L'expressió "3D" és una abreviatura de l'anglès "3 dimensions", és a dir, "3 dimensions". Els símbols "3D" (a la literatura russa, també s'utilitza sovint l'abreviatura "3d") indiquen que un objecte o una tecnologia difereix d'altres perquè té més de dues dimensions.
Per a què serveixen els models 3D?
Tots els objectes del món real tenen tres dimensions. Al mateix temps, en la gran majoria dels casos, per representar objectes tridimensionals, fem servir superfícies bidimensionals: un full de paper, tela, pantalla d’ordinador. L’escultor crea figures tridimensionals, però abans de començar a tallar una escultura a partir de granit, crea esbossos en què la futura obra es representa en diverses vistes, des de tots els costats. De la mateixa manera, un arquitecte o dissenyador treballa mostrant vistes planes de productes o edificis dissenyats en un paper Whatman o en una pantalla d'ordinador.
El tema del "dibuix" en el marc de l'educació obligatòria té com a objectiu ensenyar el modelatge tridimensional: la descripció exacta dels objectes que tenen volum, sobre una superfície plana i bidimensional, d'un full de paper. A més, als nens se’ls ensenya modelatge tridimensional a les classes de modelatge de plastilina a l’escola bressol i primària. Tanta atenció a la modelització 3D en el procés educatiu no és casual. En qualsevol activitat per crear objectes reals, heu de tenir una bona idea de com quedarà aquest objecte des de tots els costats. Un sastre i un dissenyador de roba han de saber com s’adapta un vestit o un vestit a una persona amb una figura determinada. La perruqueria crea un tall de cabell i un pentinat que tindrà volum i aspecte diferent des de diferents angles. El joier modela les seves joies. El dentista no només ha de crear una bella dent artificial, sinó que també ha de tenir en compte la seva ubicació respecte a la resta de dents del pacient. El fuster ha de ser capaç d’ajustar amb precisió les juntes de les parts tridimensionals. També li agradaria veure visualment com els mobles que dissenya seran còmodes d’utilitzar i com s’adaptaran a l’interior.
Durant molt de temps, representants de diverses professions han utilitzat dibuixos, formats per molts tipus, per al modelatge tridimensional. Amb la proliferació d’ordinadors personals, es va poder confiar una part de la tasca de crear models tridimensionals al programari. Els sistemes d'automatització de disseny (CAD) van ser els primers a incloure la funcionalitat de la visualització dinàmica d'objectes tridimensionals creats al pla de la pantalla. La paraula "dinàmic", en aquest cas, significa la possibilitat de girar la imatge d'un objecte tridimensional a la pantalla i veure-la des de tots els costats. Tot i això, la dinàmica d’un model 3D també pot significar la capacitat del model per canviar-ne la forma i moure’s. Els creadors de dibuixos animats i jocs d'ordinador necessiten aquesta funcionalitat.
A la segona meitat del segle XX, fins i tot a l'era pre-informàtica, van aparèixer tecnologies de tractament de superfícies tridimensionals. Poc després del final de la Segona Guerra Mundial, la Força Aèria dels Estats Units va finançar el treball de Parsons Inc per crear màquines que poguessin fresar peces complexes segons un algorisme determinat. Aquests treballs van conduir a la creació de tota una classe de màquines eina de control numèric per ordinador (CNC). Dissenyar algoritmes de treball per a màquines CNC és una altra tasca del camp de la modelització 3D.
El 1986, l'enginyer nord-americà Charles W. Hall va crear una impressora que imprimia objectes tridimensionals mitjançant estereolitografia. Més tard, van aparèixer impressores 3D que imprimien productes tridimensionals a partir d’una àmplia varietat de materials, incloses impressores per imprimir òrgans humans o, per exemple, impressores que imprimien decoracions de confiteria i menjars preparats. Avui en dia es pot comprar una impressora 3D senzilla, però bastant funcional, al preu d’un telèfon intel·ligent i imprimir-hi objectes volumètrics per a la llar o detalls de models i diversos dispositius. Totes les impressores 3D per imprimir reben un model tridimensional com a entrada en un format específic.
Principis bàsics del modelatge 3D
Un requisit previ per al modelatge 3D és la presència de la imaginació espacial. És important poder imaginar el resultat futur del treball, rotar-lo mentalment i examinar-lo des de tots els costats, així com entendre en quins elements consisteix el model, quines oportunitats ofereix i quines restriccions imposa. Per naturalesa, la imaginació espacial de tothom es desenvolupa en diversos graus, però, de la mateixa manera que es pot desenvolupar, com l’alfabetització o l’orella per a la música. És important no rendir-se, dient-se a si mateix que res no funciona, sinó guanyar experiència fent models senzills al principi, passant gradualment a altres de més complexos.
Si en algun programa CAD dibuixeu tres rectangles i els organitzeu d’acord amb les regles de dibuix, el mòdul de visualització del model tridimensional del programa podrà crear i mostrar a la pantalla el paral·lelepíped corresponent a aquestes tres projeccions. De la mateixa manera, seguint les regles de dibuix, podeu crear un model de gairebé qualsevol part.
Tots els programes de modelatge 3D són vectorials. Això vol dir que descriuen objectes no com una col·lecció de punts separats, sinó com un conjunt de fórmules i només funcionen amb objectes sencers. Si heu de canviar o moure només la meitat d’un objecte, haureu de tallar-lo (si hi ha una eina que us permet fer-ho) i fixar les meitats com a objectes nous. Per treballar amb un editor vectorial, no és del tot necessari conèixer fórmules matemàtiques, sinó que s’inclouen al programa. Una conseqüència important i útil d’aquest enfocament és que qualsevol objecte es pot moure, modificar i escalar sense comprometre la qualitat. D'altra banda, el programa no us entendrà si intenteu dibuixar un rectangle, per exemple, col·locant molts punts al llarg de les seves vores que es toquin visualment. Per al programa, només hi haurà molts punts, no un rectangle. Al vostre parer, no podrà realitzar cap acció amb aquest rectangle. Per crear un rectangle, heu de triar una eina adequada i utilitzar-la. A continuació, el programa us permetrà realitzar qualsevol acció amb l'objecte creat: canviar-lo, moure'l a un punt determinat, estirar-lo, doblegar-lo, etc. A més, la majoria dels programes de modelatge 3D no podran treballar amb gràfics en format ràster (bmp, jpg, png, gif, etc.) obtinguts, per exemple, de Photoshop.
Modelatge en 3D a partir de "maons"
La gran majoria de detalls tècnics són una combinació de primitius volumètrics: paral·lelepípedes, boles, prismes, etc. Qualsevol eina per al modelatge en 3D té una biblioteca de primitives volumètriques i és capaç de reproduir-les, tenint en compte els paràmetres especificats per l'usuari. Per tal de crear, per exemple, un model de cilindre, n’hi ha prou amb seleccionar l’eina adequada al programa i establir el diàmetre i l’alçada. A més, tots els programes per al disseny tridimensional són capaços de realitzar almenys dues operacions matemàtiques amb figures tridimensionals: suma i resta. Així, per exemple, havent creat dos cilindres a partir de primitius: un de 5 cm de diàmetre i 1 cm d’alçada i el segon de 3 cm de diàmetre i una alçada òbviament superior a 1 cm, podeu combinar-los al llarg del eix central i resteu el segon del primer cilindre (més gran) … El resultat és una rentadora d’1 cm de gruix amb un diàmetre exterior de 5 cm i un diàmetre interior de 3 cm. Si teniu, per exemple, un conjunt d’objectes separats: "cap sense orelles i nas", "nas", " orella esquerra "i" orella dreta ", llavors podeu connectar-les i afegir-les per crear un nou objecte" cap amb orelles i nas ". Si teniu una biblioteca d’orelles, nassos i caps de diferents formes, podeu passar-hi per crear un model del cap del vostre amic (o del vostre). Després, restant l’objecte “boca” del cap resultant, podeu obtenir un cap amb una boca. Crear un model en 3D a partir de "maons", objectes disponibles a la biblioteca del programa o carregats al programa des de l'exterior, és una manera senzilla i una de les formes més populars.
Per descomptat, no hi ha cap element bàsic per a tots els casos en cap programa. Tot i això, es poden crear molts objectes movent altres objectes a l’espai o modificant-los. Per exemple, podeu crear el mateix cilindre prenent un cercle com a base i movent-lo cap amunt, mantenint cada pas afegint les posicions en un objecte. Si el programa té aquesta eina, ho farà tot sol, només cal especificar: al llarg de quina trajectòria i fins a quin punt heu de moure la base. Així, a partir de la rentadora creada segons la tecnologia descrita anteriorment, podeu crear un nou objecte: una canonada. Incloent: una canonada amb moltes corbes de qualsevol curvatura determinada. Un punt important: per a això, el cercle ha de ser inicialment tridimensional. Deixem - amb un gruix insignificant, però no igual a zero. Per fer-ho, el programa ha de tenir una eina per convertir una figura plana de gruix zero en una de tridimensional amb un gruix insignificant però específic.
Modelatge 3D a partir de polígons
Molts programes de modelatge 3D funcionen amb tipus especials d'objectes anomenats "malles". Una malla és una malla poligonal o una col·lecció de vèrtexs, arestes i cares d’un objecte 3D. Per entendre un objecte compost de malles, podeu mirar, per exemple, un robot creat a partir de peces de Lego. Cada peça és una malla independent. Si la mida mitjana d’una peça de Lego és d’1 cm i munteu un robot de 50 cm d’alçada, serà possible reconèixer la imatge (per exemple, d’una persona) que hi heu posat. Tanmateix, el realisme d’aquesta escultura serà molt mediocre. Una altra conversa, si creeu un robot a 50 quilòmetres d’alçada a partir de peces amb una mida mitjana d’1 cm. Si aneu a una distància decent per veure tota l’escultura gegant, no notareu l’angularitat de la superfície i el robot pot semblar una persona viva amb la pell llisa.
La malla pot ser tan petita com vulgueu, cosa que significa que podeu aconseguir qualsevol suavitat visual de la superfície del model. Bàsicament, construir un objecte a partir de malles és el mateix que el pixel art en una imatge 2D. Tot i així, recordem que el conjunt de punts en forma de rectangle no és un objecte "rectangle". Això vol dir que perquè la imatge creada a partir de les malles es converteixi en un objecte tridimensional, els seus contorns s’han d’omplir de volum. Hi ha eines per a això, però sovint s’obliden dels nouvinguts al modelatge 3D. Igual que el fet que una superfície (una esfera, per exemple) es converteixi en una figura volumètrica, ha d’estar completament tancada. Val la pena eliminar un punt (una malla) de la superfície tancada acabada i el programa no el podrà convertir en un objecte 3D.
El moviment i l’aspecte del model 3D
Imagineu-vos crear un objecte de cotxe a partir de malles o de qualsevol altra manera. Si al programa de modelatge tridimensional s'estableix la trajectòria i la velocitat de moviment de qualsevol punt a l'interior de l'objecte mitjançant la fórmula, establint la condició que tots els altres punts es moguin de manera sincronitzada, el cotxe conduirà. Si, alhora, les rodes del cotxe se seleccionen com a objectes separats i s’assignen trajectòries separades de moviment i rotació als seus centres, les rodes del cotxe giraran al llarg del camí. Escollint la correspondència correcta entre el moviment de la carrosseria del cotxe i les seves rodes, podeu aconseguir el realisme de la vinyeta final. De la mateixa manera, podeu fer moure un objecte "humà", però això requereix una comprensió de l'anatomia humana i la dinàmica de caminar o córrer. I llavors, tot és senzill: es crea un esquelet dins de l’objecte i a cadascuna de les seves parts se li assignen les seves pròpies lleis de moviment.
Un objecte creat en un programa de modelatge tridimensional pot, en les seves formes, repetir completament una mostra real de la vida o fantasia del creador, es pot moure de manera realista, però encara li falta una característica més per coincidir-hi completament. Aquesta característica és la textura. El color i la rugositat de la superfície determinen la nostra percepció, de manera que la majoria dels editors en 3D també disposen d’eines per crear textures, incloses les biblioteques de superfícies ja preparades: des de la fusta i el metall fins a la textura dinàmica d’un mar enfurismat al clar de lluna. Tot i això, no totes les tasques de modelatge 3D requereixen aquesta funcionalitat. Si esteu creant un model per imprimir en una impressora 3D, la textura de la seva superfície estarà determinada pel material a imprimir. Si esteu dissenyant un armari en CAD per a fabricants de mobles, és clar que us resultarà interessant "vestir" el producte amb la textura de les espècies de fusta seleccionades, però serà molt més important fer càlculs de resistència a el mateix programa.
Formats de fitxer en modelatge 3D
El programari per a la creació, edició i fabricació d’objectes en 3D es presenta al mercat mitjançant desenes d’aplicacions i paquets. Molts desenvolupadors d’aquest programari utilitzen els seus propis formats de fitxer per estalviar resultats de simulació. Això els permet aprofitar millor els seus productes i protegeix els seus dissenys del mal ús. Hi ha més de cent formats de fitxer 3D. Alguns d’ells estan tancats, és a dir, els creadors no permeten que altres programes utilitzin els seus formats de fitxer. Aquesta situació complica enormement la interacció de les persones dedicades al modelatge en 3D. Un disseny o model creat en un programa sol ser molt difícil o impossible d’importar i convertir en un altre programa.
Tanmateix, hi ha formats de fitxers de gràfics en 3D oberts que quasi tots els programes entenen per treballar amb 3d:
. COLLADA és un format universal basat en XML dissenyat específicament per a l’intercanvi de fitxers entre programes de diferents desenvolupadors. Aquest format és compatible (en alguns casos, cal un complement especial) per productes tan populars com Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. A més, aquest format pot entendre les últimes versions d'Adobe Photoshop.
. OBJ: desenvolupat per Wavefront Technologies. Aquest format és de codi obert i adoptat per molts desenvolupadors d'editors de gràfics en 3D. La majoria dels programes de modelatge 3D tenen la possibilitat d’importar i exportar fitxers.obj.
. STL és un format dissenyat per emmagatzemar fitxers destinats a imprimir mitjançant estereolitografia. Actualment, moltes impressores 3D poden imprimir directament des de.stl. També és compatible amb molts talladors: programes per preparar la impressió en una impressora 3D.
Editor 3D en línia tinkercad.com
El lloc tinkercad.com, propietat d’Autodesk, és la millor solució per a aquells que comencen a fer models 3D des de zero. Completament gratuït. Fàcil d’aprendre, el lloc té diverses lliçons que us permeten entendre la funcionalitat principal en una hora i començar. La interfície del lloc s'ha traduït al rus, però les lliçons només estan disponibles en anglès. Tanmateix, els coneixements bàsics d’anglès són suficients per entendre les lliçons. A més, no és difícil trobar guies en rus i traduccions de lliçons de tinkercad a Internet.
Hi ha un gran nombre de primitives volumètriques disponibles a l’espai de treball del lloc, incloses les creades per altres usuaris. Hi ha eines per escalar, ajustar-se a una quadrícula de coordenades i als punts clau dels objectes. Qualsevol objecte es pot convertir en un forat. Es poden combinar objectes seleccionats. És així com s’implementa la suma i la resta d’objectes. Hi ha disponible la història de les transformacions, inclosos els objectes desats recentment, cosa que és molt convenient quan cal retrocedir molts passos.
Per a aquells per als quals les funcions elementals descrites anteriorment no són suficients, hi ha una funcionalitat per escriure scripts i, en conseqüència, crear scripts complexos per transformar objectes.
No hi ha eines per tallar objectes. No hi ha polígons en la seva forma pura (el model poligonal s’implementa, fins a cert punt, en primitius d’objectes curvilinis). Sense textures. Tot i això, tinkercad us permet crear objectes artístics i bastant complexos.
Admet la importació i exportació de fitxers en formats STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Editor de gràfics en 3D semi-professional de Trimble Inc, adquirit fa diversos anys per Google Corporation. La versió Pro costa 695 dòlars. Hi ha una versió en línia gratuïta amb funcions limitades.
Fa un parell d'anys hi havia una versió d'escriptori gratuïta de l'editor, però avui només la versió en línia està disponible sense diners. La versió web té eines de dibuix senzilles, crea corbes i l’eina Extrude, que permet crear un sòlid a partir d’una imatge plana. A la versió web també hi ha capes i textures. Hi ha disponible una biblioteca d'objectes i textures creats per l'usuari.
La importació és possible per a fitxers de format propi (projecte SketchUp). També podeu inserir un fitxer.stl a l’escena com a objecte.
Els enllaços amb Google permeten que SketchUp s’integri amb els serveis del gegant d’Internet. No només s’accedeix a l’emmagatzematge al núvol, on podeu trobar moltes escenes i objectes ja fets per utilitzar al vostre treball, sinó també la possibilitat d’importar imatges de satèl·lit i aèries de Google Earth per crear escenes realistes.
En general, les capacitats de la versió gratuïta de SketchUp són sensiblement superiors a les funcionalitats disponibles a tinkercad, però el lloc web de SketchUp sovint es ralentitza quan s’intenta dur a terme algunes operacions serioses, com si donés a entendre que és millor canviar a la versió de pagament. del producte. La versió gratuïta de SketchUp ofereix una oferta per pagar diners per ampliar les seves capacitats gairebé a cada pas del camí.
Tenint en compte que SketchUp Pro té una bona funcionalitat i s’utilitza àmpliament, per exemple, en el disseny de mobles o el disseny d’interiors, podem recomanar que domineu la versió web gratuïta del producte per a aquells que vulguin fer un pas cap a un modelatge seriós, però encara no estan segurs dels seus punts forts i conveniència: transició a versions de pagament.
Batedora
Blender és un projecte llegendari que demostra, juntament amb Linux o PostgreSQL, que una comunitat de programadors units per la idea de distribució de programari lliure pot fer gairebé qualsevol cosa.
Blender és un editor de gràfics en 3D professional amb possibilitats gairebé il·limitades. Va guanyar la major popularitat entre els creadors d'animació i escenes realistes en 3D. Com a exemple de les capacitats d'aquest producte, podem citar el fet que s'hi va crear tota l'animació de la pel·lícula "Spider-Man 2". I no només per a aquesta pel·lícula.
Dominar completament les capacitats de l’editor Blender requereix una inversió significativa de temps i comprensió de tots els aspectes dels gràfics en 3D, inclosa la il·luminació, l’escenografia i el moviment. Té totes les eines conegudes i populars per al modelatge volumètric i, per a eines impossibles o encara no inventades, hi ha el llenguatge de programació Python, en què està escrit el propi editor i en el qual podeu ampliar les seves capacitats tant com us atreviu.
La comunitat d’usuaris de Blender compta amb més de mig milió de persones i, per tant, no serà difícil trobar persones que ajudin a dominar-la.
Per a projectes senzills, Blender és excessivament funcional i complex, però per a aquells que faran seriosament el modelatge en 3D, és una opció fantàstica.
