Система трехмерного моделирования доклад
Обновлено: 18.05.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Кафедра информатики и вычислительной техники
Основные требования к 3D построению пространственных объектов
Выполнила: А.В. Федорова, студентка 5 курса, гр. МДМ-114
Направление подготовки 44.03.05 Педагогическое образование.
Профиль Математика. Информатика
Проверила: Т. В. Кормилицына, канд. физ-мат. н., доцент
Трёхмерная графика – раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объёмных объектов в трёхмерном пространстве.
3D-моделирование – это процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования – разработать визуальный объёмный образ желаемого объекта. При этом модель может, как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
Самое широкое применение – во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции. Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трёхмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трёхмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трёхмерные дисплеи. Но, чтобы насладиться объёмной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Более подробно о применении трехмерной графики будет описано ниже.
Изготовление 3 D моделей осуществляется в несколько этапов :
- Создание формы и построение геометрии модели объекта – процесс моделирования геометрической формы предмета без учета его физических характеристик. На данном этапе используют такие приемы 3 D моделирования как: выдавливание, вращение, полигональное моделирование или модификаторы.
- Текстурирование . Степень реалистичности модели будет непосредственно зависеть от выбранных материалов при наложении текстур на объект.
- Настройка освещения и выбор точки наблюдения . Достаточно сложный этап разработки 3 D модели, от того насколько точно и грамотно выставлен свет, показатели яркости, глубины теней, резкости зависит напрямую степень реалистичности модели.
- Анимация и динамическая симуляция (в некоторых случаях) – придание движения объектам; автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом.
- Рендеринг и 3Dвизуализация – заключительный этап построения 3 D модели, призванный детализировать настройки отображения трехмерной модели, а также добавить графические спецэффекты, к примеру, туман, блики, сияние и др. На данном этапе также детализируются и уточняются настройки трехмерной визуализации.
- Композиторинг (компановка) – остобработка полученных изображений 3 D модели , добавление эстетичных визуальных эффектов, привлекающих внимание и вызывающее интерес потребителя.
- Вывод полученного изображения на устройство вывода –дисплей или специальный принтер.
Рассмотрим каждый шаг подробнее.
1. Моделирование (моделирование виртуального пространства) включает в себя несколько категорий объектов:
- Геометрия (построенная с помощью различных техник (направление, создание полигональной сетки) модель, например, здание);
- Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например, цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон);
- Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения);
- Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции);
- Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации);
- Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)
Задача трёхмерного моделирования – описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению. Назначение материалов: для сенсора реальной фото-камеры материалы объектов реального мира отличаются по признаку того, как они отражают, пропускают и рассеивают свет; виртуальным материалам задается соответствие свойств реальных материалов – прозрачность, отражения, рассеивания света, шероховатость, рельеф и пр.
Наиболее популярными пакетами сугубо для моделирования являются:
· Autodesk Mudbox, Autodesk 3D max;
Для создания трёхмерной модели человека или существа может быть использован прообраз (в большинстве случаев) – скульптура.
2. Текстурирование
Текстурирование подразумевает проецирование растровых или процедурных текстур на поверхности трёхмерного объекта в соответствии с картой UV-координат, где каждой вершине объекта ставится в соответствие определённая координата на двухмерном пространстве текстуры.
Как правило, многофункциональные редакторы UV-координат входят в состав универсальных пакетов трёхмерной графики. Существуют также автономные и подключаемые редакторы от независимых разработчиков, например, Unfold3D magic, Deep UV, Unwrella и др.
3. Освещение
1. Omni light (Point light) – всенаправленный ;
2. Spot light – конический (прожектор), источник расходящихся лучей;
3. Directional light – источник параллельных лучей;
4. Area light (Plane light) – световой портал, излучающий свет из плоскости;
5. Photometric – источники света, моделируемые по параметрам яркости свечения в физически измеримых единицах, с заданной температурой накала.
Существуют также другие типы источников света, отличающиеся по своему функциональному назначению в разных программах трёхмерной графики и визуализации. Некоторые пакеты предоставляют возможности создавать источники объемного свечения (Sphere light) или объемного освещения (Volume light), в пределах строго заданного объёма. Некоторые предоставляют возможность использовать геометрические объекты произвольной формы. Специалисты советуют начинать с одного основного источника света, а остальные добавлять постепенно - по одному, в зависимости от показаний тестового рендера.
