi. Walau bagaimanapun, dinamika model 3D juga boleh bermaksud kemampuan model untuk mengubah bentuk dan pergerakannya. Pencipta kartun dan permainan komputer memerlukan fungsi seperti itu.
Pada separuh kedua abad kedua puluh, bahkan pada era pra-komputer, teknologi rawatan permukaan tiga dimensi muncul. Tidak lama selepas berakhirnya Perang Dunia II, Angkatan Udara AS membiayai kerja Parsons Inc untuk membuat mesin yang dapat menggiling bahagian-bahagian yang kompleks mengikut algoritma tertentu. Karya-karya ini membawa kepada penciptaan seluruh kelas alat mesin kawalan berangka komputer (CNC). Merancang algoritma kerja untuk mesin CNC adalah tugas lain dari bidang pemodelan 3D.
Pada tahun 1986, jurutera Amerika Charles W. Hall membuat pencetak yang mencetak objek tiga dimensi menggunakan stereolitografi. Kemudian, pencetak 3D muncul, mencetak produk tiga dimensi dari pelbagai bahan, termasuk pencetak untuk mencetak organ manusia, atau, misalnya, pencetak yang mencetak hiasan gula-gula dan makanan siap. Hari ini, pencetak 3D yang mudah tetapi cukup berfungsi boleh dibeli dengan harga telefon pintar, dan dicetak di atasnya objek volumetrik untuk kediaman, atau perincian model dan pelbagai peranti. Semua pencetak 3D untuk pencetakan menerima model tiga dimensi sebagai input dalam format tertentu.
Prinsip asas pemodelan 3D
Prasyarat untuk pemodelan 3D adalah kehadiran imaginasi spasial. Penting untuk dapat membayangkan hasil kerja masa depan, berputar secara mental dan memeriksanya dari semua pihak, serta memahami elemen apa yang terdiri daripada model tersebut, peluang apa yang diberikannya dan sekatan apa yang dikenakannya. Secara semula jadi, imaginasi spasial setiap orang dikembangkan ke berbagai tahap, namun, seperti literasi atau telinga untuk muzik, ia dapat dikembangkan. Penting untuk tidak menyerah, mengatakan pada diri sendiri bahawa tidak ada yang berhasil, tetapi untuk mendapatkan pengalaman dengan membuat model sederhana pada mulanya, secara beransur-ansur beralih ke model yang lebih kompleks.
Sekiranya dalam program CAD anda melukis tiga segi empat tepat dan menyusunnya sesuai dengan peraturan menggambar, maka modul paparan model tiga dimensi program akan dapat membuat dan memaparkan pada layar paralel yang sesuai dengan ketiga unjuran ini. Begitu juga, dengan mengikuti peraturan menggambar, anda boleh membuat model hampir semua bahagian.
Semua program untuk pemodelan 3d adalah vektor. Ini bermaksud bahawa mereka menggambarkan objek bukan sebagai kumpulan titik terpisah, tetapi sebagai satu set formula dan hanya berfungsi dengan keseluruhan objek. Sekiranya anda perlu menukar atau memindahkan hanya separuh objek, maka anda perlu memotongnya (jika ada alat yang membolehkan anda melakukan ini) dan memperbaiki bahagiannya sebagai objek baru. Untuk bekerja dengan editor vektor, sama sekali tidak perlu mengetahui formula matematik, mereka termasuk dalam program. Konsekuensi penting dan berguna dari pendekatan ini adalah bahawa objek apa pun dapat dipindahkan, diubah dan diskalakan tanpa menjejaskan kualiti. Sebaliknya, program ini tidak akan memahami anda jika anda cuba melukis sebuah segi empat tepat, misalnya, dengan meletakkan banyak titik di sepanjang sempadannya yang saling menyentuh antara satu sama lain. Untuk program ini, hanya akan banyak poin, bukan segi empat tepat. Dia tidak akan dapat melakukan tindakan dengan ini, pada pendapat anda, segi empat tepat. Untuk membuat segi empat tepat, anda perlu memilih alat yang sesuai dan menggunakannya. Kemudian program akan membolehkan anda melakukan apa-apa tindakan dengan objek yang dibuat: mengubahnya, memindahkannya ke titik tertentu, meregangkan, membengkok, dan sebagainya. Juga, kebanyakan perisian untuk pemodelan 3d tidak dapat berfungsi dengan grafik dalam format raster (bmp, jpg, png, gif, dll.) Yang diperoleh, misalnya, dari Photoshop.
