3d моделирование в современном мире доклад

Обновлено: 25.06.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Трехмерное моделирование в современном мире

Плоды технической фантазии всегда стремились вылиться на бумагу, а затем и воплотиться в жизнь. Если раньше, представить то, как будет выглядеть дом или интерьер комнаты мы могли лишь по чертежу или рисунку, то с появлением компьютерного трехмерного моделирования стало возможным создать объемное изображение спроектированного сооружения. 3D модель обычно производит гораздо большее впечатление, чем все остальные способы презентации будущего проекта. Передовые технологии позволяют добиваться потрясающих результатов.

Что такое 3D графика

3D графика - это создание объемной модели при помощи специальных компьютерных программ. На основе чертежей, рисунков, подробных описаний или любой другой графический или текстовой информации, 3D дизайнер создает объемное изображение. В специальной программе модель можно посмотреть со всех сторон (сверху, снизу, сбоку), встроить на любую плоскость и в любое окружение.

Где используется 3D-графика?

3D-графика широко используется для киносъёмки, телевидения, книгопечатания, издания еженедельных журналов, проектирования сооружений и конструкций, изготовления каких-либо деталей и сборочных единиц, в системах автоматизации проектных работ

В ходе выполнения 3D-модели следуют по следующему плану:

1) Моделирование (создание математической базы);

2) Текстурирование (введение свойств объектов);

3) Симуляция динамики (используется лишь в некоторых случаях, например, когда нужно рассмотреть взаимодействие частиц или каких-либо объектов);

4) Рендеринг (проекционное построение);

5) Компоновка (завершающий этап, на котором полученная модель корректируется).

Какие программы осуществляют 3D-моделирование?

Преимущества трехмерного моделирования

Преимуществ у трехмерного моделирования перед другими способами визуализации довольно много. Трехмерное моделирование дает очень точную модель, максимально приближенную к реальности. Современные программы помогают достичь высокой детализации. При этом значительно увеличивается наглядность проекта. Выразить трехмерный объект в двухмерной плоскости не просто, тогда как 3D визуализации дает возможность тщательно проработать и что самое главное, просмотреть все детали. Это более естественный способ визуализации.

В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Вы можете изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые. Ваша фантазия практически ни чем не ограничена, и вы сможете быстро выбрать именно тот вариант, который подойдет вам наилучшим образом.

Однако трехмерное моделирование удобно не только для клиента. Профессиональные программы дают множество преимуществ и изготовителю. Из трехмерной модели легко можно выделить чертеж каких-либо компонентов или конструкции целиком. Несмотря на то, что создание трехмерной модели довольно трудозатратный процесс, работать с ним в дальнейшем гораздо проще и удобнее чем с традиционными чертежами. В результате значительно сокращаются временные затраты на проектирование, снижаются издержки.

Специальные программы дают возможность интеграции с любым другим профессиональным программным обеспечением, например, с приложениями для инженерных расчетов, программами для станков или бухгалтерскими программами. Внедрение подобных решений на производстве дает существенную экономию ресурсов, значительно расширяет возможности предприятия, упрощает работу и повышает ее качество.

Что же делать, если понадобилась трехмерная модель, а возможности приобрести и обучиться работе в профессиональной компьютерной программе у Вас нет. Тогда лучше всего обратиться за помощью в компанию, которая оказывает услуги по трехмерному моделированию, таких компаний сейчас очень много, но прежде чем размещать свой заказ, рекомендуется ознакомиться с уже имеющимися работами компании в данной области.

Список литературы

Землянов Г. С, 3D-моделирование [ Текст ] / Г.С Землянов, В.В Ермолаева// Молодой ученый. — 2015. — №11. — С. 186-189.

Сам я технический специалист и уже более 10 лет работаю с 3D-моделями, поработал более чем в 10ке различных программ разных классов и назначений, а также в различных отраслях. В связи с этим накопился определенный helicopter view на эту отрасль, с чем и хотел с вами поделиться.

3D-моделирование прочно вошло в нашу жизнь, частично или полностью перестроив некоторые виды бизнеса. В каждой отрасли, в которую 3D-моделирование принесло свои изменения, имеются как свои определенные стандарты, так и негласные правила. Но даже внутри одной отрасли, количество программных пакетов бывает такое множество, что новичку бывает очень трудно разобраться и сориентироваться с чего начинать. Поэтому, для начала давайте разберем какие же бывают виды 3D-моделирования и где они применяются.

Можно выделить 3 крупные отрасли, которые сегодня невозможно представить без применения трехмерных моделей. Это:

Индустрия развлечений
Медицина (хирургия)
Промышленность

Полигонами называются вот эти треугольники и четырехугольники.

Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель. Однако, это не значит, что если модель содержит мало полигонов (low poly), то это плохая модель, и у человека руки не оттуда. Тоже самое, нельзя сказать про то, что если в модели Over999999 полигонов (High poly), то это круто. Все зависит от предназначения. Если, к примеру, речь идет о массовых мультиплеерах, то представьте каково будет вашему компьютеру, когда нужно будет обработать 200 персонажей вокруг, если все они high poly?

Полигональное моделирование происходит путем манипуляций с полигонами в пространстве. Вытягивание, вращение, перемещение и.т.д.

Пионером в этой отрасли является компания Autodesk (известная многим по своему продукту AutoCAD, но о нем позже).
Продукты Autodesk 3Ds Max, и Autodesk Maya, де-факто стали стандартом отрасли. И свое знакомство с 3D моделями, будучи 15-летним подростком, я начал именно с 3Ds Max.

Если полигональная модель выполнена в виде замкнутого объема, как например, те же скульптуры, то благодаря современной технологии 3D-печати (которая прожует почти любую форму) они могут быть воплощены в жизнь.

По сути, это единственный путь для полигональных 3D моделей оказаться в реальном мире. Из вышеописанного можно сделать вывод, что полигональное моделирование нужно исключительно для творческих людей (художников, дизайнеров, скульпторов). Но это не однозначно. Так, например, еще одной крупной сферой применения 3D моделей является медицина, а именно- хирургия. Можно вырастить протез кости взамен раздробленной. Например, нижняя челюсть для черепашки.

У меня нет медицинского образования и я никогда ничего не моделил для медицины, но учитывая характер форм модели, уверен, что там применяется именно полигональное моделирование. Медицина сейчас шагнула очень далеко, и как показывает следующее видео, починить себе можно практически все (были бы деньги).

Конечно, используя полигональное моделирование, можно построить все эти восстанавливающие и усиливающие элементы, но невозможно контролировать необходимые зазоры, сечения, учесть физические свойства материала и технологию изготовления (особенно плечевого сустава). Для таких изделий применяются методы промышленного проектирования.

По правильному они называются: САПР (Система Автоматизированного ПРоектирования) или по-английский CAD (Computer-Aided Design). Это принципиально другой тип моделирования. Именно на нем я специализируюсь уже 8 лет. И именно про него я буду вам в дальнейшем рассказывать. Чем этот метод отличается от полигонального? Тем, что тут нет никаких полигонов. Все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление.

Базовым типом является твердотельное моделирование. Из названия можно понять, что, если мы разрежем тело, внутри оно не будет пустым. Твердотельное моделирование есть в любой CAD-системе. Оно отлично подходит для проектирования рам, шестеренок, двигателей, зданий, самолётов, автомобилей, да и всего, что получается путем промышленного производства. Но в нем (в отличии от полигонального моделирования) нельзя сделать модель пакета с продуктами из супермаркета, копию соседской собаки или скомканные вещи на стуле.

Цель этого метода — получить не только визуальный образ, но также измеримую и рабочую информацию о будущем изделии.

CAD – это точный инструмент и при работе с CAD, нужно предварительно в голове представлять топологию модели. Это алгоритм действий, который образует форму модели. Вот, как раз по топологии, можно отличить опытного специалиста от криворукого. Не всегда задуманную топологию и сложность формы можно реализовать в твердотелке, и тогда нам на помощь приходит неотъемлемая часть промышленного проектирования — поверхностное моделирование.

Топология в поверхностях в 10 раз важнее, чем при твердотельном моделирование. Неверная топология – крах модели. (напоминаю, что это статья обзорная и для новичков, я не расписываю тут нюансы). Освоение топологии поверхностей на высоком уровне, закрывает 70% вопросов в промышленном моделировании. Но для этого нужно много и постоянно практиковаться. В конечном итоге, поверхности все равно замыкаются в твердотельную модель.

Со временем приходит понимание наиболее удобного метода при моделировании того или иного изделия. Тут полно лайф-хаков, причем у каждого специалиста есть свои.

В CAD мы получаем электронно-геометрическую модель изделия.

(Напоминаю, что при полигональном моделировании мы получаем визуальный образ)

3D-моделирование – это настоящее искусство, сегодня оно является одним из перспективных направлений в области новых техноло3D-моделирование – это настоящее искусство, сегодня оно является одним из перспективных направлений в области новых технологий.

Больше информации вы найдёте на сайте Таскаевой Алисы

Краткая история

Компьютерная графика в начальный период своего возникновения была далеко не столь эффектной, какой она стала в настоящие дни. В те годы компьютеры находились на ранней стадии развития и были способны воспроизводить только самые простые линии. Идея компьютерной графики не сразу была подхвачена, но ее возможности быстро росли, вместе с развитием компьютеров и увеличением их мощности, и постепенно она стала занимать одну из важнейших позиций в информационных технологиях.

Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объектов в трёх измерениях.

3D-моделирование — процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования — разработать зрительный объёмный образ желаемого объекта. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира ( автомобили , здания ), так и быть полностью абстрактной (не существовавшей ранее).

Виды 3D-моделирования.

Есть три вида 3D-моделирования :

Второй вид 3D-моделирования – это поверхностное моделирование . В отличие от каркасного, здесь имеются не только сегменты, линии и дуги, но и поверхности, образующие контур отображаемого объекта.

Третий, самый точный и достоверный тип 3D-моделирования, называется твердотельное моделирование . Из названия можно понять, что, если мы разрежем тело, внутри оно не будет пустым. В результате его использования можно получить настоящий образец готового объекта, который передает все данные о нем. Модель, созданная благодаря этому способу визуального воспроизведения, содержит линии, грани, текстуру и данные об объеме и массе тела. Хотя изображения и занимают наибольший объем памяти компьютера по сравнению с остальными, но он полностью описывает готовый объект. Твердотельное моделирование используется повсюду: при создании техники, промышленных деталей, мебели, ювелирных изделий, кино и компьютерных игр .

Из-за того, что 3D-модели используются практически во всех сферах нашей жизни, можно выделить четыре уровня сложности объемных изображений:

· Первый — не содержит информации о структуре и мелких деталях объекта, например простые рамки.

· Второй — содержит более детальную информацию о модели. К такому уровню можно отнести тумбы, столы и другие несложные предметы.

· К третьему уровню можно отнести, например, гарнитуры мебели и технику для дома из-за многочисленных мелких деталей и сложной неоднородной структуры.

· Ну а четвертый чаще всего используется инженерами, примерами трехмерных моделей этого уровня могут служить модели станков, автомобилей и другой сложной техники.

Все уровни модели соотносятся и с видами 3D-моделирования. П ервые два – это каркасный, третий – поверхностный, а четвертый – твердотельный.

Создание модели .

Для получения трехмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

· моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;

· текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);

· освещение — установка и настройка источников света ;

· анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам;

· динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации , ветра , выталкивания и др., а также друг с другом;

· рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;

· композитинг (компоновка) — доработка изображения;

· вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или специальный принтер.

Трехмерное моделирование в современном мире

С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, анимация и большинство компьютерных игр. Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования.

Полигонами обычно бывают треугольники и четырехугольники из которых строится модель.

Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель.

Еще одной крупной сферой применения 3D моделей является медицина, а именно — хирургия. Например, можно изготовить зубной протез точно, который будет выглядеть и ощущаться во рту точно, как настоящий зуб.

Методы промышленного проектирования- САПР (Система Автоматизированного Проектирования). Это принципиально другой тип моделирования. Чем этот метод отличается от полигонального? Тем, что тут нет никаких полигонов. Все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление.

Базовым типом является твердотельное моделирование. Оно отлично подходит для проектирования зданий, самолётов, автомобилей, всего, что получается путем промышленного производства.

3D печать — это технология будущего. С каждым днем данная технология печати находит себя в новых областях. Интересной в области развлечений является такая услуга: любой желающий может сделать скан своего тела и получить свою миниатюрную копию. В области медицины постепенно входят в использование изготовление обуви, стелек, наушников, идеально повторяющих форму некоторых частей тела или же детальных частей для функционирования организма, например участок черепа человека. Постепенно увеличивается размер деталей, а также расширяется выбор материалов для печати.

Инструменты 3D моделирования

- инструмент для рисования пластиком, позволяющий создавать трёхмерные объекты — 3D-ручка

Современные ручки весят от 40 грамм. Их легко удержит в руке даже ребенок.

- 3D-принтер – это устройство, которое способно создавать настоящие трехмерные объекты, которые можно потрогать, взять в руки или, например, использовать как детали конструктора, собирая более сложные вещи. Другими словами, такой принтер способен создавать объемные фигуры. Каждый знаком с обычным принтером, который способен распечатывать текст или картинки. Принцип действия трехмерного принтера схож с обычным, однако 3D-принтеры создают указанные в программе трехмерные объекты.

Больше информации вы найдёте на сайте Таскаевой Алисы

Краткая история