4. Анимация
Одно из главных призваний трёхмерной графики – придание движения (анимация) трёхмерной модели, либо имитация движения среди трёхмерных объектов. Универсальные пакеты трёхмерной графики обладают весьма богатыми возможностями по созданию анимации. Существуют также узкоспециализированные программы, созданные сугубо для анимации и обладающие очень ограниченным набором инструментов моделирования:
· PMG Messiah Studio
5. Рендеринг
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок – кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности.
Самый простой вид рендеринга – это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).
Система КОМПАС-3D представляет собой программное обеспечение САПР. Программы САПР позволяют существенно облегчить проектирование. САПР Компас является одной из самых простых для изучения.
Ключевой особенностью КОМПАС-3D является использование собственного математического ядра и параметрических технологий.
Базовый функционал системы включает в себя:
- развитый инструментарий трехмерного моделирования;
- средства работы над проектами, включающими несколько тысяч подсборок, деталей и стандартных изделий;
- функционал моделирования деталей из листового материала — команды создания листового тела, сгибов, отверстий, буртиков, штамповок, замыкания углов и т.д., а также выполнения развертки полученного листового тела (в том числе формирования ассоциативного чертежа развертки);
- средства защиты пользовательских данных, интеллектуальной собственности и сведений, составляющих коммерческую и государственную тайну (реализовано отдельным программным модулем КОМПАС-Защита).
- инструменты создания пользовательских параметрических библиотек типовых элементов;
- возможность получения конструкторской и технологической документации: встроенная система КОМПАС-График позволяет выпускать чертежи, спецификации, схемы, таблицы, текстовые документы;
- поддержку стандарта Unicode;
- средства интеграции с различными CAD/CAM/CAE системами;
- средства создания поверхностей;
В КОМПАС-3D возможно создание твердотельных моделей (деталей),
которые хранятся в файлах с расширением *.m3d. Рабочее окно среды трехмерного моделирования откроется, если нажать на
соответствующую кнопку, которая находится на панели управления.
Основные элементы среды:
1. Строка меню – в ней расположены все основные меню системы, в каждом меню храниться связанные с ним команды;
2. Панель управления (стандартная) – в ней собраны команды, которые часто употребляются при работе с программой;
3. Панель вид – на панели вид расположены кнопки, которые позволяют управлять изображением: изменять масштаб, перемещать и вращать изображение, изменять форму представления модели.
4. Панель переключения (левая часть экрана) – производит переключения между панелями инструментов.
5. Панель инструментов – состоит из нескольких отдельных страниц (панелей): редактирования модели, пространственные кривые, поверхности, вспомогательная геометрия, измерения (3D), фильтры, элементы оформления.
6. Строка состояния объекта – указывает параметры объекта.
7. Дерево модели – это графическое представление набора объектов, составляющих деталь. Корневой объект Дерева – сама деталь. 8) Контекстная панель отображается на экране при выделении объектов
8. документа и содержит кнопки вызова наиболее часто используемых команд редактирования. Набор команд на панели зависит от типа выделенного объекта и типа документа.
9. Контекстное меню – меню, состав команд в котором зависит от совершаемого пользователем действия. В нем находятся те команды, выполнение которых возможно в данный момент. Вызов контекстного меню осуществляется щелчком правой кнопки мыши на поле документа, элементе модели или интерфейса системы в любой момент работы.
2. Классический процесс трехмерного проектирования. Трехмерное проектирование в КОМПАС-3D.
Возможностей двумерного проектирования не всегда бывает достаточно для решения поставленных задач. Двумерная графика удобна при проектировании штампов для вырубки, пробивки, простой гибки, однако при проектировании штампов для формообразующих операций (сложной гибки, вытяжки, формовки) без трехмерной визуализации создавать сборку не очень удобно.
С развитием трехмерного моделирования многочисленные пользователи постепенно переходят на систему трехмерного моделирования КОМПАС-3D. 3D-библиотека деталей штампов содержит трехмерные параметрические модели деталей штампов и стандартные таблицы размерных параметров для каждой детали. В библиотеке собраны детали, которые наиболее часто применяются при проектировании штампов холодной листовой штамповки. Библиотека насчитывает около 250 моделей и 200 таблиц ГОСТ.
- 3D-библиотека деталей пресс-форм содержит трехмерные параметрические модели стандартных и типовых деталей пресс-форм и стандартные таблицы размерных параметров для каждой детали. В этой библиотеке собраны детали, наиболее часто применяемые при проектировании пресс-форм следующих типов:
- пресс-форм для литья под давлением термопластов и цветных сплавов; прессовых пресс-форм для реактопластов и резины;
- пресс-форм для выплавляемых моделей.
