stringtranslate.com

3D моделирование

В 3D - компьютерной графике 3D-моделирование — это процесс разработки математического координатного представления поверхности объекта (неодушевленного или живого) в трех измерениях с помощью специального программного обеспечения путем манипулирования краями, вершинами и многоугольниками в моделируемом трехмерном пространстве . [1] [2] [3]

Трехмерные (3D) модели представляют собой физическое тело с использованием набора точек в трехмерном пространстве, соединенных различными геометрическими объектами, такими как треугольники, линии, изогнутые поверхности и т. д. [4] Являясь набором данных ( точек и другой информации). 3D-модели могут создаваться вручную, алгоритмически ( процедурное моделирование ) или путем сканирования . [5] [6] Их поверхности могут быть дополнительно определены с помощью текстурирования .

Контур

Продукт называется 3D-моделью, а того, кто работает с 3D-моделями, можно назвать 3D-художником или 3D-моделером.

3D-модель также можно отображать в виде двухмерного изображения с помощью процесса, называемого 3D-рендерингом , или использовать при компьютерном моделировании физических явлений.

3D-модели могут создаваться автоматически или вручную. Процесс ручного моделирования и подготовки геометрических данных для компьютерной 3D-графики аналогичен пластическим искусствам, таким как скульптура . 3D-модель можно физически создать с помощью устройств 3D-печати , которые формируют 2D-слои модели из трехмерного материала, по одному слою за раз. Без 3D-модели 3D-печать невозможна.

Программное обеспечение для 3D-моделирования — это класс программного обеспечения для компьютерной 3D-графики, используемого для создания 3D-моделей. Отдельные программы этого класса называются приложениями моделирования. [7]

История

Трехмерная модель спектрографа [ 8]
Вращающаяся 3D-модель видеоигры
3D- модели селфи создаются на основе 2D-фотографий, сделанных в 3D-фотобудке Fantasitron в Мадуродаме .

3D-модели сейчас широко используются в  3D-графике  и  САПР , но их история предшествует широкому использованию 3D-графики на  персональных компьютерах . [9]

В прошлом во многих  компьютерных играх в качестве спрайтов  использовались предварительно обработанные изображения 3D-моделей,   прежде чем компьютеры могли визуализировать их в режиме реального времени. Затем дизайнер может увидеть модель в различных направлениях и видах, это может помочь дизайнеру увидеть, создан ли объект так, как задумано, по сравнению с его первоначальным видением. Такой взгляд на дизайн может помочь дизайнеру или компании определить изменения или улучшения, необходимые для продукта. [10]

Представление

Современный рендеринг культовой модели чайника из штата Юта, разработанной Мартином Ньюэллом (1975). Чайник «Юта» — одна из наиболее распространенных моделей, используемых в обучении 3D-графике.

Практически все 3D-модели можно разделить на две категории:

Моделирование твердых тел и оболочек позволяет создавать функционально идентичные объекты. Различия между ними заключаются в основном в различиях в способах их создания и редактирования, а также в традициях использования в различных областях и различиях в типах приближений между моделью и реальностью.

Модели оболочек должны быть многообразными (не иметь отверстий и трещин в оболочке), чтобы иметь смысл как реальный объект. В модели куба с оболочкой нижняя и верхняя поверхность куба должны иметь одинаковую толщину, без отверстий и трещин в первом и последнем напечатанном слое. Полигональные сетки (и, в меньшей степени, поверхности подразделения ) на сегодняшний день являются наиболее распространенным представлением. Наборы уровней являются полезным представлением для деформирования поверхностей, которые претерпевают множество топологических изменений, таких как жидкости .

Процесс преобразования представлений объектов, таких как координата средней точки сферы и точки на ее окружности , в многоугольное представление сферы, называется тесселяцией . Этот шаг используется при рендеринге на основе полигонов, где объекты разбиваются на абстрактные представления (« примитивы »), такие как сферы, конусы и т. д., на так называемые сетки , которые представляют собой сети взаимосвязанных треугольников. Сетки из треугольников (вместо, например, квадратов ) популярны, поскольку их легко растрировать ( поверхность, описываемая каждым треугольником, плоская, поэтому проекция всегда выпуклая); . [11] Полигональные представления используются не во всех методах рендеринга, и в этих случаях шаг тесселяции не включается при переходе от абстрактного представления к визуализируемой сцене.

