3D моделирование

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «3D-моделирование»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( апрель 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Трехмерная (3D) компьютерная графика
Основы
Моделирование Сканирование Рендеринг Печать
Основное использование
3D модели Системы автоматизированного проектирования Графический дизайн Видеоигры Визуальный эффект Визуализация Виртуальная инженерия Виртуальная реальность Виртуальная кинематография
похожие темы
Компьютерные изображения (CGI) Анимация компьютер скелетный 3D-дисплей Каркасная модель Отображение текстур Захвата движения Симуляция толпы Глобальное освещение Объемный рендеринг
v т е

В 3D компьютерной графике , 3D моделирование представляет собой процесс разработки математических координат на основе представления любой поверхности объекта (неживой или живой) в трех измерениях с помощью специализированного программного обеспечения . ^[1]

Трехмерные (3D) модели представляют физическое тело с помощью набора точек в трехмерном пространстве, соединенных различными геометрическими объектами, такими как треугольники, линии, изогнутые поверхности и т. Д. Будучи набором данных ( точек и другой информации), трехмерные модели могут быть созданы вручную, алгоритмически ( процедурное моделирование ) или сканированием . Их поверхности могут быть дополнительно определены с помощью наложения текстуры .

Наброски [ править ]

Изделие называется 3D-моделью . Кто-то, кто работает с 3D-моделями, может называться 3D-художником или 3D-моделистом .

3D модель также может отображаться в виде двухмерного изображения посредством процесса , называемого 3D - рендеринга или используется в компьютерном моделировании физических явлений.

3D-модели могут создаваться автоматически или вручную. Процесс ручного моделирования подготовки геометрических данных для компьютерной 3D-графики аналогичен пластическому искусству, например, скульптуре . 3D модель может быть физически создана с использованием 3D печати устройств , которые образуют слои 2D модели с трехмерными материала, один слой за один раз. Без 3D-модели 3D-печать невозможна. ^[2]

Программное обеспечение для 3D-моделирования - это класс программного обеспечения для компьютерной 3D-графики, используемого для создания 3D-моделей. Отдельные программы этого класса, например SketchUp , называются приложениями для моделирования.

История [ править ]

В настоящее время 3D-модели широко используются в  3D-графике  и  САПР, но их история предшествует широкому использованию 3D-графики на  персональных компьютерах .

Раньше во многих  компьютерных играх  использовались предварительно отрисованные изображения 3D-моделей в качестве  спрайтов,  прежде чем компьютеры могли отображать их в реальном времени. Затем дизайнер может видеть модель в различных направлениях и видах, это может помочь дизайнеру увидеть, создан ли объект так, как задумано, по сравнению с его первоначальным видением. Такой взгляд на дизайн может помочь дизайнеру или компании определить изменения или улучшения, необходимые для продукта. ^{[4] [5]}

Представление [ править ]

Практически все 3D-модели можно разделить на две категории:

• Solid - эти модели определяют объем объекта, который они представляют (например, камня). Твердотельные модели в основном используются для инженерного и медицинского моделирования и обычно строятся с использованием конструктивной твердотельной геометрии.
• Оболочка или граница - эти модели представляют поверхность, то есть границу объекта, а не его объем (например, бесконечно тонкая яичная скорлупа). Почти все визуальные модели, используемые в играх и фильмах, представляют собой модели-оболочки.

Моделирование твердого тела и оболочки позволяет создавать функционально идентичные объекты. Различия между ними в основном заключаются в вариациях в способах их создания и редактирования, а также в соглашениях об использовании в различных областях и различиях в типах приближений между моделью и реальностью.

Модели оболочки должны быть разнообразными (без отверстий и трещин в оболочке), чтобы иметь смысл как реальный объект. В оболочечной модели куба нижняя и верхняя поверхность куба должны иметь одинаковую толщину без дырок или трещин в первом и последнем напечатанных слоях. Многоугольные сетки (и, в меньшей степени, поверхности подразделения ) являются наиболее распространенным представлением. Наборы уровней являются полезным представлением для деформирования поверхностей, которые претерпевают множество топологических изменений, например, жидкости .

Процесс преобразования представлений объектов, таких как координаты средней точки сферы и точки на ее окружности, в многоугольное представление сферы, называется тесселяцией . Этот шаг используется при рендеринге на основе многоугольников, когда объекты разбиваются от абстрактных представлений (« примитивов »), таких как сферы, конусы и т. Д., До так называемых сеток , которые представляют собой сети взаимосвязанных треугольников. Сетки из треугольников (вместо, например, квадратов ) популярны, поскольку их легко растрировать (поверхность, описываемая каждым треугольником, плоская, поэтому проекция всегда выпуклая); . ^[6] Представления многоугольников используются не во всех методах визуализации, и в этих случаях этап тесселяции не включается в переход от абстрактного представления к визуализированной сцене.