Библиотека содержит около 90 моделей и таблиц ГОСТ.
Построение трехмерной твердотельной модели заключается в последовательном выполнении операций объединения, вычитания и
пересечения над простыми объемными элементами (призмами, цилиндрами, пирамидами, конусами и т.д.). Многократно выполняя эти простые операции над различными объемными элементами, можно построить самую сложную модель. Для создания объемных элементов используется перемещение плоских фигур в пространстве. Плоская фигура, в результате перемещения которой образуется объемное тело, называется эскизом, а само перемещение — операцией.
Эскиз может располагаться на одной из стандартных плоскостей проекций, на плоской грани созданного ранее элемента или на вспомогательной плоскости. Эскизы создаются средствами модуля плоского черчения и состоят из одного или нескольких контуров.
Система КОМПАС-3D располагает разнообразными операциями для построения объемных элементов, четыре из которых считаются базовыми:
- операция выдавливания – выдавливание эскиза перпендикулярно его плоскости;
- операция вращения – вращение эскиза вокруг оси, лежащей в его плоскости;
- кинематическая операция – перемещение эскиза вдоль направляющей.
- операция по сечениям – построение объемного элемента по нескольким эскизам (сечениям).
Для четырех базовых операций, добавляющих материал к модели, существуют аналогичные операции, вычитающие материал. Операция может иметь дополнительные опции, которые позволяют изменять или уточнять правила построения объемного элемента. Процесс создания трехмерной модели заключается в многократном добавлении или вычитании дополнительных объемов.
Создание и использование материальных моделей относится к экспериментальному методу познания окружающего мира, именно поэтому, в настоящее время моделированию уделяется большое внимание в науке для того, чтобы создать новые устройства и явления, необходимо их изучить. Для чего и используются модели этих устройств и явлений.
Компьютерное моделирование в настоящее время приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе. Технологии компьютерного моделирования широко используются в настоящее время. С помощью компьютерного моделирования создают сложные технические разработки и научные исследования.
Современное компьютерное моделирование выступает как средство общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами), осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры). Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем.
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 и прототипирование в современном мире
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
С древних времен человек стремился перенести на бумагу свои технические фантазии, а затем и воплотить их в повседневную жизнь. Так же многие сталкиваются с ситуацией, когда ломается деталь или любимая вещь и ими нельзя больше пользоваться. Если раньше, представить то, как будет выглядеть деталь, механизм или строение могли лишь по чертежу или рисунку, а любимую вещь приходилось выбрасывать, так как многие производители уже не выпускают такие детали или они стоят очень дорого, то с появлением трехмерного компьютерного моделирования и прототипирования стало возможным создать объемное изображение и распечатать модель на 3 D принтере.
3 D моделирование – это проектирование трехмерной модели по заранее разработанному чертежу или эскизу. Для построения объемной модели предмета используются специальные программы и принтеры. При моделировании важным этапом является рендеринг – преобразование эскиза модели в приятный для восприятия формат.
3 D модель отличается фотографической точностью и позволяет лучше представить себе, как будет выглядеть проект или деталь и внести необходимые изменения.
3 D модель или прототип всегда производит гораздо большее впечатление, чем все остальные способы презентации будущей модели. Современные технологии позволяют добиваться потрясающих результатов и реалистичности (рис.1).
Всего каких-то пять-десять лет назад 3 D принтеры были устройствами из будущего, какими-то приборами фантастических фильмов, а уже сейчас 3 D печать находит применение во многих сфера деятельности человека, таких как: медицина, машиностроение, архитектура, инженерия, нанотехнологии, и это далеко не полный список.
Научное сообщество считает, что в скором времени произойдет технологический прорыв человечества и многие вещи и предметы люди смогут распечатывать дома на бытовых принтерах.
2. Цель и задачи работы.
- Доказать, что 3 D моделирование и прототипирование, а так же 3 D принтеры на сегодняшний день являются современными, актуальными, полезными и удобными направлениями в жизни человека.
- Создать в программе Blender 3 D модель и распечатать ее на 3 D принтере.
- Раскрыть термины 3 D моделирование и прототипирование.
- Рассказать о программах создания трехмерного объекта и 3 D принтерах.
3. Гипотеза, объект и предмет исследования.
В ходе работы мною была выдвинута гипотеза: компьютерные программы трехмерного создания объекта и 3 D принтеры позволяют создавать детали, механизмы и предметы.
Предмет исследования: область применения, виды 3 D печати, программы и 3 D принтеры.
4. Теоретическая часть.
Сегодня я расскажу вам о том, что такое прототипирование и 3D-моделирование, каким оно бывает, где его применяют.
3D-моделирование — это 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 , ураган , астероид ), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала ).
Графическое изображение трёхмерных объектов отличается тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера ) с помощью специализированных программ. Однако с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.
3D-моделирование прочно вошло в нашу жизнь, частично или полностью изменив некоторые виды работ и услуг.
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 на бумаге в двухмерной плоскости не просто, тогда как 3D визуализация дает возможность тщательно проработать и что самое главное, просмотреть все детали.
В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Можно изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые, менять цвет и форму. Фантазия практически ни чем не ограничена, и можно быстро выбрать и изменить именно тот вариант, который подойдет заказчику.
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 время, затраченное на проектирование.
На сегодняшний день прототипирование и 3D моделирование активно используется в проектировании жилых зданий и промышленных объектов, архитектурных сооружений, в ландшафтном дизайне, дизайне интерьеров, медицине, машиностроении. Так же не стоит забывать о компьютерных играх и программах, где 3D модели тоже используются.
Дизайнеры и архитекторы всего мира используют разнообразные графические программы, такие как 3DS Max, Photoshop, AutoCAD и другие. С помощью них создаются уникальные объекты и показывают на сколько невероятными могут быть идеи и мечты.
Большинство людей перед тем, как что-то построить, нуждаются в визуальном примере, на который можно посмотреть и оценить все положительные и отрицательные стороны, ознакомиться с габаритами и тем, как он будет выглядеть и сочетаться с остальным интерьером.
Для начала разберем какие же бывают виды 3D-моделирования и где они применяются.
На сегодняшний день можно выделить 4 крупные отрасли, которые невозможно представить без применения трехмерных моделей и прототипов.
Промышленность и машиностроение
Строительный и ландшафтный дизайн
С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, мультфильмы, анимация и 90% компьютерных игр. На данный момент ни один современный фильм и компьютерная игра не обходятся без трехмерной графики. Профессия 3D-художника востребована как никогда. Создание компьютерной графики в фильмах – колоссальная работа, над которой трудятся сотни профессионалов. От сценаристов и режиссеров до целой армии 3D-художников
Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования.
Полигонами называются вот эти треугольники и четырехугольники. (рис.2).
Еще одной крупной сферой применения 3D моделей является медицина.
Благодаря средствам массовой информации и интернету ни для кого не секрет, что клетки, суставы и т.д можно распечатать на 3D-принтере (рис.3). Теперь учёным нет необходимости ставить эксперименты на животных, можно испытать влияние того или иного заболевания на распечатанных аналогах. Сегодня многие доктора посвящают себя поиску вакцины против рака. При помощи устройства трёхмерной печати на 3 D биопринтере они воссоздают раковые клетки, которые выращивают и изучают.
Таким образом, прототипы помогают врачам исследовать опасные болезни.
1) 3 D печать прототипов и готовых имплантов с использованием различных технологий и расходных материалов;
2) Изготовление прототипов протезов (бионическая рука, сердце, стоматологических и не только);
3) Разработка и печать ортопедических корсетов и вспомогательных приспособлений для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата;
4) Совместное с медицинскими работниками проектирование индивидуальных врачебных приспособлений.
3D-моделирование и прототипировнаие изделий машиностроения (рис.4) позволяет спроектировать деталь или узел изделия в виде конечного готового состоянии, соблюдая все конструктивные особенности. При наличии дополнительных знаний и навыков любую модель можно рассчитать на прочность. В ходе выполнения 3D-модели следуют по следующему плану:
1) Моделирование (создание математической базы);
2) Текстурирование (введение свойств объектов);
3) Рендеринг (проекционное построение);
4)Компоновка (завершающий этап, на котором полученная модель корректируется).
Какие программы осуществляют 3D-моделирование?
Наибольшей популярностью в этой области являются коммерческие продукты: Autodesk 3ds Max, Blender и многие другие.
Autodesk 3ds Max — самое мощное, функциональное и универсальное приложение для трехмерной графики. 3 D Макс — это стандарт, под который выпущено множество дополнительных плагинов, разработано готовых 3 D -моделей, отсняты гигабайты авторских курсов и видеоуроков. С этой программы лучше всего начинать учиться компьютерной графике.
