Построение 3d моделей. Трехмерное моделирование в современном мире

Большинство людей, начинающих знакомство с трехмерной анимацией, бросают это дело, как только узнают, сколько времени и сил нужно потратить на создание 3D-моделей. Действительно, в традиционных пакетах для создания 3D-анимации (таких как 3ds Max, Maya, Blender и пр.), в основном, используется моделирование вручную. За основу моделей берутся примитивы - простые геометрические фигуры - которые затем видоизменяются при помощи специальных инструментов. Процесс этот трудоемкий и требующий усидчивости и терпения.

Однако существуют программы, в которых реализован иной подход к созданию 3D-анимации. Всю «черную» работу по созданию моделей разработчики берут на себя, и пользователю предлагаются уже готовые наборы библиотек, из которых он может выбирать подходящие элементы. Таким образом, если конечная цель - спроектировать дизайн интерьера, не нужно тратить время на моделирование каждого стула и окна, достаточно просто сделать 3D-проект по заданному плану и расставить готовые модели на свои места. А если захотелось создать 3D-анимацию, в которой принимают участие трехмерные персонажи, пользователю может быстренько отредактировать готовые модели, добившись нужных черт лица, и визуализировать проект.

Понятно, что программы для «быстрого» 3D-моделирования не дают так много простора для творчества, как более сложные трехмерные редакторы, но зато они более доступны для широкого круга пользователей и позволяют приобщиться к миру 3D даже тем, чья профессия не имеет к нему никакого отношения.

Когда речь заходит о 3D-редакторах, как правило, подразумевается, что в них есть средства для трехмерного моделирования. В этом смысле DAZ Studio - необычный редактор, ведь в нем нет практически никаких инструментов для моделлинга. Эта программа, скорее, напоминает виртуальную площадку для игры в кукол или в другие ролевые игры. Пользователю предлагаются готовые модели, которые он может размещать в сцене по собственному усмотрению и изменять их позы.

Некоторые модели доступны в DAZ Studio сразу после установки, и на них можно оценить, как работает программа. Попробуйте, например, Genesis (доступен в архиве с дистрибутивом, но устанавливается отдельно). Это - модель человека с множеством детальных параметров для изменения внешнего вида. Изменяя положение нескольких ползунков, можно достигать практически любых форм - от супермена с огромными мускулами до стройной девушки. На модели Genesis также можно потренироваться в изменении поз, заставив персонажа сидеть или лежать. И никаких проблем с некорректной работой костей - все модели используют инверсную кинематику, то есть их виртуальная структура костей естественна. Если поднять руку персонажа вверх, то ладонь тоже поднимется, если вытянуть руку вперед, модель согнет спину так, как это делает человек.

Трехмерные модели можно не только размещать в сцене должным образом, но и одевать. Этот процесс тоже максимально автоматизирован - подберите подходящую одежду, и она сама ляжет по фигуре модели. Если же в каких-то местах возникают ошибки, и ткань проходит через кожу, можно легко подправить это при помощи инструментов программы.

Конечно же, для того чтобы с DAZ Studio было работать интересно, вам понадобятся дополнительные модели. И вот тут-то становится понятно, на чем разработчики зарабатывают деньги. Сама программа бесплатная, модели в ней создать невозможно, а на официальном сайте их можно… правильно, купить. Выбор огромен: тут и фигуры людей, и модели животных, и различные аксессуары, в числе которых транспортные средства, одежда, элементы окружающей среды. В общем, все для создания виртуального мира.

Компания Reallusion хорошо известна своей программой CrazyTalk, которая превращает изображения в говорящих 3D-персонажей. iClone - более сложная программа, хотя создание трехмерных анимированных аватаров - одна из тех задач, которые с ее помощью получается решать особенно хорошо. Просто загрузите в программу фотографию (обязательно нужно, чтобы лицо на портрете было изображено крупным планом), выберите 3D-персонажа, на голову которого будет «натянуто» изображение и подкорректируйте положение основных элементов лица с помощью специальных маркеров. За считанные минуты фотоснимок превратится в 3D-модель, которую можно затем заставить разговаривать и двигаться.