Pemodelan 3d dari "batu bata"
Sebilangan besar butiran teknikal adalah gabungan primitif volumetrik: parallelepipeds, bola, prisma, dan sebagainya. Apa-apa alat untuk pemodelan 3d mempunyai perpustakaan primitif volumetrik dan dapat menghasilkannya semula, dengan mengambil kira parameter yang ditentukan oleh pengguna. Sebagai contoh, untuk membuat model silinder, cukup memilih alat yang sesuai dalam program dan menetapkan diameter dan ketinggian. Juga, semua program untuk reka bentuk tiga dimensi dapat melakukan sekurang-kurangnya dua operasi matematik dengan angka tiga dimensi: penambahan dan pengurangan. Jadi, sebagai contoh, setelah membuat dua silinder dari primitif: satu dengan diameter 5 cm dan tinggi 1 cm, dan yang kedua dengan diameter 3 cm dan tinggi yang jelas lebih besar daripada 1 cm, anda boleh menggabungkannya sepanjang paksi tengah dan tolak yang kedua dari silinder pertama (lebih besar) … Hasilnya adalah mesin basuh setebal 1 cm dengan diameter luar 5 cm dan diameter dalam 3 cm. Sekiranya anda mempunyai, misalnya, sekumpulan objek yang terpisah: "kepala tanpa telinga dan hidung", "hidung", " telinga kiri "dan" telinga kanan ", maka anda boleh menghubungkannya dan menambahkannya untuk membuat objek baru" kepala dengan telinga dan hidung ". Sekiranya anda mempunyai perpustakaan telinga, hidung dan kepala dengan bentuk yang berbeza, maka anda boleh, dengan melaluinya, membuat model kepala rakan anda (atau anda sendiri). Kemudian, dengan mengurangkan objek "mulut" dari kepala yang dihasilkan, anda boleh mendapatkan kepala dengan mulut. Membuat model 3d dari "batu bata", objek yang terdapat di perpustakaan program atau dimuat ke dalam program dari luar, adalah kaedah yang mudah dan paling popular.
Sudah tentu, tidak ada "blok bangunan" untuk semua kes dalam program apa pun. Walau bagaimanapun, banyak objek dapat dibuat dengan menggerakkan objek lain di angkasa atau dengan mengubahnya. Sebagai contoh, anda boleh membuat silinder yang sama dengan mengambil bulatan sebagai pangkalan dan menggerakkannya ke atas, menjaga setiap langkah dengan menambahkan kedudukan dalam satu objek. Sekiranya program ini mempunyai alat seperti itu, maka ia akan melakukan semuanya dengan sendirinya, anda hanya perlu menentukan: sepanjang lintasan mana dan sejauh mana anda perlu memindahkan pangkalannya. Oleh itu, dari mesin cuci yang dibuat mengikut teknologi yang dijelaskan di atas, anda boleh membuat objek baru - paip. Termasuk - paip dengan lekukan yang banyak. Titik penting: untuk ini, bulatan pada mulanya mestilah tiga dimensi. Biarkan - dengan ketebalan yang boleh diabaikan, tetapi tidak sama dengan sifar. Untuk melakukan ini, program mesti mempunyai alat untuk menukar angka rata dengan ketebalan sifar menjadi tiga dimensi dengan ketebalan yang boleh diabaikan, tetapi spesifik.