AutoCAD - Для целей строительного, инженерного и промышленного проектирования применяется самый популярный чертежный пакет — AutoCAD от компании Autodesk. Эта программа обладает мощнейшим функционалом для двухмерного черчения, а также проектирования трехмерных деталей разной сложности и назначения.
Научившись работать в AutoCAD, пользователь сможет проектировать сложные поверхности, конструкции и прочие изделия материального мира и оформлять к ним рабочие чертежи. Плюсом этой программы является русскоязычное меню, справка и система подсказок по всем операциям.
Blender – это бесплатная программа Blender является очень мощным и ногофункциональным инструментом для работы с трехмерной графикой. Количеством своих функций он практически не уступает большим и дорогим 3ds Max и Cinema 4D. Эта система вполне подойдет как для создания 3 D моделей, так и для разработки видеороликов и мультфильмов. Несмотря на некоторую нестабильность работы и отсутствие поддержки большого числа форматов 3 D моделей, Blender может похвастать перед тем же 3ds Max более продвинутым инструментарием создания анимаций.
Планируя ремонт или желая обновить интерьер квартиры, нужно визуально представить, как это будет выглядеть после ремонта (рис.5,6). Бывает действительно сложно продумать все мелочи и детали. Именно поэтому и созданы программы для моделирования интерьера, которые помогут даже начинающим пользователям легко обустроить свой дом. Огромные галереи декора и текстур вместе с безграничным количеством вариантов планировки помещения смогут идеально визуализировать любое пространство.
3 D ландшафтный дизайн отличается от привычного проектирования тем, что при работе над его созданием специалисты проводят максимально подробную фото- и видеосъемку участка, на котором заказчик планирует разместить объект. Благодаря фиксации территории с разных сторон и съемке мельчайших нюансов дизайнеры получают возможность объединять разрозненные элементы в единую картину и разрабатывать ландшафтный дизайн, визуализация , которого и является важнейшей составляющей конечного результата.
Не менее популярный вид проектирования — ландшафтный дизайн, визуализация которого проходит в двухмерной плоскости. Как правило, этот метод применяют для участков с уже существующими в реальности постройками (домами, гаражами, павильонами, беседками). Отображение видовых ракурсов в этом случае происходит на основании готовых и отредактированных фотоснимков.
Работа по созданию такого проекта обходится несколько дешевле, чем 3 D моделирование ландшафтного дизайна (рис.7). Рис.7
И в конце расскажу немного о 3 D принтерах.
Первые разработки в области 3D печати велись в далёкие 90-е годы. Первый действующий прототип появился в Массачусетском технологическом институте спустя пять лет. В 1995 году это устройство было достаточно неуклюжим и мало функциональным по сравнению с современными домашними 3D принтерами, которые не так давно начали завоёвывать рынок. Подобные устройства оказались востребованными во многих отраслях. Это институты, рекламные агентства, различные научно-исследовательские сферы, ювелирная промышленность, зубные техники.
С помощью принтера можно печатать огромное количество вещей и плюс АБС пластик очень прочный, он используется в машиностроении, соответственно здесь можно в частном производстве распечатать очень сложную деталь, и сделать ее штучной.
Способствует широкому применению и в домашних условиях 3D печати расходные материалы, а точнее их простота в применении, экологичность, прочность и доступная цена.
Определённо, технологии 3D печати в будущем будут играть важнейшую роль в нашей жизни, несомненно, помогут решить многие проблемы человечества и воплотить практически любые мечты в реальность.
5. Практическая часть.
В практической части я расскажу о своих работах.
Было очень интересно попробовать свои силы, мне нравится это направление и в дальнейшем я планирую выбрать себе профессию связанную с моделированием и прототипированием.
При подготовке исследовательской работы, под руководством моего научного руководителя Евгения Юрьевича, я создал и напечатал модель сердца человека.
Вывод: в ходе моей работы я доказал, что гипотезу, что в настоящее время с помощью программ 3D моделирования, прототипирования и 3D принтеров во многих областях жизни человека возможно создание уникальных предметов и деталей.
Я много узнал о технологиях создания моделей и их способов печати, самостоятельно изучил программу Blender , своими глазами видел как работаю 3D принтеры и научился печать предметы. Еще я хочу изучить 3D сканирование.
Читайте также: