XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
3D моделирование
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
До недавнего времени вся компьютерная техника была лишь вспомогательным устройством для человека. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а также компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности.
Актуальность выбранной темы заключается в том, что визуализация объектов с помощью компьютерных программ позволяет лучше представить будущий проект в реальности. Такие модели производят глубокое впечатление, и дают возможность добиться потрясающих результатов. Моделирование с помощью 3D технологий отличное решение для многих промышленных, строительных, ювелирных предприятий, а в особенности дизайнерских студий и развлекательной индустрии. 3D моделирование, визуализация и анимация объектов занимают главное место в реализации многих бизнес-проектов.
Объект исследования. Изучение основ трёхмерного моделирования.
Предмет исследования. Создание 3D модели в Blender.
Цель исследования: изучить виды, особенности и сферы использования 3D моделирования. Изучить программы для создания трёхмерных моделей. Создать свою собственную 3D модель.
Гипотеза. Трёхмерная графика, наиболее актуальная сфера деятельности в будущем, которую можно изучить самому.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:
-
Изучить литературу и интернет источники о 3D моделировании;
-
Опираясь на собранный материал, узнать какие программы лучше подойдут для создания 3D модели;
-
Выбрать и изучить одну из программ;
-
Создать полноценные 3D модели в Blender;
-
Проанализировать и сделать вывод о том, легко или сложно сделать трёхмерную модель самому.
Теоретическая часть
Что такое 3D-моделирование
Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объектов в трёх измерениях.
3D-моделирование — процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования — создать визуальный объёмный образ желаемого предмета. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (машины, здания, люди, растения), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала, эмоции).
Графическое изображение трёхмерных объектов отличается тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Однако с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.
Создание объектов с помощью компьютерных программ позволяет лучше представить будущий проект в реальности. Такие модели производят глубокое впечатление, и дают возможность добиться потрясающих результатов. Моделирование с помощью 3D технологий отличное решение для многих сфер труда, а в особенности дизайнерских студий и развлекательной индустрии. 3D моделирование, визуализация и анимация объектов занимают главное место в реализации многих бизнес-проектов.
Сферы использования 3D-моделирования
Создание 3D-моделей, визуализация объектов и анимация процессов используются сегодня практически во всех сферах деятельности.
Промышленность
Современное производство невозможно представить без проектирования 3D-моделей приборов, механизмов, технологических схем.
Создание корпусов и деталей приборов в виде 3D-моделей используется для:
-
вариативной компоновки частей и деталей механизмов;
-
визуализации предполагаемых пропорций,
-
анимационного представления сборочных или технологических процессов,
-
создания чертежей для 3D-печати,
-
воссоздания сломанных деталей.
Применение 3D-моделирования способствует скорейшей реализации новейших разработок и технологий в производстве.
Медицина
При проведении пластических операций и других хирургических вмешательств, где требуется точный расчёт, 3D-модели позволяют продемонстрировать пациенту, планируемый ход операции и прогнозируемый результат. В области протезирования также рекордными темпами растёт применение трёхмерной графики.
Создание интерьерных решений
Позволяет представить то, как объекты и оборудование будут размещаться внутри помещения. С помощью трёхмерной модели можно продемонстрировать все элементы представленной экспозиции — расстановка мебели, расположения систем отопления и водоснабжения, электропроводки. Это позволяет уменьшить затраты и избежать возможных ошибок в процессе строительства и отделки. Трёхмерная графика помогает создавать наборы мебели различной конфигурации, оценивать освещённость интерьера.
Создание объектов недвижимости
Создание трёхмерной модели промышленного корпуса, торгового центра или кинотеатра позволяет:
-
оценить качество и удобство планировки;
-
определить положение объекта недвижимости на местности;
-
спрогнозировать уровень солнечного освещения;
-
выбрать варианты планировки при проектировании;
-
сделать предварительную оценку объёмов строительства;
-
спланировать положение объекта недвижимости относительно дорожной сети и инфраструктуры;
-
выбрать интерьер.
Трёхмерная графика даёт возможность визуализировать объекты в высоком качестве. Потребители могут оценить будущие конструкции, взаимодействовать с предметами внутри квартир, добавлять собственные предметы интерьера, менять визуальный стиль интерьера.
Для уже построенных объектов создаётся модель с функцией панорамного обзора, который позволяет человеку своими глазами увидеть готовое к заселению здание.
