Výraz „3D“je skratkou pre anglický výraz „3 dimension“, to znamená „3 Dimensions“. Symboly „3D“(v ruskej literatúre sa tiež často používa skratka „3d“) naznačujú, že objekt alebo technológia sa líšia od ostatných v tom, že majú viac ako dva rozmery.
Na čo slúžia 3D modely?
Všetky objekty v skutočnom svete majú tri rozmery. Zároveň v drvivej väčšine prípadov na reprezentáciu trojrozmerných objektov používame dvojrozmerné povrchy: list papiera, plátno, obrazovka počítača. Sochár vytvára trojrozmerné postavy, ale predtým, ako začne vyrezávať sochu zo žuly, vytvorí náčrty, v ktorých je budúce dielo zobrazené vo viacerých pohľadoch - zo všetkých strán. Rovnako architekt alebo dizajnér pracuje tak, že zobrazuje ploché pohľady na navrhnuté výrobky alebo budovy na papieri Whatman alebo na obrazovke počítača.
Predmet „kreslenie“v rámci povinného vzdelávania si kladie za cieľ naučiť trojrozmerné modelovanie - presný popis predmetov, ktoré majú objem, na rovnom, dvojrozmernom povrchu listu papiera. Okrem toho sa deti učia trojrozmerné modelovanie na hodinách modelovania plastelín v materskej škole a na základnej škole. Toľko pozornosti venovanej 3D modelovaniu vo vzdelávacom procese nie je náhodné. Pri akejkoľvek činnosti na vytváranie skutočných objektov musíte mať dobrú predstavu o tom, ako bude tento objekt vyzerať zo všetkých strán. Krajčír a návrhár odevov musia vedieť, ako sa oblek alebo šaty hodia k osobe s určitou postavou. Kaderník vytvorí účes a účes, ktorý bude mať objem a bude vyzerať inak z rôznych uhlov. Klenotník modeluje svoje šperky. Zubný lekár musí nielen vytvoriť krásny umelý zub, ale brať do úvahy aj jeho umiestnenie vo vzťahu k zvyšku zubov pacienta. Tesár musí byť schopný veľmi presne zapadnúť do spojov trojrozmerných častí. Rád by tiež vizuálne videl, ako sa bude nábytok, ktorý navrhuje, pohodlne používať a ako zapadne do interiéru.
Zástupcovia rôznych profesií už dlho používajú trojrozmerné modelovanie kresieb pozostávajúcich z mnohých typov. S rozširovaním osobných počítačov sa stalo možné zveriť časť úlohy vytvárania trojrozmerných modelov softvéru. Systémy automatizácie návrhu (CAD) ako prvé zahrnuli funkcionalitu dynamického zobrazovania vytvorených trojrozmerných objektov v rovine obrazovky. Slovo „dynamický“v tomto prípade znamená schopnosť otáčať obraz trojrozmerného objektu na obrazovke a vidieť ho zo všetkých strán. Dynamika 3D modelu však môže znamenať aj schopnosť modelu meniť svoj tvar a pohybovať sa. Tvorcovia komiksov a počítačových hier takúto funkčnosť potrebujú.
V druhej polovici dvadsiateho storočia, ešte v ére pred počítačom, sa objavili trojrozmerné technológie povrchových úprav. Krátko po skončení druhej svetovej vojny americké letectvo financovalo prácu spoločnosti Parsons Inc na vytvorení strojov, ktoré dokázali frézovať zložité súčasti podľa daného algoritmu. Tieto práce viedli k vytvoreniu celej triedy obrábacích strojov na numerické riadenie (CNC). Navrhovanie pracovných algoritmov pre CNC stroje je ďalšou úlohou z oblasti 3D modelovania.
V roku 1986 vytvoril americký inžinier Charles W. Hall tlačiareň, ktorá pomocou stereolitografie tlačila trojrozmerné objekty. Neskôr sa objavili 3D tlačiarne, ktoré tlačili trojrozmerné výrobky zo širokej škály materiálov vrátane tlačiarní na tlač ľudských orgánov alebo napríklad tlačiarní, ktoré tlačili cukrárske ozdoby a hotové jedlá. Dnes sa dá jednoduchá, ale celkom funkčná 3D tlačiareň kúpiť za cenu smartfónu a tlačiť na ňu objemové predmety pre domácnosť alebo podrobnosti o modeloch a rôznych zariadeniach. Všetky 3D tlačiarne na tlač dostávajú trojrozmerný model ako vstup v konkrétnom formáte.
Základné princípy 3D modelovania
Nevyhnutným predpokladom 3D modelovania je prítomnosť priestorovej predstavivosti. Je dôležité vedieť si predstaviť budúci výsledok práce, mentálne sa otáčať a skúmať ho zo všetkých strán, rovnako ako pochopiť, z akých prvkov sa model skladá, aké príležitosti poskytuje a aké obmedzenia kladie. Priestorová predstavivosť každého človeka je od prírody vyvinutá v rôznej miere, avšak rovnako ako gramotnosť alebo ucho pre hudbu sa dá rozvíjať. Je dôležité nevzdávať sa, hovoriť si, že nič nefunguje, ale získavať skúsenosti spočiatku vytváraním jednoduchých modelov, ktoré postupne prechádzajú k zložitejším.
Ak v ľubovoľnom programe CAD nakreslíte tri obdĺžniky a usporiadate ich v súlade s pravidlami kreslenia, potom modul zobrazenia trojrozmerného modelu programu bude schopný vytvoriť a zobraziť na obrazovke rovnobežnosten zodpovedajúci týmto troma projekciám. Rovnako podľa pravidiel kreslenia môžete vytvoriť model takmer ktorejkoľvek časti.
Všetky programy pre 3D modelovanie sú vektorové. To znamená, že popisujú objekty nie ako súbor samostatných bodov, ale ako súbor vzorcov a pracujú iba s celými objektmi. Ak potrebujete zmeniť alebo presunúť iba polovicu objektu, budete ho musieť vystrihnúť (ak existuje nástroj, ktorý vám to umožňuje) a opraviť polovice ako nové objekty. Pre prácu s vektorovým editorom nie je vôbec potrebné poznať matematické vzorce, sú obsiahnuté v programe. Dôležitým a užitočným dôsledkom tohto prístupu je, že akýkoľvek objekt je možné presúvať, upravovať a meniť jeho mierku bez toho, aby bola ohrozená kvalita. Na druhej strane vám program nebude rozumieť, ak sa pokúsite nakresliť obdĺžnik, napríklad umiestnením mnohých bodov pozdĺž jeho hraníc, ktoré sa navzájom vizuálne dotýkajú. Pre program to bude iba veľa bodov, nie obdĺžnik. S týmto, podľa vášho názoru, obdĺžnikom, nebude môcť vykonávať žiadne akcie. Aby ste vytvorili obdĺžnik, musíte zvoliť vhodný nástroj a použiť ho. Potom vám program umožní vykonať s vytvoreným objektom akékoľvek akcie: zmeniť ho, presunúť do daného bodu, natiahnuť, ohnúť atď. Väčšina softvéru pre 3D modelovanie tiež nebude schopná pracovať s grafikou v rastrovom formáte (bmp, jpg, png,
3D modelovanie z „tehál“
Prevažná väčšina technických detailov je kombináciou volumetrických primitívov: rovnobežnosteny, gule, hranoly atď. Akýkoľvek nástroj na 3D modelovanie má knižnicu volumetrických primitívov a je schopný ich reprodukovať pri zohľadnení parametrov určených používateľom. Aby sme napríklad vytvorili model valca, stačí v programe zvoliť vhodný nástroj a nastaviť priemer a výšku. Všetky programy pre trojrozmerný dizajn sú tiež schopné vykonať najmenej dve matematické operácie s trojrozmernými figúrami: sčítanie a odčítanie. Takže napríklad po vytvorení dvoch valcov z primitívov: jedného s priemerom 5 cm a výšky 1 cm a druhého s priemerom 3 cm a výškou zjavne väčšou ako 1 cm, môžete ich kombinovať pozdĺž stredová os a odčítame druhú od prvého (väčšieho) valca … Výsledkom je 1 cm hrubá podložka s vonkajším priemerom 5 cm a vnútorným priemerom 3 cm. Ak máte napríklad samostatnú sadu samostatných predmetov: „hlava bez uší a nosa“, „nos“, „ ľavé ucho a pravé ucho, potom ich môžete spojiť a pridať a vytvoriť tak nový objekt „hlava s ušami a nosom“. Ak máte knižnicu uší, nosov a hláv rôznych tvarov, môžete ich prechodom vytvoriť model hlavy svojho priateľa (alebo svojej vlastnej). Potom odčítaním predmetu „ústa“od výslednej hlavy môžete získať hlavu s ústami. Vytvorenie 3d modelu z „tehál“, objektov dostupných v knižnici programu alebo načítaných do programu zvonku, je jednoduchý a jeden z najpopulárnejších spôsobov.