Процесс [ править ]

Есть три популярных способа изобразить модель:

• Полигональное моделирование - точки в трехмерном пространстве, называемые вершинами , соединяются линейными сегментами, образуя полигональную сетку . Подавляющее большинство 3D-моделей сегодня строятся как текстурированные полигональные модели, потому что они гибкие и потому что компьютеры могут их визуализировать так быстро. Однако многоугольники плоские и могут аппроксимировать только криволинейные поверхности, используя множество многоугольников.
• Моделирование кривых - поверхности определяются кривыми, на которые влияют взвешенные контрольные точки. Кривая следует (но не обязательно интерполирует) по точкам. Увеличение веса точки приведет к приближению кривой к этой точке. Типы кривых включают неоднородный рациональный B-сплайн (NURBS), сплайны, участки и геометрические примитивы.
• Цифровая скульптура - все еще довольно новый метод моделирования, трехмерная скульптура стала очень популярной за последние несколько лет. ^{[ необходима цитата ]} В настоящее время существует три типа цифрового скульптинга: Displacement , который на данный момент является наиболее широко используемым среди приложений, использует плотную модель (часто генерируемую поверхностями подразделения полигональной управляющей сетки) и сохраняет новые местоположения для вершины позиции с помощью карты изображений, на которой хранятся скорректированные местоположения. Объемный , основанный на вокселях, имеет те же возможности, что и смещение, но не страдает от растяжения многоугольника, когда в области недостаточно многоугольников для достижения деформации. Динамическая тесселяция , похожая на воксель, разделяет поверхность с помощью триангуляции для сохранения гладкости поверхности и получения более мелких деталей. Эти методы позволяют проводить очень художественное исследование, так как модель будет иметь новую топологию, созданную поверх нее, как только модели будут сформированы и, возможно, будут вылеплены детали. Новая сетка обычно будет иметь исходную информацию сетки высокого разрешения, переданную в данные смещения или данные карты нормалей, если это используется игровым движком.

Этап моделирования состоит из придания формы отдельным объектам, которые позже используются в сцене. Существует ряд методов моделирования, в том числе:

• Конструктивная твердотельная геометрия
• Неявные поверхности
• Подразделение поверхностей

Моделирование может выполняться с помощью специальной программы (например, Cinema 4D , Maya , 3ds Max , Blender , LightWave , Modo ) или компонента приложения (Shaper, Lofter в 3ds Max) или некоторого языка описания сцены (как в POV-Ray ). В некоторых случаях нет четкого различия между этими фазами; в таких случаях моделирование является лишь частью процесса создания сцены (например, в случае с Caligari trueSpace и Realsoft 3D ).

3D-модели также могут быть созданы с использованием техники фотограмметрии с помощью специальных программ, таких как RealityCapture , Metashape , 3DF Zephyr и Meshroom. Очистка и дальнейшая обработка могут выполняться с помощью таких приложений, как MeshLab , GigaMesh Software Framework , netfabb или MeshMixer. Фотограмметрия создает модели с использованием алгоритмов для интерпретации формы и текстуры реальных объектов и окружающей среды на основе фотографий, сделанных с разных углов объекта.

Сложные материалы, такие как ветер, облака и брызги жидкости, моделируются с помощью систем частиц и представляют собой совокупность трехмерных координат, которым присвоены точки , многоугольники , текстуры или спрайты .

Человеческие модели [ править ]

Первое широко доступное коммерческое приложение виртуальных моделей человека появилось в 1998 году на веб-сайте Lands 'End . Виртуальные модели людей были созданы компанией My Virtual Mode Inc. и позволяли пользователям создавать собственные модели и примерять трехмерную одежду. ^[7] Существует несколько современных программ, которые позволяют создавать виртуальные модели человека (например, Poser ).

3D одежда [ править ]

Разработка программного обеспечения для моделирования одежды, такого как Marvelous Designer, CLO3D и Optitex, дала возможность художникам и модельерам моделировать динамическую трехмерную одежду на компьютере. ^[8] Динамическая 3D-одежда используется для виртуальных каталогов моды, а также для одевания 3D-персонажей для видеоигр, 3D-анимационных фильмов, для цифровых двойников в фильмах ^[9], а также для создания одежды для аватаров в виртуальных мирах, таких как SecondLife. .