Определив место физического объекта в трёхмерном пространстве, можно создать и реализовать новейшие идеи в области ландшафтного дизайна.
Создание симуляторов и видеоигр
Трёхмерные технологии создания виртуальной реальности предоставляют широчайшие возможности по созданию программ, суть которых заключается в имитации управления чем-либо. Пилоты, машинисты поездов и даже космонавты приобретают и оттачивают свои навыки с помощью устройств, отображающих реальные явления или их часть в виртуальной среде.
Симулирование с применением трёхмерной графики также используется для прогнозирования различных процессов в природных системах.Современная киноиндустрия и производство компьютерных видеоигр сегодня немыслимы без трёхмерной графики, поскольку и там, и там активно используются трёхмерные персонажи.
Изготовление украшений
Профессиональные художники и ювелиры используют специальные программы, которые позволяют создать оригинальный и неповторимый эскиз ювелирных изделий. 3D-моделирование позволяет изготовить пресс-форму и восковку будущего изделия оценить количество и стоимость используемых материалов.
Создание 3D-моделей для сайтов и интернет-магазинов
Размещённые в интернете 3D-изображения стимулируют потенциального клиента к приобретению продукта, поскольку:
-
позволяет рассмотреть товар лучше, чем на простом фото
-
оценить внешний вид товара, не вдаваясь в чтение описаний
Наличие 3D-изображения позволяет более максимально полно представить потенциальному клиенту преимущества продукта.
Создание 3D-моделей, визуализация объектов и анимация процессов используются сегодня практически во всех сферах деятельности.
Виды 3D-моделирования
Существует несколько способов 3D-моделирования: параметрическое моделирование; воксельное моделирование; полигональное моделирование; сплайновое моделирование; скульптинг.
Полигональное моделирование
При полигональном моделировании за основу берётся поверхность, в которой будет строиться будущая объёмная фигура. Она разлиновывается сеткой. Линии, образующие сетку, называются рёбрами, точки их пересечения вершинами, а пространство между рёбрами полигонами. Программными средствами производятся манипуляции с рёбрами и вершинами до придания объекту нужных форм. При этом плоскости между рёбрами смещаются друг с другом под различными углами. Количество полигонов может быть невероятно велико. Чем оно больше — тем плотнее сетка повторяет рельефы создаваемого объекта и тем более он становится похожим на задумку автора. Это как с правильным многоугольником: чем больше у него рёбер — тем больше он становится похожим на круг.
Параметрическое моделирование
При параметрическом моделировании происходит создание эскиза и дальнейшая работа с ним. За основу берётся математическая модель с нужными параметрами, изменяя которые можно создавать различные фигуры. Возможность изменения параметров позволяет придать модели нужный вид.
Параметрическое 3D-моделирование появилось первым по сравнению с полигональным и явилось улучшением традиционной инженерной графики, упрощает понимание чертежей и обеспечивает зрительное восприятие проектируемых деталей и механизмов.
Воксельное моделирование
Её смысл заключается в том, что для длины, ширины и высоты выбирается воксель - минимальная единица масштаба, от которой зависит размер всей модели. Воксельное моделирование не получило широкого распространения и является скорее исключением в применении, так как получаются изображения негибкие для корректирования, а готовые требуют огромного количества аппаратных мощностей компьютера.
Сплайновое моделирование
Моделируются кривые, которые потом создают форму модели — сплайны. Несколько кривых сначала образуют каркас, а затем модель обретает полноценную трехмерную поверхность. Сплайновый метод используется для визуализации объектов, которые не имеют граней на поверхности.
Скульптинг
Скульптинг — это один из способов моделирования объектов, который позволяет интуитивно придавать форму и добавлять детали, подобно лепке из пластилина или глины. С помощью этого метода можно создавать грубые формы модели из простого каркаса примитива или добавлять детали и улучшать форму существующих моделей.
Программы для 3D моделирования
Maya
Autodesk Maya занимает первое место в рейтинге лучших программ для 3D-моделирования, составленном большинством художников. Программа предлагает художникам лучший набор функций и инструментов. Это мощное ПО не для новичков, так как требует много времени для изучения и освоения. Если вы уже в процессе обучения, ниже вам в помощь ссылка на бесплатные видеоуроки на русском языке.
Maya идеально подходит для моделирования, текстурирования, освещения и рендеринга. Ее функционал включает инструменты для работы с частицами, физикой твердых тел, жидкостями, волосами, тканью, и анимацией персонажей.
Перед покупкой оцените задачи, которые перед вами стоят. Возможно, вам и не потребуются все ее возможности. Чтобы не переплачивать, можно рассмотреть более простые простые бесплатные варианты.
Cinema 4D
Cinema 4D высоко ценится в мире графики, визуализации и иллюстрации. Существует миллион учебных пособий и видео, не говоря уже об обучающем сайте Cineversity, на который вы получаете бесплатное членство при покупке приложения.
Набор инструментов Cinema 4D очень хорош, и вы можете расширить его функциональность с помощью ряда плагинов по разумной цене. Существует также объемное моделирование, которое идеально подходит, если у вас нет времени или навыков для создания гладких объемных форм.
Autodesk 3ds Max
3ds Max от Autodesk используется в основном при производстве телевизионных и художественных фильмов или для визуализации архитектуры и продукта. Как и его родственное программное обеспечение Maya, 3ds Max может похвастаться надежным набором инструментов для 3D-моделирования, а также моделирования жидкостей, волос и меха, настройки персонажей и анимации.
3ds Max имеет огромную библиотеку различных модификаторов, что упрощает процесс моделирования для начинающих художников. Это программное обеспечение предлагает обширный профессиональный набор инструментов. Есть пробная версия на 30 дней.
Blender
Сегодня Blender – лучшая бесплатная программа для моделирования, текстурирования, анимации и рендеринга. Blender может похвастаться впечатляющим набором инструментов для 3D-моделирования и скульптуры и считается вполне жизнеспособной альтернативой платным программам моделирования.
В последние годы оно становится все более распространенным в конвейерах крупных студий. Когда-то Blender был известен своим нестандартным способом работы, но многие из этих проблем были решены, поэтому он будет более привычным, если вы перейдете из другого приложения.
Практическая часть
Создание 3D модели
Этапы создания моей 3 – d модели «Домик на пляже» в программеBlender отражены на фото в Приложении 1, 2, 3.
Практическая значимость исследования
Моя 3 – d модель «Домик на пляже» создавались с целью привлечения внимания к возможностям компьютерной графики и для повышения собственного мастерства. Но мало кто из нас задумывается, как создаются современные компьютерные игры и спецэффекты к кинофильмам. Я решил заняться этим вопросом и научиться основам этого дела. Компьютерная графика – это очень интересное занятие, потому что когда ты имеешь знания в этой области, то она перестает казаться сложной, и перед тобой открывается совершенно новое представление о компьютере и его возможностях. Это дает огромный толчок для приобретения новых знаний в этой области.
Если говорить о практическом использовании моей работы, то её можно использовать во многих компьютерных проектах, включить в игру, фильм, использовать как тестовые сцены (например, для обучения людей основам компьютерного 3D моделирования). С помощью программы Blender можно создавать различные трехмерные модели, в моих планах на будущее создать трехмерную модель плана эвакуации из здания школы при чрезвычайных ситуациях, которая будет иметь более широкое практическое применение.
Итоги работы
В ходе выполнения данной исследовательской работы с помощью программы Blender мной была создана 3D модель: домика на пляже. На мой взгляд программа Blender имеет все необходимые возможности для создания 3D объектов и довольна проста в освоении работы с ней.
ВЫВОД:
Компьютерное трёхмерное моделирование, анимация и графика в целом не уничтожают в человеке истинного творца, а позволяют ему освободить творческую мысль от физических усилий, максимально настроившись на плод своего творения. Конечно, пока невозможно заниматься графикой без определённых навыков, но технологии не стоят на месте и, возможно, в ближайшем будущем творение человека будет зависеть только от полёта его мысли. Программу Blender можно скачать бесплатно с сайта www.blender.org .
Заключение
Таким образом, мы полностью достигли поставленных целей нашей исследовательской работы, решили все поставленные задачи, и полностью подтвердили, выдвинутую нами гипотезу: о том, что трёхмерная графика, наиболее актуальная сфера деятельности в будущем, которую можно изучить самому.
Список литературы
-
https://media.contented.ru/glossary/3d-modelirovanie/
-
https://artandshock-school.com/3dblog/vidy-3d-modelirovaniya/
-
https://websoftex.ru/3d-modelirovanie-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhno/
-
https://vc.ru/services/473250-top-10-programm-dlya-3d-modelirovaniya-v-2022-godu
-
https://lifehacker.ru/programmy-dlya-3d-modelirovaniya/
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3