V žiadnom programe samozrejme neexistujú „stavebné bloky“pre všetky prípady. Mnoho objektov však možno vytvoriť presunutím iných objektov v priestore alebo ich úpravou. Napríklad môžete vytvoriť ten istý valec sami tak, že vezmete kruh ako základňu a posuniete ju nahor. Každý krok zachováte pridaním pozícií do jedného objektu. Ak má program takýto nástroj, potom urobí všetko sám, stačí len určiť: pozdĺž ktorej trajektórie a ako ďaleko je potrebné posunúť základňu. Takže z podložky vytvorenej podľa technológie popísanej vyššie môžete vytvoriť nový objekt - potrubie. Vrátane - potrubia s mnohými ohybmi ľubovoľného zakrivenia. Dôležitý bod: preto musí byť kruh spočiatku trojrozmerný. Nech - so zanedbateľnou hrúbkou, ale nie rovnou nule. Aby to bolo možné, musí mať program nástroj na prevod plochej postavy s nulovou hrúbkou na trojrozmernú so zanedbateľnou, ale špecifickou hrúbkou.
3d modelovanie z polygónov
Mnoho programov na 3D modelovanie pracuje so špeciálnymi typmi objektov, ktoré sa nazývajú „siete“. Sieť je polygonálna sieť alebo súhrn vrcholov, hrán a plôch 3D objektu. Aby ste pochopili objekt zložený z sietí, môžete sa pozrieť napríklad na robota vytvoreného z dielcov Lega. Každý kus je samostatná sieťovina. Ak je priemerná veľkosť dielu Lego 1 cm a ak zostavíte robota vysokého 50 cm, bude možné rozpoznať obrázok (napríklad osoby), ktorý ste doň vložili. Realizmus takejto sochy však bude veľmi priemerný. Ďalšia konverzácia, ak vytvoríte robota vysokého 50 kilometrov z častí s priemernou veľkosťou 1 cm. Ak pôjdete slušne ďaleko, aby ste videli celú obrovskú sochu, nevšimnete si hranatosť povrchu a robot môže vyzerať ako živý človek s hladkou pokožkou.
Sieť môže byť ľubovoľná, čo znamená, že môžete dosiahnuť akúkoľvek vizuálnu plynulosť povrchu modelu. Konštrukcia objektu z mriežok je v zásade rovnaká ako pixelové umenie v 2D obraze. Pamätáme si však, že množina bodov v tvare obdĺžnika nie je objektom „obdĺžnika“. To znamená, že aby sa z obrazu vytvoreného z ôk stal trojrozmerný objekt, musia byť jeho obrysy vyplnené objemom. Existujú na to nástroje, ktoré však nováčikovia v oblasti 3D modelovania často zabúdajú. Rovnako ako skutočnosť, že aby sa povrch (napríklad guľa) zmenil na volumetrický útvar, musí byť úplne uzavretý. Z hotového uzavretého povrchu stojí za to odstrániť jeden bod (jedno pletivo) a program z neho nebude môcť urobiť 3D objekt.
Pohyb a vzhľad 3D modelu
Predstavte si, že by ste vytvorili auto z ôk alebo iným spôsobom. Ak v programe pre trojrozmerné modelovanie nastavíte podľa vzorca trajektóriu a rýchlosť pohybu ktoréhokoľvek bodu vo vnútri objektu a nastavíte podmienku synchrónneho pohybu všetkých ostatných bodov, potom bude auto jazdiť. Ak sú súčasne kolesá automobilu vybrané ako samostatné objekty a ich stredom sú priradené samostatné trajektórie pohybu a rotácie, potom sa kolesá automobilu počas tejto cesty pretočia. Výberom správnej korešpondencie medzi pohybom karosérie a jeho kolesami môžete dosiahnuť realitu výslednej karikatúry. Rovnako môžete urobiť pohyb „ľudským“predmetom, vyžaduje to však pochopenie ľudskej anatómie a dynamiky chôdze alebo behu. A potom - všetko je jednoduché: vo vnútri objektu je vytvorená kostra a každej z jeho častí sú priradené svoje vlastné zákonitosti pohybu.
Objekt vytvorený v programe trojrozmerného modelovania môže vo svojich formách úplne opakovať skutočnú ukážku zo života alebo fantázie tvorcu, môže sa realisticky pohybovať, stále mu však bude chýbať ešte jedna charakteristika, aby sa k nej úplne zhodoval. Táto vlastnosť je textúra. Farba a drsnosť povrchu určujú naše vnímanie, takže väčšina editorov 3D má k dispozícii aj nástroje na vytváranie textúr vrátane knižníc pripravených povrchov: od dreva a kovu až po dynamickú textúru rozbúreného mora v mesačnom svetle. Nie všetky úlohy 3D modelovania však vyžadujú takúto funkčnosť. Ak vytvárate model pre tlač na 3D tlačiarni, potom bude textúra jeho povrchu určená materiálom, ktorý sa má tlačiť. Ak navrhujete skrinku v CAD pre výrobcov nábytku, potom bude samozrejme zaujímavé, aby ste výrobok „obliekli“do textúry vybraných druhov drevín, ale oveľa dôležitejšie bude vykonať pevnostné výpočty v rovnaký program.
Formáty súborov v 3D modelovaní
Softvér na vytváranie, úpravy a výrobu 3d objektov je na trhu prezentovaný desiatkami aplikácií a balíkov. Mnoho vývojárov takého softvéru používa na ukladanie výsledkov simulácie svoje vlastné formáty súborov. To im umožňuje lepšie využívať výhody ich výrobkov a chráni ich vzory pred zneužitím. Existuje viac ako sto formátov súborov 3D. Niektoré z nich sú uzavreté, to znamená, že tvorcovia neumožňujú iným programom používať ich formáty súborov. Táto situácia veľmi komplikuje interakciu ľudí zapojených do 3D modelovania. Rozloženie alebo model vytvorený v jednom programe je často veľmi ťažké alebo nemožné importovať a previesť v inom programe.
Existujú však otvorené formáty 3D grafických súborov, ktoré takmer všetky programy pre prácu s 3D chápu:
. COLLADA je univerzálny formát založený na XML určený špeciálne na výmenu súborov medzi programami od rôznych vývojárov. Tento formát podporujú (v niektorých prípadoch je potrebný špeciálny doplnok) také populárne produkty ako Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Tento formát tiež dokáže porozumieť najnovším verziám aplikácie Adobe Photoshop.
. OBJ - vyvinutý spoločnosťou Wavefront Technologies. Tento formát je otvorený a je prijatý mnohými vývojármi editorov 3D grafiky. Väčšina softvérov na 3D modelovanie má schopnosť importovať a exportovať súbory.obj.
. STL je formát určený na ukladanie súborov určených na tlač pomocou stereolitografie. Mnoho 3D tlačiarní dnes môže tlačiť priamo z.stl. Podporuje ju aj veľa krájačov - programov na prípravu tlače na 3D tlačiarni.
Online editor 3d tinkercad.com
Stránka tinkercad.com, ktorú vlastní spoločnosť Autodesk, je najlepším riešením pre tých, ktorí začínajú s 3D modelovaním od nuly. Úplne zadarmo. Ľahko sa naučiť, stránka má niekoľko lekcií, ktoré vám umožnia pochopiť hlavné funkcie do hodiny a začať. Rozhranie stránky bolo preložené do ruštiny, ale lekcie sú k dispozícii iba v angličtine. Na pochopenie hodín však stačia základné znalosti angličtiny. Okrem toho nie je ťažké nájsť na internete sprievodcov v ruskom jazyku a preklady lekcií tinkercadu.
V pracovnom priestore stránky je k dispozícii veľké množstvo volumetrických primitívov, vrátane tých, ktoré vytvorili iní používatelia. Existujú nástroje na zmenu mierky, prichytenie k súradnicovej mriežke a ku kľúčovým bodom objektov. Akýkoľvek objekt je možné previesť na dieru. Vybrané objekty je možné kombinovať. Takto sa implementuje sčítanie a odčítanie objektov. K dispozícii je história transformácií vrátane novo uložených objektov, čo je veľmi výhodné, keď sa potrebujete vrátiť o veľa krokov späť.
