Izraz "3D" skraćenica je od engleskog "3 dimenzija", odnosno "3 dimenzije". Simboli "3D" (u ruskoj literaturi također se često koristi kratica "3d") ukazuju na to da se objekt 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. Istodobno, u velikoj većini slučajeva, za predstavljanje trodimenzionalnih objekata koristimo dvodimenzionalne površine: list papira, platno, zaslon računala. Kipar stvara trodimenzionalne figure, ali prije nego što krene isklesati skulpturu od granita, stvara skice na kojima je buduće djelo prikazano u nekoliko pogleda - sa svih strana. Isto tako, arhitekt ili dizajner radi tako što prikazuje ravnu sliku dizajniranih proizvoda ili zgrada na Whatman papiru ili na zaslonu računala.
Predmet "crtanje" u okviru obveznog obrazovanja ima za cilj podučiti trodimenzionalno modeliranje - točan opis predmeta koji imaju volumen, na ravnoj, dvodimenzionalnoj površini lista papira. Uz to, djecu podučavaju trodimenzionalnom modeliranju na satovima 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 predodžbu o tome kako će ovaj objekt izgledati sa svih strana. Krojač i dizajner odjeće moraju znati kako će odijelo ili haljina stati na osobu s određenom figurom. Frizer stvara frizuru i frizuru koja će imati volumen i izgledati drugačije iz različitih kutova. 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 stanju vrlo precizno uklopiti 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 osobnih računala postalo je moguće dio zadaće stvaranja trodimenzionalnih modela povjeriti softveru. Sustavi za automatizaciju dizajna (CAD) prvi su uključili funkcionalnost dinamičkog prikaza stvorenih trodimenzionalnih objekata u ravnini zaslona. Riječ "dinamički", u ovom slučaju, znači sposobnost okretanja slike trodimenzionalnog objekta na ekranu i gledanja sa svih strana. Međutim, dinamika 3D modela također može značiti sposobnost modela da mijenja svoj oblik i kreće se. Stvoritelji crtića i računalnih igara imaju potrebu za takvom funkcionalnošću.
U drugoj polovici dvadesetog stoljeća, čak i u predračunarsku eru, pojavile su se trodimenzionalne tehnologije površinske obrade. Ubrzo nakon završetka Drugog svjetskog rata, američko ratno zrakoplovstvo financiralo je rad tvrtke Parsons Inc na stvaranju strojeva koji bi mogli glodati složene dijelove prema zadanom algoritmu. Ovi su radovi doveli do stvaranja čitave klase računalnih numeričkih upravljačkih strojeva (CNC). Dizajniranje algoritama rada za CNC strojeve još je jedan zadatak iz područja 3D modeliranja.
1986. američki inženjer Charles W. Hall stvorio je printer koji je tiskao trodimenzionalne predmete pomoću stereolitografije. Kasnije su se pojavili 3D printeri koji tiskaju trodimenzionalne proizvode iz najrazličitijih materijala, uključujući printere za ispis ljudskih organa ili, na primjer, printere koji tiskaju ukrase od slastičarstva i gotova jela. Danas se jednostavan, ali prilično funkcionalan 3D printer može kupiti po cijeni pametnog telefona, a na njemu se ispisuju volumetrijski predmeti za dom ili detalji modela i raznih uređaja. Svi 3D printeri za ispis dobivaju trodimenzionalni model kao ulaz u određenom formatu.
Osnovni principi 3D modeliranja
Preduvjet za 3D modeliranje je prisutnost prostorne mašte. Važno je znati 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 stupnju, međutim, baš poput pismenosti ili sluha za glazbu, može se razviti. Važno je ne odustati, govoreći sebi da se ništa ne uspijeva, već steći iskustvo radeći u početku jednostavne modele, postupno prelazeći na složenije.
