Izraz "3D" skraćenica je od engleskog "3 dimenzija", odnosno "3 dimenzije". Simboli "3D" (u ruskoj literaturi se često koristi i skraćenica "3d") ukazuju na to da se predmet ili tehnologija razlikuje od ostalih po tome što ima više od dvije dimenzije.
Čemu služe 3D modeli?
Svi objekti u stvarnom svijetu imaju tri dimenzije. Istovremeno, u velikoj većini slučajeva, za predstavljanje trodimenzionalnih objekata koristimo dvodimenzionalne površine: list papira, platno, ekran računara. Kipar stvara trodimenzionalne figure, ali prije nego što krene skulpturu urezivati od granita, stvara skice na kojima je buduće djelo prikazano u nekoliko pogleda - sa svih strana. Slično tome, arhitekta ili dizajner radi prikazivanjem ravnih pogleda dizajniranih proizvoda ili zgrada na Whatman papiru ili na ekranu računara.
Predmet "crtanje" u okviru obaveznog obrazovanja ima za cilj podučavanje trodimenzionalnom modeliranju - tačnom opisu predmeta koji imaju zapreminu, na ravnoj, dvodimenzionalnoj površini lista papira. Pored toga, djecu podučavaju trodimenzionalnom modeliranju na časovima modeliranja plastelinom u vrtiću i osnovnoj školi. Tolika pažnja 3D modeliranju u obrazovnom procesu nije slučajna. U bilo kojoj aktivnosti stvaranja stvarnih predmeta, morate imati dobru predstavu kako će ovaj objekt izgledati sa svih strana. Krojač i dizajner odjeće moraju znati kako će odijelo ili haljina pristajati osobi s određenom figurom. Frizer stvara frizuru i frizuru koja će imati volumen i izgledati drugačije iz različitih uglova. Zlatar modelira svoj nakit. Stomatolog mora stvoriti ne samo lijep umjetni zub, već i uzeti u obzir njegovo mjesto u odnosu na ostatak pacijentovih zuba. Stolar mora biti u mogućnosti da vrlo precizno uklopi spojeve trodimenzionalnih dijelova. Također bi želio vizualno vidjeti kako će namještaj koji dizajnira biti prikladan za upotrebu i kako će se uklopiti u interijer.
Dugo su se predstavnici različitih profesija koristili crtežima, koji se sastoje od mnogih vrsta, za trodimenzionalno modeliranje. Širenjem ličnih računara postalo je moguće povjeriti dio zadatka stvaranja trodimenzionalnih modela softveru. Sistemi za automatizaciju dizajna (CAD) prvi su uključili funkcionalnost dinamičkog prikaza stvorenih trodimenzionalnih objekata u ravni ekrana. Riječ "dinamički" u ovom slučaju znači sposobnost okretanja slike trodimenzionalnog objekta na ekranu i gledanja sa svih strana. Međutim, dinamika 3D modela može značiti i sposobnost modela da mijenja svoj oblik i kreće se. Kreatori crtanih filmova i računarskih igara imaju potrebu za takvom funkcionalnošću.
U drugoj polovini dvadesetog vijeka, čak i u predkompjutersku eru, pojavile su se trodimenzionalne tehnologije površinske obrade. Ubrzo nakon završetka Drugog svjetskog rata, američko ratno zrakoplovstvo financiralo je rad kompanije Parsons Inc na stvaranju mašina koje bi mogle glodati složene dijelove prema zadanom algoritmu. Ovi radovi doveli su do stvaranja čitave klase računarskih numeričkih upravljačkih alata (CNC). Dizajniranje algoritama rada za CNC mašine je još jedan zadatak iz područja 3D modeliranja.
1986. godine američki inženjer Charles W. Hall stvorio je štampač koji je štampao trodimenzionalne objekte pomoću stereolitografije. Kasnije su se pojavili 3D štampači koji su tiskali trodimenzionalne proizvode iz širokog spektra materijala, uključujući štampače za štampu ljudskih organa ili, na primjer, štampače koji štampaju ukrase od slatkiša i gotova jela. Danas se jednostavan, ali prilično funkcionalan 3D printer može kupiti po cijeni pametnog telefona, a na njemu se odštampaju volumetrijski predmeti za dom ili detalji o modelima i raznim uređajima. Svi 3D printeri za ispis dobijaju trodimenzionalni model kao ulaz u određenom formatu.