Процесс

Изучение различных типов методов 3D-моделирования [12]

3D-фэнтезийная рыба, состоящая из органических поверхностей, созданная с помощью LAI4D.

Этап моделирования заключается в формировании отдельных объектов, которые в дальнейшем используются в сцене. Существует ряд методов моделирования, в том числе:

Моделирование может выполняться с помощью специальной программы (например, программного обеспечения для 3D-моделирования Adobe Substance, Blender , Cinema 4D , LightWave , Maya , Modo , 3ds Max ) или компонента приложения (Shaper, Lofter в 3ds Max) или описания сцены. язык (как в POV-Ray ). В некоторых случаях между этими фазами нет строгого различия; в таких случаях моделирование — это всего лишь часть процесса создания сцены (так обстоит дело, например, с Caligari trueSpace и Realsoft 3D ).

3D-модели также можно создавать с использованием техники фотограмметрии с помощью специальных программ, таких как RealityCapture , Metashape и 3DF Zephyr . Очистку и дальнейшую обработку можно выполнить с помощью таких приложений, как MeshLab , GigaMesh Software Framework , netfabb или MeshMixer. Фотограмметрия создает модели с использованием алгоритмов для интерпретации формы и текстуры реальных объектов и окружающей среды на основе фотографий, сделанных с разных точек зрения.

Сложные материалы, такие как струящийся песок, облака и брызги жидкости, моделируются с помощью систем частиц и представляют собой массу трехмерных координат , которым назначены точки , многоугольники , текстурные пятна или спрайты .

Программное обеспечение для 3D-моделирования

Существует множество программ 3D-моделирования, которые можно использовать в машиностроении, дизайне интерьеров, кино и других отраслях. Каждое программное обеспечение для 3D-моделирования имеет определенные возможности и может использоваться для удовлетворения потребностей отрасли.

G-код

Многие программы включают опции экспорта для формирования g-кода , применимого к оборудованию аддитивного или субтрактивного производства. G-код (числовое программное управление) работает с автоматизированными технологиями для формирования реальной версии 3D-моделей. Этот код представляет собой определенный набор инструкций для выполнения этапов производства продукта. [13]

Человеческие модели

Первое широко доступное коммерческое применение виртуальных моделей человека появилось в 1998 году на веб-сайте Lands' End . Виртуальные модели людей были созданы компанией My Virtual Mode Inc. и позволили пользователям создать собственную модель и примерить 3D-одежду. Существует несколько современных программ, которые позволяют создавать виртуальные модели людей ( например, Poser ).

3D одежда

Динамичная 3D модель одежды, созданная в Marvelous Designer.

Разработка программного обеспечения для моделирования одежды , такого как Marvelous Designer, CLO3D и Optitex, позволила художникам и модельерам моделировать динамическую 3D-одежду на компьютере. [14] Динамическая 3D-одежда используется для виртуальных каталогов модной одежды, а также для одевания 3D-персонажей для видеоигр, 3D-анимационных фильмов, для цифровых двойников в кино, [15] в качестве инструмента создания цифровых модных брендов, а также для изготовление одежды для аватаров в виртуальных мирах, таких как SecondLife .

Сравнение с 2D-методами

3D- фотореалистичные эффекты часто достигаются без каркасного моделирования и иногда неотличимы в окончательном виде. Некоторые программы для графической графики включают фильтры, которые можно применять к векторной 2D-графике или растровой 2D-графике на прозрачных слоях.

Преимущества каркасного 3D-моделирования перед исключительно 2D-методами включают в себя:

Недостатки по сравнению с 2D-фотореалистичной визуализацией могут включать в себя необходимость обучения программному обеспечению и трудности с достижением определенных фотореалистичных эффектов. Некоторых фотореалистичных эффектов можно добиться с помощью специальных фильтров рендеринга, включенных в программное обеспечение для 3D-моделирования. Чтобы получить лучшее из обоих миров, некоторые художники используют комбинацию 3D-моделирования с последующим редактированием 2D-изображений, визуализированных на компьютере, из 3D-модели.

Рынок 3D моделей

Существует большой рынок 3D-моделей (а также связанного с 3D контента, такого как текстуры, скрипты и т. д.) – как для отдельных моделей, так и для больших коллекций. Несколько онлайн-рынков 3D-контента позволяют отдельным художникам продавать созданный ими контент, включая TurboSquid , MyMiniFactory , Sketchfab , CGTrader и Cults . Часто цель художников — получить дополнительную ценность от активов, которые они ранее создали для проектов. Поступая таким образом, художники могут зарабатывать больше денег на своем старом контенте, а компании могут экономить деньги, покупая готовые модели вместо того, чтобы платить сотруднику за создание модели с нуля. Эти торговые площадки обычно делят продажу между собой и художником, создавшим актив. Художники получают от 40% до 95% продаж в зависимости от торговой площадки. В большинстве случаев художник сохраняет право собственности на 3D-модель, в то время как клиент покупает только право на использование и представление модели. Некоторые художники продают свою продукцию напрямую в собственных магазинах, предлагая свою продукцию по более низкой цене, не прибегая к помощи посредников.

Отрасль архитектуры, проектирования и строительства (AEC) является крупнейшим рынком 3D-моделирования, оценочная стоимость которого к 2028 году составит 12,13 миллиарда долларов. [16] Это связано с растущим внедрением 3D-моделирования в отрасли AEC, что помогает повысить точность проектирования, уменьшить количество ошибок и упущений, а также облегчить сотрудничество между участниками проекта. [17] [18]

За последние несколько лет появилось множество торговых площадок, специализирующихся на моделях 3D-рендеринга и печати. Некоторые торговые площадки 3D-печати представляют собой комбинацию сайтов для обмена моделями со встроенными возможностями электронной связи или без них. Некоторые из этих платформ также предлагают услуги 3D-печати по запросу, программное обеспечение для рендеринга моделей и динамического просмотра предметов.

3D-печать

Термин 3D-печать или трехмерная печать представляет собой форму технологии аддитивного производства, при которой трехмерный объект создается из материала последовательных слоев. [19] Объекты можно создавать без необходимости использования сложных дорогостоящих форм или сборки из нескольких деталей. 3D-печать позволяет создавать прототипы и тестировать идеи без необходимости проходить производственный процесс. [19] [20]

3D-модели можно приобрести на онлайн-рынках и распечатать отдельными лицами или компаниями с помощью имеющихся в продаже 3D-принтеров, что позволяет производить в домашних условиях такие объекты, как запасные части и даже медицинское оборудование. [21] [22]

Использование

Этапы судебно-медицинской реконструкции лица мумии, выполненные в Blender бразильским 3D-дизайнером Сисеро Мораесом.

Сегодня 3D-моделирование используется в различных отраслях, таких как кино, анимация и игры, дизайн интерьера и архитектура . [23] Они также используются в медицинской промышленности для создания интерактивных изображений анатомии. [24]

Медицинская промышленность использует подробные модели органов; они могут быть созданы с помощью нескольких фрагментов двумерного изображения, полученных при МРТ или КТ . Киноиндустрия использует их в качестве персонажей и объектов для анимационных и реальных фильмов . Индустрия видеоигр использует их в качестве ресурсов для компьютерных и видеоигр .

Научный сектор использует их в качестве высокодетализированных моделей химических соединений. [25]

Архитектурная индустрия использует их для демонстрации предлагаемых зданий и ландшафтов вместо традиционных физических архитектурных моделей . Кроме того, использование уровня детализации (LOD) в 3D-моделях становится все более важным в отрасли AEC. Уровень детализации — это мера уровня детализации и точности 3D-модели. Уровни уровня детализации варьируются от 100 до 500, при этом уровень детализации 100 представляет собой концептуальную модель, которая показывает базовую массу и расположение объектов, а уровень детализации 500 представляет собой чрезвычайно подробную модель, включающую информацию о каждом аспекте здания, включая инженерные системы и внутреннюю отделку. . Используя LOD, архитекторы , инженеры и генеральный подрядчик могут более эффективно сообщать о проектных замыслах и принимать более обоснованные решения на протяжении всего процесса строительства. [26] [27]

Археологическое сообщество сейчас создает 3D-модели культурного наследия для исследования и визуализации. [28] [29]

Инженерное сообщество использует их для разработки новых устройств, транспортных средств и конструкций, а также для множества других целей.

В последние десятилетия сообщество наук о Земле начало строить трехмерные геологические модели в качестве стандартной практики.

3D-модели также могут быть основой для физических устройств, создаваемых с помощью 3D-принтеров или станков с ЧПУ .

С точки зрения разработки видеоигр 3D-моделирование — это один из этапов более длительного процесса разработки. Проще говоря, источником геометрии формы объекта может быть:

  1. Дизайнер, инженер-технолог или художник, использующий систему 3D-CAD.
  2. Существующий объект, реконструированный или скопированный с помощью дигитайзера или сканера трехмерной формы.
  3. Математические данные, хранящиеся в памяти на основе числового описания или расчета объекта. [19]

Большое количество 3D-программ также используется для создания цифрового представления механических моделей или деталей до их фактического производства. В таких областях используется программное обеспечение, связанное с CAD и CAM , и с его помощью вы можете не только конструировать детали, но и собирать их, а также наблюдать за их функциональностью.

3D-моделирование также используется в области промышленного дизайна , где продукты моделируются в 3D [30] перед представлением их клиентам. В медиа- и event-индустрии 3D-моделирование используется при проектировании сцен и декораций . [31]

Перевод словаря X3D в OWL 2 можно использовать для предоставления семантических описаний 3D-моделей, что подходит для индексации и поиска 3D-моделей по таким характеристикам, как геометрия, размеры, материал, текстура, диффузное отражение, спектры пропускания, прозрачность, отражательная способность, опалесценция, глазури, лаки и эмали (в отличие, например, от неструктурированных текстовых описаний или виртуальных музеев и выставок в формате 2,5D с использованием Google Street View в Google Arts & Culture ). [32] Представление 3D-моделей в формате RDF можно использовать в рассуждениях , что позволяет использовать интеллектуальные 3D-приложения, которые, например, могут автоматически сравнивать две 3D-модели по объему. [33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Что такое 3D-моделирование и для чего оно используется?». Концепт-арт Империи . 27 апреля 2018 г. Проверено 5 мая 2021 г.
  2. ^ «3D-моделирование». Программное обеспечение Siemens для цифровой промышленности . Проверено 14 июля 2021 г.
  3. ^ «Что такое 3D-моделирование? | Как 3D-моделирование используется сегодня» . Топы . 27 апреля 2020 г. Проверено 14 июля 2021 г.
  4. ^ Слик, Джастин (24 сентября 2020 г.). «Что такое 3D-моделирование?». Жизненный провод . Проверено 3 февраля 2022 г.
  5. ^ «Как 3D-сканировать с помощью телефона: вот наши лучшие советы» . Скульптео . Проверено 14 июля 2021 г.
  6. ^ «Facebook и Matterport сотрудничают в создании реалистичных виртуальных сред обучения для искусственного интеллекта» . ТехКранч . 30 июня 2021 г. Проверено 14 июля 2021 г.
  7. ^ Трединник, Росс; Андерсон, Ли; Райс, Брайан; Интерранте, Виктория (2006). «Инструмент иммерсивного архитектурного проектирования на базе планшета» (PDF) . Синтетические ландшафты: материалы 25-й ежегодной конференции Ассоциации компьютерного проектирования в архитектуре . АКАДИЯ. стр. 328–341. дои : 10.52842/conf.acadia.2006.328 .
  8. ^ «Старт проекта ERIS» . Объявление ESO . Проверено 14 июня 2013 г.
  9. ^ «Будущее 3D-моделирования». ГаражФерма . 28 мая 2017 г. Проверено 15 декабря 2021 г.
  10. ^ «Что такое твердотельное моделирование? Программное обеспечение 3D CAD. Применение твердотельного моделирования». Брайтхаб Инжиниринг . 17 декабря 2008 года . Проверено 18 ноября 2017 г.
  11. Джон Радофф , Анатомия MMORPG. Архивировано 13 декабря 2009 г. в Wayback Machine , 22 августа 2008 г.
  12. ^ «Раскрытие потенциала методов 3D-моделирования для создания исключительных рендеров мебели». визмебель . а именно мебель. 9 декабря 2023 г. Проверено 9 декабря 2023 г.
  13. ^ Латиф Камран, Адам, Анбия, Юсоф Юсри, Кадир Айни, Зухра Абдул. (2021) «Обзор G-кода, STEP, STEP-NC и технологий управления с открытой архитектурой на основе встроенных систем ЧПУ». Международный журнал передового производства Технологии. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06741-z
  14. ^ «Все о виртуальной моде и создании 3D-одежды». CGElves. Архивировано из оригинала 5 января 2016 года . Проверено 25 декабря 2015 г.
  15. ^ «3D-одежда, созданная для Хоббита с помощью Marvelous Designer» . 3DХудожник . Проверено 9 мая 2013 г.
  16. ^ «Рыночная стоимость 3D-картографии и моделирования» (пресс-релиз). Июнь 2022 г. Архивировано из оригинала 18 ноября 2022 г. Проверено 1 июня 2022 г.
  17. ^ «Обзор информационного моделирования зданий» . Архивировано из оригинала 7 декабря 2022 года . Проверено 5 марта 2012 г.
  18. ^ Морено, Кристина; Ольбина Светлана; Исса, Раджа Р. (2019). «Использование BIM в сфере архитектуры, проектирования и строительства (AEC) в проектах образовательных учреждений». Достижения гражданского строительства . 2019 : 1–19. дои : 10.1155/2019/1392684 . hdl : 10217/195794 .
  19. ^ abc Бернс, Маршалл (1993). Автоматизированное производство: повышение производительности производства. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: PTR Prentice Hall. стр. 1–12, 75, 192–194. ISBN 0-13-119462-3. ОСЛК  27810960.
  20. ^ «Что такое 3D-печать? Полное руководство» . 3D-концентраторы . Проверено 18 ноября 2017 г.
  21. ^ «Игрушки для 3D-печати» . Бизнес-инсайдер . Проверено 25 января 2015 г.
  22. ^ «Новые тенденции в 3D-печати - индивидуальные медицинские устройства». Энвижнтек . Проверено 25 января 2015 г.
  23. ^ Ректор Эмили (17 сентября 2019 г.). «Что такое 3D-моделирование и дизайн? Руководство для начинающих в 3D». MarketScale . Проверено 5 мая 2021 г.
  24. ^ «3D-модели виртуальной реальности помогают добиться лучших результатов хирургических операций: инновационные технологии улучшают визуализацию анатомии пациента, показывают исследования» . ScienceDaily . Проверено 19 сентября 2019 г.
  25. ^ Педди, Джон (2013). История визуальной магии в компьютерах . Лондон: Springer-Verlag. стр. 396–400. ISBN 978-1-4471-4931-6.
  26. ^ «Уровень детализации». Архивировано из оригинала 30 декабря 2022 года . Проверено 28 июня 2022 г.
  27. ^ «Уровень детализации (LOD): понимание и использование». 5 апреля 2022 года. Архивировано из оригинала 18 июля 2022 года . Проверено 5 апреля 2022 г.
  28. ^ Маньяни, Мэтью; Дуглас, Мэтью; Шредер, Уиттакер; Ривз, Джонатан; Браун, Дэвид Р. (октябрь 2020 г.). «Грядущая цифровая революция: фотограмметрия в археологической практике». Американская древность . 85 (4): 737–760. дои : 10.1017/aaq.2020.59. ISSN  0002-7316. S2CID  225390638.
  29. ^ Вятт-Спратт, Саймон (04 ноября 2022 г.). «После революции: обзор 3D-моделирования как инструмента анализа каменных артефактов». Журнал компьютерных приложений в археологии . 5 (1): 215–237. дои : 10.5334/jcaa.103 . HDL : 2123/30230 . ISSN  2514-8362. S2CID  253353315.
  30. ^ «3D-модели для клиентов». 7CGI . Проверено 9 апреля 2023 г.
  31. ^ «3D-моделирование для бизнеса». Компьютерная графика Мебель . 5 ноября 2020 г. Проверено 5 ноября 2020 г.
  32. ^ Сикос, LF (2016). «Богатая семантика интерактивных 3D-моделей культурных артефактов». Метаданные и семантические исследования. Коммуникации в компьютерной и информатике. Том. 672. Springer International Publishing . стр. 169–180. дои : 10.1007/978-3-319-49157-8_14. ISBN 978-3-319-49156-1.
  33. ^ Ю, Д.; Хантер, Дж. (2014). «Идентификаторы фрагментов X3D — расширение модели открытых аннотаций для поддержки семантической аннотации трехмерных объектов культурного наследия через Интернет». Международный журнал наследия в цифровую эпоху . 3 (3): 579–596. дои : 10.1260/2047-4970.3.3.579.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с 3D-моделированием, на Викискладе?