Упор в iClone сделан на анимацию персонажей - программа предлагает сразу несколько вариантов оживления 3D-моделей. Один из них - технология HumanIK, лицензия на которую была приобретена у компании Autodesk, разработчика 3ds Max, Maya и Softimage. В процессе анимации пользователь может почувствовать себя актером, управляющим марионетками. Просто укажите точку на скелете персонажа и задайте для нее нужное движение. При этом разными частями тела можно управлять от отдельности, например, сначала настроить анимацию нижних конечностей, затем перемотать временную шкалу на первый кадр и заняться оживлением верхних.

Трехмерные сцены, создаваемые в iClone, могут содержать практически все те же компоненты, которые обязательны для профессиональных 3D-редакторов. Хотите изменить освещение? Нет проблем! А может, добавить еще одну камеру? Пожалуйста! Проект также может содержать музыкальное сопровождение, но самая потрясающая возможность iClone - поддержка технологии захвата движения. Для этого, правда, понадобится дополнительное оборудование (специальные датчики), но если оно у вас есть, вы сможете с интересом наблюдать, как 3D-персонажи в iClone повторяют за вами все движения. Такой инструмент особенно понравится детям, которые могут сами разыгрывать сценки, а затем смотреть, как их движения переносятся в виртуальный мир.

В отличие от программ, рассмотренных выше, Sculptris не предлагает готовых 3D-моделей. Однако в этой программе реализован столь удобный подход к моделированию, что создавать собственные трехмерные объекты несложно. Вместо того, чтобы придавать модели форму, работая с полигонами, ребрами и вершинами, в Sculptris можно просто лепить объекты как из пластилина. В распоряжении пользователя есть разнообразные виртуальные кисти, имеющие разный профиль.

Используя эти нехитрые инструменты, можно создавать в исходных поверхностях углубления или наоборот, наращивать их, выдавливая наружу. Силой воздействия на объект можно легко управлять. Также настраивается радиус воздействия инструмента, жесткость кисти и другие необходимые параметры.
По умолчанию в Sculptris используется симметричный режим моделирования, который удобен для создания лиц людей или морд животных. В этом случае по центру модели проходит условная плоскость симметрии, и все изменения, которые пользователь вносит с одной стороны модели, симметрично отражаются с другой. Если для текущего проекта предпочтительнее использовать ассиметричный режим, его можно без труда включить.

В Sculptris нет инструментов анимации, а возможности оформления моделей сводятся к рисованию разными цветами по их поверхности. Для текстурирования можно использовать и рисунки из графических файлов. Но в целом, Sculptris, как правило, стоит применять в связке с другими приложениями для создания 3D-графики. Благо, программа поддерживает экспорт в популярный формат OBJ, с которым работают почти всеми 3D-редакторами.

К сожалению, ждать от Sculptris новых возможностей в будущем не приходится. Некогда перспективный проект пару лет назад был приобретен компанией Pixologic, разрабатывающей схожий по функциональности коммерческий продукт ZBrush. С тех пор развитие Sculptris было заморожено, поэтому если хочется больше возможностей моделирования и раскрашивания персонажей, нужно переходить на ZBrush. Проекты, созданные в Sculptris, в коммерческой программе от Pixologic поддерживаются.

Быстрое создание архитектурных проектов

3D-графика - это не только анимация и персонажи, но и виртуальные интерьеры и экстерьеры. Для быстрого создания архитектурных проектов можно использовать бесплатные программы SketchUp и Sweet Home 3D . Первый до недавнего времени разрабатывался компанией Google, и в нем реализован доступ к бесплатному репозиторию моделей Google 3D Warehouse. Прямо из программы можно скачать множество готовых моделей зданий, заборов, предметов мебели, окон, дверей, фонтанов, клумб, деревьев и пр. Тут есть специальный инструмент для быстрого создания стен зданий, а также линейка для соблюдения точных размеров.

У Sweet Home 3D нет такого властного покровителя, как Google, но, тем не менее, проект вполне успешно развивается уже много лет. На сайте проекта можно найти сотни бесплатных 3D-моделей, созданных пользователям программы, а удобная функция импорта поможет внедрить загруженную модель в готовый проект. При помощи Sweet Home 3D удобно строить по чертежу или наброску, в программе есть удобные инструменты для создания комнат, добавления этажей и возведения лестниц.

Железный вопрос

Создание трехмерной графики всегда требует значительных аппаратных ресурсов, даже если речь идет не о профессиональных редакторах, а о программах для «быстрого» создания 3D. Поэтому если в вашем распоряжении есть только старенький ноутбук, работающий под Windows XP, вряд ли стоит устанавливать софт, о котором идет речь в этой статье. Для моделирования в Skulptris, создания анимированных роликов и визуализации их в iClone и Daz 3D лучше всего использовать 64-разрядные системы с большим количеством оперативной памяти. Не помешает и мощный процессор, а также современный видеоадаптер (например, с поддержкой CUDA), который может взять на себя часть вычислений.

30 мая 2013

Быстрое создание архитектурных проектов

3D-графика - это не только анимация и персонажи, но и виртуальные интерьеры и экстерьеры. Для быстрого создания архитектурных проектов можно использовать бесплатные программы и . Первый до недавнего времени разрабатывался компанией Google, и в нем реализован доступ к бесплатному репозиторию моделей Google 3D Warehouse. Прямо из программы можно скачать множество готовых моделей зданий, заборов, предметов мебели, окон, дверей, фонтанов, клумб, деревьев и пр. Тут есть специальный инструмент для быстрого создания стен зданий, а также линейка для соблюдения точных размеров.

Железный вопрос

Сергей и Марина Бондаренко
Написано для журнала CHIP

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».

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

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.

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 какого 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.

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

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

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.

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

Метки: cad, сапр, 3d-моделирование, быстрое прототипирование, обучение

Технологии 3d моделирования и соответственно программы для 3d моделирования сегодня весьма востребованы и пользуются огромным спросом.

В первую очередь это связано с огромными возможностями трехмерного моделирования, а также с их доступностью по цене.

3D моделирование: возможности и применение

3д моделирование - современная технология построения объемной модели объекта в трехмерном пространстве на базе профессиональных графических программных продуктов.

Передовые технологии трехмерного моделирования и профессиональные программы для 3d моделирования дают неограниченные возможности создания 3д-моделей объектов разных габаритов и уровней сложности, а также изготавливать и тестировать прототипы изделий.

Применение 3D моделирования:

разработка объемной анимации;
подготовка презентации нового продукта;
тестирование функциональности и дизайна нового изделия;
создание наружной рекламы и рекламных макетов;
дизайн упаковки товаров, печатной продукции и POS-материалов;
3D макетирование в архитектуре и дизайне;
компьютерные игры, кинематограф и др.

3d моделирование программы (бесплатные программы для 3D моделирования)

Наиболее известными и профессиональными программными продуктами для построения и редактирования трехмерных моделей являются:

Blender;
SketchUp Make;
Sculptris;
LEGO Digital Designer.

При помощи данных программ можно создать практически любую по уровню сложность 3д-модель объекта, кроме того, каждая из них содержит узкоспециализированные инструменты трехмерного моделирования. Рассмотрим каждую из них более детально.

Blender

Программа для 3D моделирования Blender является бесплатным пакетом для работы с трехмерной графикой. Программа содержит в себе инструменты анимации, моделирования, рендеринга, а также средства для постобработки видео и разработки компьютерных игр.

Функции программы Blender позволяют работать с ней и профессионалам и любителям, здесь есть все основные средства и инструменты, наборы текстур, обработчики событий и модели профессионального 3д-редактора. Кроме того, есть возможность реализовать дополнительные возможности программы при подключении специальных плагинов.

Возможности программы Blender :

поддержка различного рода геометрических примитивов;
содержит встроенные механизмы и инструменты рендеринга и слияния с внешним рендером YafRay;
включает средства создания анимации - по ключевым кадрам, нелинейной, скелетной, инструменты динамики мягких и твердых тел, сеточная деформация и др.
дает возможность осуществления нелинейного редактирования и создания комбинированного видео;
>содержит средство Python, позволяющее разрабатывать логическую систему компьютерных игр, автоматизирует задачи.

Еще одна бесплатная программа для моделирования, чаще всего применяемая при работе с дизайном интерьеров. Sweet Home 3D позволяет достаточно просто создать план для отдельной комнаты или же всего дома, расставить мебель, окна, двери, лестницы и др. на усмотрение дизайнера. В программе имеет специальный каталог с образцами мебели, для большего удобства пользователя он упорядочен по категориям. Новые модели мебели вы сможете бесплатно скачать с сайта разработчика.

Особенности Sweet Home 3D :

удобный и простой интерфейс;
наличие образцов мебели, собранных в одном каталоге;
возможность импортирования из программы отдельных 3д-объектов или плана дома;
возможности редактирования текстур, их импорта и форматирования фурнитуры мебели;
многоязычный интерфейс и поддержка множества полезных плагинов.

SketchUp Make

Удобная программа для построения 3д-объектов и их редактирования. Данная программа для моделирования практически не имеет окон для предварительных настроек и это одно из главных ее преимуществ. Благодаря встроенного в программный пакет плагину Google Earth готовые 3d-объекты можно разместить на картографическом сервисе Google.

SketchUp Make - программа оптимальная для начинающих 3д-моделлеров и дизайнеров, по сравнению со сложными и перегруженными аналогами.

Главные характеристики SketchUp Make :

простой и удобный интерфейс;
наличие элементарных инструментов редактирования понятных каждому - ластик, карандаш, линейка, транспортир и прочее, только в трехмерном пространстве;
возможности экспорта/импорта элементов как растровой двухмерной графики, так и треъмерной графики - psd, png, jpg, bmp, 3ds, ddf, dwg;
наличие пополняемой библиотеки стилей, компонентов и материалов, возможность применения различных плагинов;
функции установки теней;
возможность загрузки готовых скриптов;
слияние с программой Google Earth.

Sculptris

Программа для 3d моделирования, основным преимуществом которой является постепенное, быстрое и легкое освоение мастерства создания трехмерных моделей. Простота интерфейса и возможности работы с программой даже новичку.

Содержит инструменты для вытягивания, выдавливания, сглаживания разрабатываемой модели. Наличие большого числа средств для редактирования и систем настроек позволяют создавать в Sculptris модели различной сложности.

Основные возможности программы :

хранение модели в формате OBJ, что создает возможность работы с этой моделью в другом 3д-редакторе;
автоматическое редактирование симметричности модели;
настройка рабочих «кистей» - регулировка размера, силы нажатия и прочее;
наличие скульптурных кистей, предназначенных для вдавливания, вытягивания, разглаживания и скручивания и др.
содержит систему масок, защищающих область модели;
симулирует большое число различных материалов, применяемых при создании 3д-моделей;
дает возможности «раскрасить» модель.

LEGO Digital Designer (LDD)

Конструктор, предназначенный для построения 3д-моделей LEGO. Имеет огромных выбор разного рода деталей, цвет которых можно видоизменять в процессе работы. Простотой в управлении и имеет удобный интерфейс.

Дает возможности приближения и удаления рабочей области LDD, свободно перемещаться и поворачиваться под любым углом. Включает режим просмотра готовой модели, где можно изменить ее фон.

Главные свойства LEGO Digital Designer :

широкий ассортимент LEGO-элементов, более 700 разновидностей;
хранение готовых моделей;
возможность выгрузки готовой модели на официальный сайт программы;
неограниченное количество деталей.

Заказать профессиональные и печать готовой модели на 3d принтере вы можете у по доступным ценам.