Osnovni principi 3D modeliranja
Preduvjet za 3D modeliranje je prisustvo prostorne mašte. Važno je biti u stanju zamisliti budući rezultat rada, mentalno ga rotirati i ispitati sa svih strana, kao i razumjeti od kojih se elemenata model sastoji, koje mogućnosti pruža i koja ograničenja nameće. Po prirodi je svačija prostorna mašta razvijena u različitom stepenu, međutim, baš kao i pismenost ili sluh za muziku, ona se može razviti. Važno je ne odustati, govoreći sebi da ništa ne ide, već steći iskustvo radeći u početku jednostavne modele, postepeno prelazeći na složenije.
Ako u bilo kojem CAD programu nacrtate tri pravokutnika i rasporedite ih u skladu s pravilima crtanja, tada će modul za prikaz trodimenzionalnog modela programa moći stvoriti i prikazati na ekranu paralelepiped koji odgovara ovim trima projekcijama. Isto tako, slijedeći pravila crtanja, možete stvoriti model gotovo bilo kojeg dijela.
Svi programi za 3d modeliranje su vektorski. To znači da objekte ne opisuju kao skup zasebnih točaka, već kao skup formula i rade samo s cijelim objektima. Ako trebate promijeniti ili premjestiti samo polovicu objekta, morat ćete ga izrezati (ako postoji alat koji to omogućava) i popraviti polovice kao nove objekte. Za rad s vektorskim uređivačem uopće nije potrebno znati matematičke formule, one su uključene u program. Važna i korisna posljedica ovog pristupa je da se bilo koji objekt može premještati, modificirati i skalirati bez narušavanja kvalitete. S druge strane, program vas neće razumjeti ako pokušate nacrtati pravougaonik, na primjer, postavljanjem mnogih točaka duž njegovih granica koje se vizualno dodiruju. Za program će to biti samo puno bodova, a ne pravokutnik. Ona neće moći izvršiti nikakve radnje s ovim, po vašem mišljenju, pravougaonikom. Da biste stvorili pravougaonik, morate odabrati prikladan alat i koristiti ga. Tada će vam program omogućiti da izvodite bilo kakve radnje sa stvorenim objektom: promijenite ga, premjestite u zadanu točku, istegnite, savijte i tako dalje. Takođe, većina softvera za 3d modeliranje neće moći raditi sa grafikama u rasterskom formatu (bmp, jpg, png, gif, itd.) Dobijenim, na primjer, iz Photoshopa.
3d-modeliranje iz "cigle"
Velika većina tehničkih detalja kombinacija je volumetrijskih primitiva: paralelepipeda, kuglica, prizmi itd. Bilo koji alat za 3d modeliranje ima biblioteku volumetrijskih primitiva i sposoban ih je reproducirati, uzimajući u obzir parametre koje je korisnik odredio. Da bi se, na primjer, izradio model cilindra, dovoljno je odabrati odgovarajući alat u programu i postaviti promjer i visinu. Takođe, svi programi za trodimenzionalni dizajn mogu izvoditi najmanje dvije matematičke operacije s trodimenzionalnim figurama: sabiranje i oduzimanje. Tako, na primjer, stvorivši dva cilindra od primitiva: jedan promjera 5 cm i visine 1 cm, a drugi promjera 3 cm i visine očito veće od 1 cm, možete ih kombinirati duž središnju os i oduzmite drugi od prvog (većeg) cilindra … Rezultat je podloška debljine 1 cm s vanjskim promjerom 5 cm i unutarnjim promjerom 3 cm. Ako imate, na primjer, zaseban skup zasebnih predmeta: "glava bez ušiju i nosa", "nos", " lijevo uho "i" desno uho”, a zatim ih možete povezati i dodati kako biste stvorili novi objekt„ glava s ušima i nosom”. Ako imate biblioteku ušiju, nosa i glava različitih oblika, tada možete, prolazeći kroz njih, stvoriti model glave svog prijatelja (ili svoj). Zatim, oduzimanjem predmeta "usta" od rezultirajuće glave, možete dobiti glavu s ustima. Stvaranje 3d modela od "cigli", objekata dostupnih u programskoj biblioteci ili učitanih u program izvana, jednostavan je i jedan od najpopularnijih načina.
Naravno, ne postoje "gradivni blokovi" za sve slučajeve ni u jednom programu. Međutim, mnogi se objekti mogu stvoriti pomicanjem drugih objekata u svemiru ili njihovom modifikacijom. Na primjer, isti cilindar možete sami stvoriti uzimajući krug za bazu i pomičući ga prema gore, zadržavajući svaki korak dodavanjem položaja u jednom objektu. Ako program ima takav alat, tada će sve učiniti sam, samo trebate odrediti: duž koje putanje i dokle trebate pomaknuti bazu. Dakle, iz perilice stvorene prema gore opisanoj tehnologiji možete stvoriti novi objekt - cijev. Uključujući - cijev s mnogo zavoja bilo koje zakrivljenosti. Važna stvar: za to krug mora u početku biti trodimenzionalan. Neka - sa zanemarivom debljinom, ali ne jednakom nuli. Da bi to postigao, program mora imati alat za pretvaranje ravne figure nulte debljine u trodimenzionalnu s neznatnom, ali specifičnom debljinom.
3d modeliranje iz poligona
Mnogi programi za 3D modeliranje rade s posebnim vrstama objekata koji se nazivaju "mrežice". Mreža je poligonalna mreža ili skup vrhova, ivica i lica 3D objekta. Da biste razumjeli objekt sastavljen od mreža, možete pogledati, na primjer, robota stvorenog od Lego dijelova. Svaki komad je zasebna mreža. Ako je prosječna veličina Lego dijela 1 cm, a vi sastavite robota visokog 50 cm, tada će biti moguće prepoznati sliku (na primjer osobe) koju ste položili na nju. Međutim, realizam takve skulpture bit će vrlo osrednji. Još jedan razgovor, ako napravite robota visokog 50 kilometara od dijelova prosječne veličine 1 cm. Ako prijeđete pristojnu udaljenost da biste vidjeli cijelu divovsku skulpturu, nećete primijetiti kutnost površine i robot može izgledati poput žive osobe s glatkom kožom.
Mreža može biti malena koliko želite, što znači da možete postići bilo kakvu vizuelnu glatkoću površine modela. U osnovi, konstrukcija objekta iz mrežica je isto što i piksela na 2D slici. Međutim, sjećamo se da skup točaka u obliku pravokutnika nije objekt "pravokutnika". To znači da da bi slika stvorena iz mrežica postala trodimenzionalni objekt, njezine konture moraju biti ispunjene volumenom. Za to postoje alati, ali oni koji su novopridošli u 3D modeliranje često zaborave. Baš kao i činjenica da se neka površina (na primjer kugla) pretvara u volumetrijsku figuru, ona mora biti potpuno zatvorena. Vrijedno je ukloniti jednu točku (jednu mrežicu) s gotove zatvorene površine, a program je neće moći pretvoriti u 3D objekt.
Kretanje i izgled 3D modela
Zamislite da napravite automobilski predmet od mrežica ili na bilo koji drugi način. Ako u programu za trodimenzionalno modeliranje postavite putanju i brzinu kretanja bilo koje točke unutar objekta formulom, postavljajući uvjet da se sve ostale točke kreću sinhrono, tada će automobil voziti. Ako su istodobno kotači automobila odabrani kao zasebni objekti i njihovim centrima dodijeljene odvojene putanje kretanja i rotacije, tada će se kotači automobila usput vrtjeti. Odabirom ispravne korespondencije između kretanja karoserije automobila i njegovih točkova možete postići realizam završnog crtića. Isto tako, možete pokrenuti "ljudski" objekt, ali to zahtijeva razumijevanje ljudske anatomije i dinamike hodanja ili trčanja. A onda - sve je jednostavno: unutar objekta stvara se kostur, a svakom od njegovih dijelova dodjeljuju se vlastiti zakoni kretanja.
Objekt stvoren u programu trodimenzionalnog modeliranja može u svojim oblicima u potpunosti ponoviti stvarni uzorak iz života ili mašte stvaraoca, može se realno pomicati, ali ipak će mu nedostajati još jedna karakteristika koja bi mu u potpunosti odgovarala. Ova karakteristika je tekstura. Boja i hrapavost površine određuju našu percepciju, tako da većina 3d urednika ima i alate za stvaranje tekstura, uključujući biblioteke gotovih površina: od drveta i metala do dinamične teksture besnog mora na mjesečini. Međutim, ne zahtijevaju svi zadaci 3D modeliranja takvu funkcionalnost. Ako kreirate model za ispis na 3D printeru, tada će tekstura njegove površine biti određena materijalom za ispis. Ako dizajnirate ormar u CAD-u za proizvođače namještaja, tada će vam, naravno, biti zanimljivo da proizvod "obučete" u teksturu odabrane vrste drveta, ali bit će mnogo važnije izračunati čvrstoću u isti program.
Formati datoteka u 3d modeliranju
Softver za kreiranje, uređivanje i proizvodnju 3d predmeta predstavljen je na tržištu na desetine aplikacija i paketa. Mnogi programeri takvog softvera koriste vlastite formate datoteka za spremanje rezultata simulacije. To im omogućava da bolje iskoriste svoje proizvode i štiti svoj dizajn od zloupotrebe. Postoji preko stotinu formata 3D datoteka. Neki od njih su zatvoreni, odnosno tvorci ne dopuštaju drugim programima da koriste njihove formate datoteka. Ova situacija u velikoj mjeri komplikuje interakciju ljudi koji se bave 3d modeliranjem. Izgled ili model kreiran u jednom programu često je vrlo teško ili nemoguće uvesti i pretvoriti u drugi program.
Postoje, međutim, otvoreni formati datoteka 3D grafike koje razumiju gotovo svi programi za rad s 3d:
. COLLADA je univerzalni format zasnovan na XML-u dizajniran posebno za razmjenu datoteka između programa različitih programera. Ovaj format podržavaju (u nekim slučajevima potreban je poseban dodatak) tako popularni proizvodi kao što su Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Takođe, ovaj format može razumjeti najnovije verzije Adobe Photoshopa.
. OBJ - Razvio Wavefront Technologies. Ovaj format je otvoren izvor i prihvaćen je od strane mnogih programera urednika 3D grafike. Većina softvera za 3d modeliranje ima mogućnost uvoza i izvoza.obj datoteka.
. STL je format dizajniran za pohranu datoteka namijenjenih ispisu pomoću stereolitografije. Mnogi 3d štampači danas mogu ispisivati direktno sa.stl. Podržavaju je i mnogi rezači - programi za pripremu ispisa na 3D printeru.
Internet uređivač tinkercad.com
Web lokacija tinkercad.com, u vlasništvu Autodeska, najbolje je rješenje za one koji se 3D modeliranjem počinju baviti od nule. Potpuno besplatno. Jednostavna za naučiti, web lokacija ima nekoliko lekcija koje vam omogućavaju da u roku od sat vremena shvatite glavnu funkcionalnost i započnete. Interfejs stranice preveden je na ruski jezik, ali lekcije su dostupne samo na engleskom jeziku. Međutim, osnovno znanje engleskog jezika dovoljno je za razumijevanje lekcija. Pored toga, na Internetu nije teško pronaći vodiče na ruskom jeziku i prijevode lekcija iz tinkercada.
Veliki broj volumetrijskih primitiva dostupan je u radnom prostoru web lokacije, uključujući one koje su kreirali drugi korisnici. Postoje alati za skaliranje, preslikavanje na koordinatnu mrežu i ključne točke objekata. Bilo koji objekt može se pretvoriti u rupu. Odabrani objekti se mogu kombinirati. Tako se provodi sabiranje i oduzimanje objekata. Dostupna je povijest transformacija, uključujući i za novo spremljene objekte, što je vrlo povoljno kada se trebate vratiti mnogim koracima unatrag.
Za one kojima gore opisane osnovne funkcije nisu dovoljne, postoji funkcionalnost za pisanje skripti i, shodno tome, stvaranje složenih skripti za transformiranje objekata.
Nema alata za rezanje predmeta. Ne postoje poligoni u čistom obliku (poligonalni model se implementira, donekle, u krivolinijskim primitivima objekata). Bez tekstura. Međutim, tinkercad vam omogućava stvaranje prilično složenih i umjetničkih predmeta.
Podržava uvoz i izvoz datoteka u STL, OBJ, SVG formatima.
SketchUp
Poluprofesionalni 3D grafički uređivač iz Trimble Inc, koji je prije nekoliko godina nabavila Google Corporation. Pro verzija košta 695 američkih dolara. Postoji besplatna mrežna verzija s ograničenom funkcionalnošću.
Prije nekoliko godina postojala je besplatna verzija uređivača za radnu površinu, ali danas je samo internetska verzija dostupna bez novca. Web verzija ima jednostavne alate za crtanje, koji stvaraju krivulje i alat Extrude, koji vam omogućava da napravite čvrsti materijal iz ravne slike. Takođe u web verziji postoje slojevi i teksture. Dostupna je biblioteka objekata i tekstura koje su kreirali korisnici.
Uvoz je moguć za datoteke vlastitog formata (projekt SketchUp). U scenu možete umetnuti i.stl datoteku kao objekt.
Veze s Googleom omogućavaju SketchUp-u da se integrira s uslugama internetskog giganta. Ovo nije samo pristup pohrani u oblaku, gdje možete pronaći mnogo gotovih scena i predmeta koje ćete koristiti u svom poslu, već i mogućnost uvoza satelitskih i zračnih slika sa Google Zemlje za stvaranje realnih scena.
Generalno, mogućnosti besplatne verzije SketchUpa znatno su veće od funkcija dostupnih u tinkercadu, ali web lokacija SketchUp često usporava kada pokušava izvršiti neke ozbiljne operacije, kao da nagovještava da je bolje prebaciti se na plaćenu verziju proizvoda. Besplatna verzija SketchUpa nudi ponudu za plaćanje novca za proširenje svojih mogućnosti na gotovo svakom koraku.
S obzirom da SketchUp Pro ima dobru funkcionalnost i široko se koristi, na primjer, u dizajnu namještaja ili razvoju dizajna interijera, možemo preporučiti savladavanje besplatne web verzije proizvoda za one koji žele napraviti korak ka ozbiljnom modeliranju, ali još nisu sigurni u svoje snage i svrsishodnost.prelazak na plaćene verzije.
Blender
Blender je legendarni projekt koji pokazuje, zajedno s Linuxom ili PostgreSQL-om, da zajednica programera ujedinjena idejom besplatne distribucije softvera može učiniti gotovo sve.
Blender je profesionalni 3D grafički editor s gotovo neograničenim mogućnostima. Najveću popularnost stekao je među kreatorima animacije i realističnih 3d scena. Kao primjer mogućnosti ovog proizvoda možemo navesti činjenicu da je u njemu stvorena sva animacija za film "Spider-Man 2". I - ne samo za ovaj film.
Potpuno savladavanje mogućnosti Blender uređivača zahtijeva značajno ulaganje vremena i razumijevanje svih aspekata 3D grafike, uključujući osvjetljenje, postavljanje pozornice i kretanje. Poseduje sve dobro poznate i popularne alate za volumetrijsko modeliranje, a za nemoguće ili još ne izumljene alate postoji programski jezik Python, u koji je napisan sam uređivač i u koji možete proširiti njegove mogućnosti koliko god se usudite.
Blenderova zajednica korisnika broji više od pola miliona ljudi i stoga neće biti teško pronaći ljude koji će pomoći u svladavanju iste.
Za jednostavne projekte, Blender je pretjerano funkcionalan i složen, ali za one koji će se ozbiljno baviti 3d modeliranjem, to je sjajan izbor.