Ako u bilo kojem CAD programu nacrtate tri pravokutnika i rasporedite ih u skladu s pravilima crtanja, tada će modul prikaza trodimenzionalnog modela programa moći stvoriti i prikazati na ekranu paralelepiped koji odgovara tim 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 omogućuje) 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, mijenjati i skalirati bez narušavanja kvalitete. S druge strane, program vas neće razumjeti ako pokušate nacrtati pravokutnik, 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, pravokutnikom. Da biste stvorili pravokutnik, morate odabrati prikladan alat i upotrijebiti ga. Tada će vam program omogućiti da izvodite bilo kakve radnje sa stvorenim objektom: promijenite ga, premjestite na zadanu točku, razvucite, savijte i tako dalje. Također, većina softvera za 3d modeliranje neće moći raditi s grafikama u rasterskom formatu (bmp, jpg, png, gif, itd.) Dobivenim, na primjer, iz Photoshopa.
3d-modeliranje iz "cigle"
Velika većina tehničkih detalja kombinacija je volumetrijskih primitiva: paralelepipeda, kuglica, prizmi i tako dalje. 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, primjerice, izradio model cilindra, dovoljno je odabrati odgovarajući alat u programu i postaviti promjer i visinu. Također, svi programi za trodimenzionalno oblikovanje mogu izvesti najmanje dvije matematičke operacije s trodimenzionalnim figurama: zbrajanje 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 perilica 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 knjižnicu ušiju, nosa i glava različitih oblika, tada možete, prolazeći kroz njih, stvoriti model glave svog prijatelja (ili svoj vlastiti). Zatim, oduzimanjem predmeta "usta" od rezultirajuće glave, možete dobiti glavu s ustima. Stvaranje 3d modela od "cigli", objekata dostupnih u programskoj knjižnici ili učitanih u program izvana, jednostavan je i jedan od najpopularnijih načina.
Naravno, ni u jednom programu ne postoje "gradivni blokovi" za sve slučajeve. Međutim, mnogi se predmeti mogu stvoriti pomicanjem drugih predmeta u svemiru ili njihovom izmjenom. 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 kružnica u početku mora biti trodimenzionalna. Neka - s neznatnom debljinom, ali ne jednakom nuli. Da bi to učinio, program mora imati alat za pretvaranje ravne figure nulte debljine u trodimenzionalnu s zanemarivom, 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 zbir vrhova, rubova i lica 3D objekta. Da biste razumjeli objekt sastavljen od mreža, možete pogledati, na primjer, robota stvorenog od Lego dijelova. Svaki je komad zasebna mrežica. 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 stvorite 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 vizualnu glatkoću površine modela. U osnovi je konstrukcija objekta iz mrežica 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, no novopridošlice u 3D modeliranje često ih zaborave. Baš kao i činjenica da se neka površina (na primjer kugla) pretvara u volumetrijski lik, 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 stvarate automobilski objekt 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 sinkrono, tada će automobil voziti. Ako se istodobno kotači automobila odaberu kao odvojeni objekti i njihovim centrima dodijele odvojene putanje kretanja i rotacije, tada će se kotači automobila usput vrtjeti. Odabirom ispravne korespondencije između kretanja karoserije automobila i njegovih kotača, možete postići realizam konačnog 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 trodimenzionalnom programu za modeliranje može u svojim oblicima u potpunosti ponoviti stvarni uzorak iz života ili mašte stvaratelja, 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 knjižnice gotovih površina: od drveta i metala do dinamične teksture bijesnog mora na mjesečini. Međutim, ne zahtijevaju svi zadaci 3D modeliranja takvu funkcionalnost. Ako izrađujete 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 "odijevati" proizvod u teksturu odabrane vrste drveta, ali bit će mnogo važnije izvršiti izračun čvrstoće u isti program.
Formati datoteka u 3d modeliranju
Softver za stvaranje, uređivanje i proizvodnju 3d predmeta na tržištu je predstavljen na desetke aplikacija i paketa. Mnogi programeri takvog softvera koriste vlastite formate datoteka za spremanje rezultata simulacije. To im omogućuje da bolje iskoriste svoje proizvode i štiti svoj dizajn od zlouporabe. Postoji više od stotinu formata 3D datoteka. Neki od njih su zatvoreni, odnosno tvorci ne dopuštaju drugim programima da koriste njihove formate datoteka. Ova situacija uvelike komplicira interakciju ljudi koji se bave 3d-modeliranjem. Izgled ili model stvoren u jednom programu često je vrlo teško ili je 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 i Blender. Također, ovaj format može razumjeti najnovije verzije Adobe Photoshopa.
. OBJ - Razvio Wavefront Technologies. Ovaj je oblik otvorenog koda i prihvatili su ga mnogi programeri 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 printeri danas mogu ispisivati izravno s.stl. Podržavaju je i mnogi rezači - programi za pripremu ispisa na 3D printeru.
Internet uređivač 3d tinkercad.com
Web stranica tinkercad.com, u vlasništvu Autodeska, najbolje je rješenje za one koji se 3D modeliranjem počinju baviti od nule. Potpuno besplatno. Jednostavno za naučiti, web mjesto ima nekoliko lekcija koje vam omogućuju da u roku sat vremena shvatite glavnu funkcionalnost i započnete. Sučelje web stranice prevedeno je na ruski jezik, ali lekcije su dostupne samo na engleskom jeziku. Međutim, osnovno znanje engleskog jezika dovoljno je za razumijevanje lekcija. Uz to, na Internetu nije teško pronaći vodiče i ruske jezike za poduke iz tinkercada.
U radnom prostoru web mjesta dostupan je velik broj volumetrijskih primitiva, uključujući one koje su stvorili drugi korisnici. Postoje alati za skaliranje, preslikavanje na koordinatnu mrežu i ključne točke objekata. Bilo koji objekt može se pretvoriti u rupu. Odabrani se objekti mogu kombinirati. Tako se provodi zbrajanje 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, u skladu s tim, stvaranje složenih skripti za transformiranje objekata.
Nema alata za rezanje predmeta. Ne postoje poligoni u čistom obliku (poligonalni se model donekle primjenjuje u krivolinijskim primitivima objekata). Bez tekstura. Međutim, tinkercad vam omogućuje stvaranje prilično složenih i umjetničkih predmeta.
Podržava uvoz i izvoz datoteka u STL, OBJ, SVG formatima.
SketchUp
Poluprofesionalni 3D grafički urednik tvrtke Trimble Inc, kupljen od Google Corporation prije nekoliko godina. Pro verzija košta 695 američkih dolara. Postoji besplatna internetska verzija s ograničenom funkcionalnošću.
Prije nekoliko godina postojala je besplatna verzija uređivača za radnu površinu, ali danas je samo mrežna verzija dostupna bez novca. Web verzija ima jednostavne alate za crtanje, koji stvaraju krivulje i alat Extrude, koji vam omogućuje stvaranje čvrstog tijela od ravne slike. Također u web verziji postoje slojevi i teksture. Dostupna je knjižnica objekata i tekstura koje su stvorili korisnici.
Uvoz je moguć za datoteke vlastitog formata (projekt SketchUp). U scenu možete umetnuti i.stl datoteku kao objekt.
Veze s Googleom omogućuju integraciju SketchUpa 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 s Google Eartha za stvaranje realističnih scena.
Općenito, mogućnosti besplatne verzije SketchUpa znatno su veće od funkcija dostupnih u tinkercadu, ali web mjesto SketchUp često usporava kada pokušava izvršiti neke ozbiljne operacije, kao da nagovještava da je bolje prijeći na plaćenu verziju proizvoda. Besplatna verzija SketchUpa nudi ponudu za plaćanje novca za proširenje svojih mogućnosti na gotovo svakom koraku.
Uzimajući u obzir da SketchUp Pro ima dobru funkcionalnost i da se široko koristi, na primjer, u dizajnu namještaja ili razvoju dizajna interijera, možemo preporučiti ovladavanje besplatnom web verzijom proizvoda za one koji žele napraviti korak prema ozbiljnom modeliranju, ali još nisu sigurni u svoje snage i svrsishodnost.prijelaz na plaćene verzije.
Miješalica
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 tvorcima 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 uređivača Blendera zahtijeva značajno ulaganje vremena i razumijevanje svih aspekata 3D grafike, uključujući osvjetljenje, postavljanje pozornice i kretanje. Ima 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 milijuna ljudi i stoga neće biti teško pronaći ljude koji će joj pomoći u svladavanju.
Za jednostavne projekte, Blender je pretjerano funkcionalan i složen, ali za one koji će se ozbiljno baviti 3d modeliranjem, izvrstan je izbor.