Pre tých, pre ktorých nestačia vyššie popísané základné funkcie, je tu funkcia na písanie skriptov a teda na vytváranie zložitých skriptov na transformáciu objektov.
Žiadne nástroje na rezanie predmetov. Polygóny neexistujú v ich čistej forme (polygonálny model je do istej miery implementovaný v krivočiarych objektových primitivoch). Žiadne textúry. Tinkercad vám však umožňuje vytvárať pomerne zložité a umelecké objekty.
Podporuje import a export súborov vo formátoch STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Poloprofesionálny editor 3D grafiky od spoločnosti Trimble Inc, ktorý pred niekoľkými rokmi získala spoločnosť Google Corporation. Verzia Pro stojí 695 dolárov. K dispozícii je bezplatná online verzia s obmedzenou funkčnosťou.
Pred pár rokmi existovala bezplatná verzia editora pre stolné počítače, dnes je však bez peňazí k dispozícii iba online verzia. Webová verzia má jednoduché nástroje na kreslenie, vytváranie kriviek a nástroj na vysunutie, ktorý umožňuje vytvoriť objem z plochého obrázka. Aj vo webovej verzii sú vrstvy a textúry. K dispozícii je knižnica objektov a textúr vytvorených používateľmi.
Import je možný pre súbory vlastného formátu (projekt SketchUp). Do scény môžete tiež vložiť súbor.stl ako objekt.
Odkazy na Google umožňujú integráciu aplikácie SketchUp so službami internetového giganta. Nejde len o prístup k cloudovému úložisku, kde nájdete veľa hotových scén a objektov, ktoré môžete použiť pri svojej práci, ale aj o schopnosť importovať satelitné a letecké snímky z aplikácie Google Earth a vytvárať tak realistické scény.
Všeobecne sú možnosti bezplatnej verzie SketchUp výrazne vyššie ako funkcie dostupné v tinkercade, ale web SketchUp sa pri pokusoch o vykonanie niektorých závažných operácií často spomalí, akoby naznačoval, že je lepšie prejsť na platenú verziu výrobku. Bezplatná verzia aplikácie SketchUp prichádza s ponukou zaplatiť peniaze za rozšírenie jej schopností takmer na každom kroku.
Vzhľadom na to, že SketchUp Pro má dobrú funkčnosť a je široko používaný napríklad pri navrhovaní nábytku alebo vývoji interiérového dizajnu, môžeme odporučiť zvládnutie bezplatnej webovej verzie produktu pre tých, ktorí chcú urobiť krok k serióznemu modelovaniu, ale ešte si nie sú istí ich silnými stránkami a účelnosťou.prechod na platené verzie.
Mixér
Blender je legendárny projekt, ktorý spolu s Linuxom alebo PostgreSQL ukazuje, že komunita programátorov, ktorých spája myšlienka bezplatnej distribúcie softvéru, dokáže takmer všetko.
Blender je profesionálny editor 3D grafiky s takmer neobmedzenými možnosťami. Získal najväčšiu popularitu medzi tvorcami animácie a realistických 3D scén. Ako príklad možností tohto produktu môžeme uviesť skutočnosť, že v ňom bola vytvorená všetka animácia filmu „Spider-Man 2“. A - nielen pre tento film.
Úplné zvládnutie schopností editora Blenderu si vyžaduje značnú investíciu času a porozumenia všetkým aspektom 3D grafiky vrátane osvetlenia, nastavenia scény a pohybu. Má všetky známe a populárne nástroje pre volumetrické modelovanie a pre nemožné alebo ešte nevymyslené nástroje je tu programovací jazyk Python, v ktorom je napísaný samotný editor a v ktorom si môžete rozšíriť svoje možnosti, na koľko si len trúfate.
Komunita používateľov Blenderu má viac ako pol milióna ľudí, a preto nebude ťažké nájsť ľudí, ktorí to pomôžu zvládnuť.
Pre jednoduché projekty je Blender príliš funkčný a zložitý, ale pre tých, ktorí sa chystajú robiť 3d-modeling vážne, je to skvelá voľba.
