Трехмерное моделирование

В современном мире 3D моделирование играет важную роль. Трехмерные технологии используются в разных сферах деятельности: промышленности, архитектуре, индустрии развлечений, медицине, образовании и т.д.

3D моделирование – это процесс создания трехмерной модели объекта. Таким образом можно создать точную копию реальных объектов: зданий, автомобилей, механизмов и т.д. Но также с помощью 3d моделирования можно создать несуществующие в природе, выдуманные объекты – это персонажи компьютерных игр, мультфильмов и кино, инопланетные корабли, виртуальное окружение и др.

Объемное цифровое изображение создается на основе чертежей, эскизов, фотографий, набросков или же рождается «из головы». Моделирование сложных сооружений или людей происходит на основе результатов 3d сканирования, это значительно облегчает процесс.

Трехмерная модель максимально реалистична и детализирована, что, в отличии от чертежей, позволяет оценить и проанализировать все характеристики проектируемых объектов: геометрию, текстуру, размеры и т.д.

Создание 3D модели

Создание трехмерной модели состоит из нескольких этапов:

- Геометрия. На этом этапе строится трехмерная геометрическая модель с использованием выдавливания, модификаторов, полигонального моделирования, вращения.

- Текстура. На этом этапе идет подбор материалов для создания текстуры модели. Современные программы способны воссоздать любую текстуру. Правильное текстурирование позволяет добиться максимальной реалистичности.

- Освещение. Это достаточно сложный этап, ведь от правильно выбранного уровня яркости, тона и глубины теней зависит реалистичность целостного изображения.

- Визуализация (рендеринг). Этот этап заключается в детализации настроек изображения трехмерной модели: наложении спецэффектов, проработке отдельных компонентов и т.д.

- Постобработка. Эстетическая доработка трехмерной модели. С помощью специальных программ изображению придаются оригинальные визуальные эффекты.

Печать 3D модели

Созданные 3d модели могут стать частью реального мира. С появлением 3d печати 3d моделирование стало востребованным во многих областях. С помощью 3D принтера можно напечатать точную копию трехмерной модели любой геометрической формы. Созданный прототип изделия позволит оценить проектируемый объект, испытать его, внести изменения в проект или доработать его.

3d печать – это процесс создания трехмерного объекта на основе цифровой модели. Технология трехмерной печати заключается в построении объекта путем последовательного нанесения слоев, отображающих контур модели. Полученные таким путем модели используются не только как опытные образцы, но и в качестве готовых изделий.

                                

В процессе печати 3d принтер считывает 3d печатный файл с данными трехмерной модели и выстраивает трехмерную модель из серии поперечных сечений путем последовательного нанесения слоев порошкообразного, жидкого, листового или бумажного материала. В результате сплавливания слоев создается объект заданной формы.

Создание объемной модели может занимать от нескольких часов до нескольких суток, срок зависит от метода печати, а также сложности и размера модели.

Современные методы 3d печати позволяют использовать несколько материалов и цветов в течение одного производственного цикла. На сегодняшний день существует несколько видов трехмерной печати. Их различия – в методе нанесения слоев и используемых материалов.

- Порошковый метод SLS – выборочное лазерное спекание. Данный метод был разработан еще в 80-х годах прошлого века. Его авторами являются ученые из Техасского университета Карл Декард и Джозеф Биман.

Используемые материалы: термопластики, металлические и керамические порошки.

- Порошковый метод SLM – выборочная лазерная плавка. Создание модели происходит путем расплавления порошка в местах соприкосновения с мощным лазерным лучом, что позволяет добиться высокой плотности материалов. Механические характеристики таких моделей не отличаются от изделий, изготовленных традиционными методами.

Используемые материалы: титановые сплавы, нержавеющая сталь, кобальт-хромовые сплавы, алюминий.

- Порошковый метод DMLS – прямое спекание металлов. В качестве нагревательного элемента для спекания металлического порошка используются оптоволоконные лазеры высокой мощности. Особенность этого метода – высокое разрешение печати.

Используемые материалы: любые металлические сплавы.

- Экструзионный метод FDM/FFF – послойное наплавление. Данная технология имеет ограничения по сложности создаваемых геометрических форм.

Используемые материалы: термопластики, акрилонитрилбутадиенстирол и др.

- Метод полимеризации SLA - основывается на создании твердых моделей путем полимеризации жидких материалов (стереолитография). Отвердевание материалов происходит за счет облучения ультрафиолетовым лазером.

Используемые материалы: фотополимеры.

- Метод ламинирования LOM – ламинирование листовых материалов. Модель создается путем последовательного склеивания листового материала и формирования контура с помощью лазерной резки. После печати таким методом модели подлежат дополнительной механической обработке.

Используемые материалы: бумага, металлическая фольга, пластиковая пленка.

У каждого метода существуют свои преимущества и недостатки. Основными критериями при выборе устройства является цена принтера, скорость печати, стоимость расходных материалов и себестоимость создаваемых прототипов.

На сегодняшний день 3d печать становится все более привлекательной для производства. Так, производство некоторых деталей за счет 3d печати является более выгодным вариантом по сравнению с машинным изготовлением.

Выявление недочетов на прототипе изделия позволяет значительно удешевить процесс производства, ускорить его и избежать возможных ошибок. 3D печать является отличным тестом проектируемого объекта и позволяет избежать затрат на пробное производство.

В настоящее время с помощью 3d печати создаются детали, механизмы, кости и протезы, импланты, медицинские аппараты, бижутерия и даже одежда. 

Программное обеспечение для 3D моделирования

На сегодняшний день существует огромное множество программ для 3d моделирования. Подбор программы зависит от поставленных задач. Рассмотрим наиболее популярные:

- Autodesk 3ds Max

Это самое известное, мощное и универсальное приложение для создания трехмерной графики. Под него создано и разработано множество дополнительных плагинов и готовых 3d-моделей. Программа 3ds Max используют в самых разных сферах: от дизайна до создания мультфильмов. Данная программа идеальна для создания статичной графики, реалистичных предметов, интерьеров и т.д. Большинство трехмерных моделей создаются именно в 3ds Max, что позволяет назвать эту программу самой популярной как среди профессионалов, так и среди новичков.

- Sculptris

Это несложное приложение, в котором быстро разберутся даже начинающие моделлеры. Эта программа легко и непринужденно погрузит вас в процесс лепки скульптуры или персонажа. Программа недостаточна полна для профессионального уровня, скорее она будет полезна для развития навыков скульптринга.

- Cinema 4D

Мощная программа, составляющая достойную конкуренцию 3ds Max. По набору функций программы практически идентичны, отличие составляет процесс и способ выполнения операций. Кроме того, Cinema 4D обладает более совершенным функционалом в создании видеоанимаций и способна создавать реалистичную графику в режиме реального времени.

- IClone

Идеальная программа для создания быстрых анимаций. Функционал ее не так широк, как у Cinema 4D, но это не мешает использовать эту программу для создания реалистичных сцен. Большая библиотека примитивов дает возможность пользователям ознакомиться с процессом создания анимации и приобрести необходимые навыки.

- AutoCAD

Чертежный пакет AutoCAD от компании Autodesk незаменим для строительного, промышленного и инженерного проектирования. Программа позволяет проектировать трехмерные объекты разной сложности и обладает мощным функционалом для создания двухмерных чертежей. Программа AutoCAD создана под определенные задачи, а именно: детальную разработку сложнейших моделей, конструкций и создание рабочих чертежей.

- Blender

Данная программа – мощный инструмент для создания трехмерной графики. Функционалом Blender мало чем отличается от 3ds Max и Cinema 4D. Система одинаково хороша как для создания 3d моделей, так и для разработки анимации. Наряду с продвинутым инструментарием для создания анимации, пользователи отмечают сложность программы.

- Sweet Home 3D

Несложная программа для 3d-моделирования квартиры. Данное приложение позволит быстро создать эскиз будущего интерьера на основе встроенных библиотечных элементов. Sweet Home 3D подойдет, когда нужно быстрый эскиз, не требующий детальной и реалистичной визуализации.

- КОМПАС-3D

Система 3d-проектирования сочетает в себе простоту освоения с мощными функциональными возможностями твердотельного и поверхностного моделирования. Программа позволяет решить сложные задачи в технологическим и архитектурно-строительном проектировании в соответствии с самыми передовыми методиками.

Сферы применения 3D моделирования

Сегодня трехмерные технологии окружают нас повсюду. Мы встречаем их в кино и компьютерных играх, мультфильмах и рекламе, во время образовательных курсов и презентации проектов… Всех отраслей, где применяются трехмерные технологии, не перечесть, их множество. Перечислим только основные:

Медицина

Мировая медицина по достоинству оценила возможности 3Д технологий и на сегодняшний день активно их использует. С помощью трехмерных технологий возможно создавать 3d модели человеческих органов, импланты, протезы.

Уже создан принтер, печатающий из сахара и его заменителя – изомальта - ткани для выращивания органов и изучения опухолей. Эта разработка нашла применение в области исследований, производства и биоинженерии. Разработчики надеются, что смогут вскоре создать принтер, который сможет печатать человеческие органы с нуля. В 2018 году был представлен принтер, способный печатать человеческую кожу для лечения глубоких ожоговых ран, а также принтер, печатающий роговую оболочку глаза.

Без 3Д технологий не обходится и такие отрасли медицины как косметология, пластическая хирургия, протезирование. В первых двух случаях 3d моделирование помогает визуализировать предполагаемый эффект от оперативных вмешательств или процедур и подобрать наиболее приемлемый вариант.

В настоящее время также активно развивается биопечать, в которой в качестве материалов используются живые человеческие клетки.

Важнейшая роль в использовании 3Д технологий в медицине – помощь пациентам и улучшение качества их жизни.

Промышленность

Промышленное 3D-моделирование

Технологии 3D моделирования востребованы в промышленности в первую очередь для прототипирования и создания литейных опытных моделей. Трехмерные модели используют инженеры, изобретатели, строители, специалисты авиакосмической и автомобильной отрасли и многие другие. Создание 3 dмоделей используется для прототипирования изделий с целью их анализа, всесторонней оценки и проверки механизмов на любой стадии разработки.  

Индустрия развлечений

3D моделирование персонажей: популярные программы и видеоуроки ...

Сегодня трудно себе представить современный фильм, мультфильм или компьютерную игру без использования 3D графики. Благодаря им, мы погружаемся в фантастические миры, знакомимся с необычными персонажами, оказываемся в далеком прошлом рядом с динозаврами или в глубоком космосе среди таких реальных инопланетян. В современной индустрии развлечений создание трехмерных персонажей для кино и игр – прибыльный и перспективный бизнес.

Нельзя не отметить, что технологии 3D в значительной мере повлияли и нашли активное применение в маркетинге. Презентации и рекламные кампании, созданные с применением 3D технологий – это захватывающие, удивительные и запоминающиеся ролики, затраты на которые полностью оправданы.

Образование

Уроки будущего» в 3D формате проходят в школах Кировского района ...

Трехмерные технологии позволяют создать необходимые для практики тренажеры, воспроизвести химические и физические опыты, 3д уроки максимально погружают учеников в тему и вовлекают в учебный процесс. Не стоит забывать и о 3D симуляторах, целью которых является обучение и отработка навыков пилотов, военных, космонавтов, врачей.

asdasdasd