Сравнение с 2D-методами [ править ]

3D фотореалистичные эффекты часто достигаются без каркасного моделирования и иногда неотличимы в окончательном виде. Некоторые графические программы включают фильтры, которые можно применять к двухмерной векторной графике или двумерной растровой графике на прозрачных слоях.

Преимущества каркасного 3D-моделирования перед исключительно 2D-методами включают:

• Гибкость, возможность изменять ракурсы или анимировать изображения с более быстрой визуализацией изменений;
• Легкость рендеринга, автоматический расчет и рендеринг фотореалистичных эффектов вместо мысленной визуализации или оценки;
• Точный фотореализм, меньше шансов человеческой ошибки из-за неправильного размещения, переусердия или забывания включить визуальный эффект.

Недостатки по сравнению с 2D фотореалистичным рендерингом могут включать в себя кривую обучения программного обеспечения и трудности с достижением определенных фотореалистичных эффектов. Некоторые фотореалистичные эффекты могут быть достигнуты с помощью специальных фильтров рендеринга, включенных в программное обеспечение для 3D-моделирования. Для достижения наилучшего из обоих миров некоторые художники используют комбинацию трехмерного моделирования с последующим редактированием двухмерных компьютерных изображений из трехмерной модели.

Рынок 3D-моделей [ править ]

Первой компанией, которая начала продавать 3D-модели, была Viewpoint (Орем, Юта), основанная Джоном Райтом в 1988 году. Первой оцифрованной 3D-моделью Джона была машина, сделанная в 1984 году с использованием Movie.byu на компьютере HP 9000. Первая 3D-модель «Каталог» была сделана для Уоллеса Колварда в 1990 году, который работал на NBC над созданием первого футбольного мяча и шлема для нового рекламного ролика с 3D-анимацией суперкубка под названием «Bud Bowl». Уоллес позвонил Джону и спросил, есть ли у Viewpoint 3D футбол в их «каталоге». У Viewpoint не было каталога, поэтому Джон и его команда быстро составили первый каталог 3D-объектов, который включал всего несколько 3D-объектов, и «отправили» его Уоллесу по факсу. К 1998 году объем продаж 3D-моделей Viewpoint превысил 6 миллионов долларов, и их модели по-прежнему демонстрируются в тысячах фильмов (Total Recall, Independence Day, Antz и т. Д.) Большой рынок 3D-моделей (а также 3D-контента, такого как текстуры, скрипты и т. Д.) Все еще существует - как для отдельных моделей, так и для больших коллекций. Несколько онлайн-площадок для 3D-контента позволяют отдельным художникам продавать контент, который они создали, в том числеTurboSquid , 3DBaza , CGStudio, CreativeMarket, Sketchfab , CGTraderи культы. Часто цель художников состоит в том, чтобы получить дополнительную ценность от активов, которые они ранее создали для проектов. Таким образом художники могут заработать больше денег на своем старом контенте, а компании могут сэкономить деньги, покупая готовые модели вместо того, чтобы платить сотруднику за создание их с нуля. Эти торговые площадки обычно делят продажу между собой и художником, создавшим актив, художники получают от 40% до 95% продаж в соответствии с рынком. В большинстве случаев художник сохраняет право собственности на 3D-модель, в то время как заказчик покупает только право использовать и представлять модель. Некоторые художники продают свою продукцию непосредственно в собственных магазинах, предлагая свою продукцию по более низкой цене, не используя посредников.

За последние несколько лет появилось множество торговых площадок, специализирующихся на моделях для 3D-печати. Некоторые из торговых площадок для 3D-печати представляют собой совокупность сайтов обмена моделями со встроенной функцией электронной связи или без нее. Некоторые из этих платформ также предлагают услуги 3D-печати по запросу, программное обеспечение для рендеринга моделей и динамического просмотра элементов и т. Д. Платформы для обмена файлами 3D-печати включают Shapeways , Sketchfab , Pinshape , Thingiverse , TurboSquid , CGTrader , Threeding , MyMiniFactory и GrabCAD .

3D-печать [ править ]

Термин 3D-печать или трехмерная печать, процесс MIT, созданный Эмануэлем Саксом и Майклом Симой в 1992 году, представляет собой форму технологии аддитивного производства, в которой трехмерный объект создается из последовательных слоев порошкового материала и нанесения капель струйной печати. струя жидкого связующего клея. ^[10]

3D-печать - отличный способ изготавливать объекты, потому что вы можете создавать объекты, которые вы не смогли бы сделать другим способом, не создавая сложных дорогостоящих форм или создавая объекты традиционным способом из нескольких частей. Файл 3D-модели можно редактировать, просто отредактировав файл модели. Это позволяет избежать использования каких-либо дополнительных инструментов, что может сэкономить время и деньги. 3D-печать позволяет создавать прототипы и тестировать идеи без необходимости проходить производственный процесс ^[10] . ^[11]

В последние годы наблюдается рост числа компаний, предлагающих персонализированные 3D-печатные модели объектов, которые были отсканированы, разработаны в программном обеспечении САПР, а затем распечатаны в соответствии с требованиями заказчика. Как упоминалось ранее, 3D-модели могут быть приобретены на онлайн-рынках и распечатаны отдельными лицами или компаниями с использованием имеющихся в продаже 3D-принтеров, что позволяет производить на дому такие объекты, как запасные части и даже медицинское оборудование. ^{[12] [13]}

Использует [ редактировать ]

Сегодня 3D-моделирование используется в различных отраслях, таких как кино, анимация и игры, дизайн интерьера и архитектура . ^[14] Они также используются в медицинской промышленности для создания интерактивных представлений анатомии. ^[15]

В медицинской промышленности используются детальные модели органов; они могут быть созданы с помощью нескольких срезов двумерных изображений с помощью МРТ или компьютерной томографии . Киноиндустрия использует их в качестве персонажей и объектов для анимационных и реальных фильмов . Индустрии видеоигр используют их в качестве активов для компьютерных и видеоигр .

В научном секторе они используются как детализированные модели химических соединений. ^[16]

Архитектурная индустрия использует их для демонстрации предлагаемых зданий и ландшафтов вместо традиционных физических архитектурных моделей .

Сообщество инженеров использует их для разработки новых устройств, транспортных средств и конструкций, а также для множества других целей.

В последние десятилетия сообщество наук о Земле начало строить трехмерные геологические модели в качестве стандартной практики.

3D-модели также могут быть основой для физических устройств, созданных с помощью 3D-принтеров или станков с ЧПУ .

С точки зрения разработки видеоигр, 3D-моделирование - это один из этапов более длительного процесса разработки. Проще говоря, источником геометрии формы объекта может быть:

1. Дизайнер, инженер-технолог или художник, использующий систему 3D-CAD.

2. Существующий объект, реконструированный или скопированный с помощью дигитайзера или сканера трехмерной формы.

3. Математические данные, хранящиеся в памяти на основе числового описания или расчета объекта. ^[10]

Большое количество программного обеспечения 3D также используется для создания цифрового представления механических моделей или деталей до их фактического изготовления. В таких областях используется программное обеспечение, связанное с CAD и CAM , и с помощью этого программного обеспечения вы можете не только конструировать детали, но и собирать их, а также наблюдать за их функциональностью.

3D-моделирование также используется в области промышленного дизайна , где продукты моделируются в 3D, прежде чем представлять их клиентам. В медиа и событийной индустрии 3D-моделирование используется в сценическом и декорационном дизайне . ^{[17] [18]}

OWL 2 перевод словаря из X3D может быть использован для обеспечения семантических описаний для 3D моделей , которая является подходящей для индексации и поиска 3D - моделей с такими функциями, как геометрия, размеры, материал, текстура, диффузным отражение, спектры пропускания, прозрачность, отражательная способность, опалесценция, глазури, лаки и эмали (в отличие, например, от неструктурированных текстовых описаний или виртуальных 2,5-мерных музеев и выставок с использованием Google Street View в Google Arts & Culture ). ^[19] RDF представление 3D моделейможет использоваться в рассуждениях , что позволяет использовать интеллектуальные 3D-приложения, которые, например, могут автоматически сравнивать две 3D-модели по объему. ^[20]

Тестирование твердотельной 3D-модели [ править ]

Трехмерные твердотельные модели можно тестировать по-разному, в зависимости от того, что требуется, с помощью моделирования, проектирования механизмов и анализа. Если двигатель спроектирован и собран правильно (это может быть сделано по-разному в зависимости от того, какая программа 3D-моделирования используется), используя инструмент механизма, пользователь должен иметь возможность определить, правильно ли собран двигатель или машина, по тому, как они работают. Разный дизайн нужно будет тестировать по-разному. Например; насосу для бассейна потребуется имитация потока воды, протекающей через насос, чтобы увидеть, как вода течет через насос. Эти тесты проверяют, правильно ли разработан продукт или его нужно модифицировать для соответствия его требованиям.

См. Также [ править ]

Этот раздел имеет формат списка , но может читаться лучше как проза . Вы можете помочь, преобразовав этот раздел , если это необходимо. Доступна помощь по редактированию . ( Ноябрь 2016 г. )

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с 3D-моделированием, на Викискладе?

Найдите моделиста в Викисловаре, бесплатном словаре.

Ссылки [ править ]