Pemodelan 3d dari poligon
Banyak program pemodelan 3D berfungsi dengan jenis objek khas yang disebut "meshes". Mesh adalah mesh poligonal, atau kumpulan simpul, tepi, dan wajah objek 3D. Untuk memahami objek yang terdiri daripada jerat, anda boleh melihat, misalnya, robot yang dibuat dari bahagian Lego. Setiap bahagian adalah mesh yang terpisah. Sekiranya ukuran rata-rata bahagian Lego adalah 1 cm, dan anda memasang robot setinggi 50 cm, maka anda mungkin dapat mengenali gambar (misalnya, seseorang) yang telah anda letakkan di dalamnya. Walau bagaimanapun, realisme patung sedemikian akan sangat biasa-biasa saja. Perbualan lain, jika anda membuat robot setinggi 50 kilometer dari bahagian dengan ukuran purata 1 cm. Sekiranya anda menempuh jarak yang cukup baik untuk melihat keseluruhan patung raksasa, anda tidak akan melihat sudut permukaan dan robot itu boleh kelihatan seperti orang yang hidup dengan kulit halus.
Mesh dapat sekecil yang anda mahukan, yang bermaksud anda dapat mencapai kehalusan visual permukaan model. Pada asasnya, membina objek dari jerat sama dengan seni piksel dalam gambar 2D. Namun, kita ingat bahawa set titik dalam bentuk segi empat tepat bukan objek "segi empat tepat". Ini bermaksud bahawa agar gambar yang dibuat dari jerat menjadi objek tiga dimensi, konturnya harus diisi dengan kelantangan. Terdapat alat untuk ini, tetapi mereka sering dilupakan oleh pendatang baru untuk pemodelan 3D. Sama seperti kenyataan bahawa agar permukaan (sfera, misalnya) berubah menjadi bentuk volumetrik, ia mesti ditutup sepenuhnya. Perlu dikeluarkan satu titik (satu mesh) dari permukaan tertutup yang sudah selesai, dan program ini tidak akan dapat mengubahnya menjadi objek 3D.
Pergerakan dan penampilan model 3D
Bayangkan membuat objek kereta dari jerat, atau dengan cara lain. Sekiranya dalam program pemodelan tiga dimensi Anda menetapkan lintasan dan kecepatan pergerakan titik apa pun di dalam objek dengan rumus, menetapkan syarat bahawa semua titik lain bergerak serentak, maka kereta akan memandu. Sekiranya, pada masa yang sama, roda kereta dipilih sebagai objek yang terpisah dan lintasan pergerakan dan putaran yang terpisah ditugaskan ke pusatnya, maka roda kereta akan berputar di sepanjang jalan. Dengan memilih korespondensi yang betul antara pergerakan badan kereta dan roda, anda dapat mencapai realisme kartun terakhir. Begitu juga, anda boleh membuat objek "manusia" bergerak, tetapi ini memerlukan pemahaman mengenai anatomi manusia dan dinamika berjalan atau berlari. Dan kemudian - semuanya mudah: rangka dibuat di dalam objek, dan setiap bahagiannya diberi undang-undang pergerakannya sendiri.
Objek yang dibuat dalam program pemodelan tiga dimensi dapat dalam bentuknya mengulangi sampel sebenar dari kehidupan atau fantasi pencipta, ia dapat bergerak secara realistik, tetapi masih akan kekurangan satu lagi ciri untuk menyamai sepenuhnya. Ciri ini adalah tekstur. Warna dan kekasaran permukaan menentukan persepsi kita, jadi kebanyakan penyunting 3d juga mempunyai alat untuk membuat tekstur, termasuk perpustakaan permukaan siap pakai: dari kayu dan logam hingga tekstur dinamis laut yang bergelora di bawah sinar bulan. Namun, tidak semua tugas pemodelan 3D memerlukan fungsi tersebut. Sekiranya anda membuat model untuk mencetak pada pencetak 3D, maka tekstur permukaannya akan ditentukan oleh bahan yang akan dicetak. Sekiranya anda merancang kabinet dalam bentuk CAD untuk pembuat perabot, tentu saja akan menarik bagi anda untuk "menggayakan" produk dengan tekstur spesies kayu yang dipilih, tetapi akan lebih penting untuk membuat pengiraan kekuatan di program yang sama.
Format fail dalam pemodelan 3d
Perisian untuk membuat, mengedit dan membuat objek 3d dipersembahkan di pasaran oleh puluhan aplikasi dan pakej. Banyak pembangun perisian tersebut menggunakan format fail mereka sendiri untuk menyimpan hasil simulasi. Ini membolehkan mereka memanfaatkan produk mereka dengan lebih baik dan melindungi reka bentuk mereka dari penyalahgunaan. Terdapat lebih dari seratus format fail 3D. Sebahagian daripadanya ditutup, iaitu pencipta tidak membenarkan program lain menggunakan format failnya. Keadaan ini merumitkan interaksi orang yang terlibat dalam pemodelan 3d. Susun atur atau model yang dibuat dalam satu program selalunya sangat sukar atau mustahil untuk diimport dan ditukarkan dalam program lain.
Terdapat, bagaimanapun, format fail grafik 3D terbuka yang difahami oleh hampir semua program untuk bekerja dengan 3d:
. COLLADA adalah format berasaskan XML sejagat yang direka khusus untuk pertukaran fail antara program dari pembangun yang berbeza. Format ini disokong (dalam beberapa kes, pemalam khas diperlukan) oleh produk popular seperti Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Juga, format ini dapat memahami versi terbaru Adobe Photoshop.
. OBJ - Dibangunkan oleh Wavefront Technologies. Format ini adalah sumber terbuka dan diguna pakai oleh banyak pembangun penyunting grafik 3D. Sebilangan besar perisian pemodelan 3d mempunyai keupayaan untuk mengimport dan mengeksport fail.obj.
. STL adalah format yang direka untuk menyimpan fail yang bertujuan untuk mencetak menggunakan stereolitografi. Banyak pencetak 3d hari ini boleh mencetak terus dari.stl. Ia juga disokong oleh banyak alat pemotong - program untuk menyiapkan percetakan pada pencetak 3D.
Editor 3d dalam talian tinkercad.com
Laman web tinkercad.com, yang dimiliki oleh Autodesk, adalah penyelesaian terbaik bagi mereka yang mula melakukan pemodelan 3D dari awal. Sepenuhnya percuma. Mudah dipelajari, laman web ini mempunyai beberapa pelajaran yang membolehkan anda memahami fungsi utama dalam masa satu jam dan memulakannya. Antara muka laman web telah diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia, tetapi pelajarannya hanya tersedia dalam bahasa Inggeris. Walau bagaimanapun, pengetahuan asas bahasa Inggeris sudah cukup untuk memahami pelajaran. Di samping itu, tidak sukar untuk mencari panduan berbahasa Rusia dan terjemahan pelajaran tinkercad di Internet.
Sebilangan besar primitif volumetrik terdapat di ruang kerja laman web ini, termasuk yang dibuat oleh pengguna lain. Terdapat alat untuk penskalaan, geser ke grid koordinat dan ke titik utama objek. Objek apa pun boleh ditukar menjadi lubang. Objek yang dipilih dapat digabungkan. Ini adalah bagaimana penambahan dan pengurangan objek dilaksanakan. Sejarah transformasi tersedia, termasuk untuk objek yang baru disimpan, yang sangat mudah apabila anda perlu mengundurkan banyak langkah.
Bagi mereka yang fungsi dasar yang dinyatakan di atas tidak mencukupi, terdapat fungsi untuk menulis skrip dan, dengan itu, membuat skrip yang kompleks untuk mengubah objek.
Tiada alat untuk memotong objek. Tidak ada poligon dalam bentuk murni mereka (model poligonal dilaksanakan, hingga tahap tertentu, dalam primitif objek curvilinear). Tanpa tekstur. Walau bagaimanapun, tinkercad membolehkan anda membuat objek yang cukup kompleks dan artistik.
Menyokong import dan eksport fail dalam format STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Penyunting grafik 3d separa profesional dari Trimble Inc, diperoleh beberapa tahun yang lalu oleh Google Corporation. Versi Pro berharga $ 695. Terdapat versi dalam talian percuma dengan fungsi terhad.
Beberapa tahun yang lalu terdapat versi desktop editor percuma, tetapi hari ini hanya versi dalam talian yang tersedia tanpa wang. Versi web mempunyai alat melukis yang sederhana, membuat lengkung dan alat Extrude, yang membolehkan anda membuat pepejal dari gambar rata. Juga dalam versi web terdapat lapisan dan tekstur. Terdapat perpustakaan objek dan tekstur buatan pengguna.
Import mungkin untuk fail dengan formatnya sendiri (projek SketchUp). Anda juga boleh memasukkan fail.stl ke tempat kejadian sebagai objek.
Pautan dengan Google membolehkan SketchUp berintegrasi dengan perkhidmatan gergasi internet. Ini bukan hanya akses ke penyimpanan awan, di mana anda dapat menemukan banyak pemandangan dan objek siap pakai untuk digunakan dalam karya anda, tetapi juga kemampuan untuk mengimport gambar satelit dan udara dari Google Earth untuk membuat pemandangan yang realistik.
Secara umum, kemampuan SketchUp versi percuma jauh lebih tinggi daripada fungsi yang ada di tinkercad, tetapi laman web SketchUp sering melambatkan ketika cuba melakukan beberapa operasi yang serius, seolah-olah mengisyaratkan lebih baik beralih ke versi berbayar produk. Versi percuma SketchUp hadir dengan tawaran untuk membayar wang untuk mengembangkan kemampuannya hampir setiap langkah.
Memandangkan SketchUp Pro mempunyai fungsi yang baik dan digunakan secara meluas, misalnya, dalam reka bentuk perabot atau pengembangan reka bentuk dalaman, kami dapat mengesyorkan menguasai versi web produk percuma bagi mereka yang ingin mengambil langkah menuju pemodelan yang serius, tetapi belum yakin dengan kekuatan dan kegunaannya. peralihan ke versi berbayar.
Pengisar
Blender adalah projek legenda yang menunjukkan, bersama dengan Linux atau PostgreSQL, bahawa komuniti pengaturcara yang disatukan oleh idea pengedaran perisian percuma dapat melakukan hampir apa sahaja.
Blender adalah penyunting grafik 3d profesional dengan kemungkinan yang hampir tidak terhad. Dia mendapat populariti terbesar di kalangan pencipta animasi dan pemandangan 3D yang realistik. Sebagai contoh kemampuan produk ini, kita dapat menyebutkan fakta bahawa semua animasi untuk filem "Spider-Man 2" dibuat di dalamnya. Dan - bukan hanya untuk filem ini.
Menguasai sepenuhnya kemampuan penyusun Blender memerlukan pelaburan masa dan pemahaman yang besar mengenai semua aspek grafik 3D, termasuk pencahayaan, pengaturan panggung dan pergerakan. Ia mempunyai semua alat yang terkenal dan popular untuk pemodelan volumetrik, dan untuk alat yang mustahil atau belum diciptakan terdapat bahasa pengaturcaraan Python, di mana editor itu sendiri ditulis dan di mana anda dapat mengembangkan kemampuannya sebanyak yang anda berani.
Komuniti pengguna Blender berjumlah lebih daripada setengah juta orang dan oleh itu tidak sukar untuk mencari orang yang akan membantu dalam menguasainya.
Untuk projek mudah, Blender terlalu berfungsi dan kompleks, tetapi bagi mereka yang akan melakukan pemodelan 3d dengan serius, itu adalah pilihan yang bagus.
