Хабрахабр

[Из песочницы] Трехмерное моделирование в современном мире

Сегодня я расскажу вам о том, что такое 3D-моделирование, каким оно бывает, где его применяют и с чем его едят. Эта статья в первую очередь ориентирована на тех, кто только краем уха слышал, что такое 3D-моделирование, или только пробует свои силы в этом. Поэтому буду объяснять максимум «на пальцах».

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

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

  • Индустрия развлечений
  • Медицина (хирургия)
  • Промышленность

С первой мы сталкиваемся почти каждый день. Это фильмы, анимация и 90% компьютерных игр. Все виртуальные миры и персонажи созданы с помощью одного и того же принципа — полигонального моделирования.

Полигонами называются вот эти треугольники и четырехугольники.

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

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

И свое знакомство с 3D моделями, будучи 15-летним подростком, я начал именно с 3Ds Max. 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.

Мы получаем визуальный ОБРАЗ. Что же мы получаем на выходе сделав такую модель? На самом деле вы проваливаетесь сквозь полигоны, на которые наложены эти текстуры. Геймеры иногда говорят: «я проваливался под текстуры» в игре. В основном, полученные образы используются для РЕНДЕРА (финальная визуализация изображения), в игре / в фильме / для картинки на рабочем столе. И падение в бесконечность происходит как раз потому, что за образом ничего нет.

Есть такое направление как 3D-sсulpting. По сути, тоже самое полигональное моделирование, но направленное на создание в основном сложных биологических организмов. Собственно, я в свое время и пытался что-то «слепить», чтобы сделать крутой рендер (тогда это было значительно сложнее).
Кстати о лепке. Сам процесс больше напоминает чеканку, чем 3D моделинг. В ней используются другие инструменты манипуляций с полигонами.

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.

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

Медицина сейчас шагнула очень далеко, и как показывает следующее видео, починить себе можно практически все (были бы деньги). 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.

Для таких изделий применяются методы промышленного проектирования. 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).

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

Из названия можно понять, что, если мы разрежем тело, внутри оно не будет пустым. Базовым типом является твердотельное моделирование. Оно отлично подходит для проектирования рам, шестеренок, двигателей, зданий, самолётов, автомобилей, да и всего, что получается путем промышленного производства. Твердотельное моделирование есть в любой CAD-системе. 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.

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

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

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

Я сам много раз наблюдал, как творческие люди, или мастера на все руки пытались проектировать. ВАЖНО: использование CAD без профильного образования не продуктивно! Знать свойства материалов, и технологию производства. Да, конечно они что-то моделировали, но все это было «сферическим конем в вакууме».
При моделировании в CAD, помимо топологии, необходимо иметь конструкторские навыки. Без этого, все равно, что подушкой гвозди забивать, или гладить пылесосом.

В CAD мы получаем электронно-геометрическую модель изделия.

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

С нее можно:

  • Сделать чертежи
  • По ней можно написать программу для станков с ЧПУ,
  • Ее можно параметризировать (это когда изменяя 1 параметр можно изменить модель без переделки)
  • Можно проводить прочностные и другие расчеты.
  • Ее так же можно послать на 3д печать (и качество будет лучше)
  • Сделать рендер.

Думаю, пока этого вам хватит. Мы разобрали:

  • 2 основных вида моделирования.
  • Разобрали отрасли применения.
  • Разобрали возможности каждого метода и его назначение.
  • Разобрали базовые типы моделирования в CAD и некоторые нюансы.

Надеюсь, вам было интересно!

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть