По мере развития технологий все больше сфер задействуют 3D-моделирование в своей практике. Всего пару десятилетий назад казалось, что трехмерное моделирование применимо только для создания компьютерных игр и анимации, но сегодня сложно назвать направление, в котором бы не использовалась эта технология. Это обширный обзор возможностей и сфер применения современного 3D-моделирования.
Содержание:
Что такое 3D-моделирование?
Области применения 3D-моделирования
Городское планирование
Архитектура и строительство
Промышленность
Компьютерные игры
Кинематограф
Анимация
Реклама и маркетинг
Дизайн
Дизайн интерьеров
Дизайн одежды
Геология
Наука
Инженерная геология и добыча полезных ископаемых
Ювелирное дело
Медицина
Этапы разработки 3D-модели
Методы 3D-визуализации
Параметрическое моделирование
Воксельное моделирование
Полигональное моделирование
Сплайновое моделирование (NURBS)
Скульптуринг
Программы для работы с 3D-моделированием
Платные программы
Бесплатные программы для 3D-моделирования
Blender 3D
SketchUp
Заключение
3D-моделирование — это процесс создания объемных изображений в специализированных компьютерных программах. Результат 3D-моделирования называют 3D-моделью.
3D происходит от английского 3-dimensional, dimension — измерение. Следовательно, 3D-моделирование предполагает создание модели объекта в трехмерном виде, учитывая его ширину, длину и высоту.
Благодаря 3D-моделингу можно представить будущий объект в объеме, наиболее точно обрисовав все его детали. Программы, существующие сегодня, позволяют изображать людей, животных, любые отдельные предметы, поверхности и даже целые города наиболее реалистично, благодаря чему есть возможность отследить все нюансы на этапе создания проекта и устранить ошибки и неточности.
Процесс создания компьютерных игр и анимации с использованием 3D-моделирования усложняется тем, что при создании движущихся персонажей разработчику необходимо написать соответствующий код.
Сфер, где используется 3D-моделирование, становится все больше. Это можно очень просто объяснить: везде, где необходимо что-то создать или детально изучить, ранее использовались рисунки и чертежи, которые рисовались от руки, а теперь внедряются программы по созданию 3D-моделей, что сильно упрощает работу и делает ее более качественной.
Вот список областей, где используется 3D-моделинг:
Этот список неполный, но мы постарались обозначить основные направления. Далее разберем каждое из них более подробно.
Проектировать важно не только отдельные здания, но и районы, и города. Как правило, этим занимается главный архитектор города. К сожалению, из-за ошибок в проектировании отдельные части города могут быть построены очень неудобно для жизни. В таких районах дома располагаются бессистемно, так что найти нужный является непростой задачей. Часто проблемы возникают и при постройке дорог, развязок, тоннелей и т.д. Если дорога спроектирована неверно, это неизбежно ведет к образованию пробок или к повышенной аварийности, а иногда и к тому, и к другому сразу.
Как раз этого помогает избежать 3D-визуализация. Благодаря программам для 3D-моделирования сегодня можно отстроить город в виртуальном мире, посмотреть на него со всех сторон, в том числе сверху, и принять необходимые решения по улучшению уровня жизни. 3D-модель помогает увидеть, где и как можно расположить те или иные объекты, чтобы это было логично и полезно.
В архитектуре 3D-моделирование сильно упрощает и ускоряет процесс проектирования. Есть возможность выполнять работу с минимальными погрешностями и вносить своевременные правки в проект. Кроме того, в программах для 3D-моделирования можно создавать проекты объектов любого масштаба.
Раньше архитекторы рисовали чертеж будущего здания, на который в дальнейшем опирались в реализации проекта. Сегодня привычные чертежи заменяют виртуальные макеты. Более того, за последние несколько лет большинство строительных компаний ввело в эксплуатацию так называемое BIM-моделирование (от английского Building Information Model или информационная модель здания).
Программы для BIM-моделирования позволяют создать наиболее точную, детально выверенную модель с учетом различных инженерных сетей, таких как канализационные, газовые, коммуникационные и другие.
При создании модели делается привязка к базе данных, в которой каждая деталь обладает определенными признаками. BIM-модель отличается от обычной 3D-модели наличием четвертого измерения времени (4D) и пятого измерения качества (5D). Получается очень полная модель, в которой учитываются все особенности. Каждый элемент, даже самый маленький можно увеличить и посмотреть. Такая модель помогает выявить ошибки на этапе проектирования.
В промышленности также не обходятся без 3D-моделирования. Любые товары, производимые на заводах и фабриках проще сначала изобразить в программе. Такой подход помогает рассчитать точные размеры товара, увидеть недочеты и неточности и исправить их прежде, чем запускать в производство. Такой подход помогает экономить не только силы и время, но и помогает избежать убытков из-за допущенных ошибок.
Разумеется, нельзя было не упомянуть про компьютерные игры. Ведь вся графика, персонажи, их одежда, предметы, которыми они пользуются, вся виртуальная реальность создается в программах для 3D-моделирования. Причем по мере развития сферы 3D-моделинга, видеоигры становятся все реалистичнее.
Наверно, не нужно рассказывать, как много спецэффектов используется в современном кинематографе. Фантастические фильмы и боевики всегда пользовались у публики наибольшей популярностью, а это как раз те жанры, в которых наиболее часто применяется 3D-моделирование.
Раньше, несколько десятков лет назад возможности по созданию эффектов были скуднее, и работники киноиндустрии создавали декорации вручную. Для зрителя тех лет это выглядело реалистично, но если сейчас посмотреть какой-нибудь фантастический фильм 1970-х, едва мы воспримем его всерьез.
Сегодня технологии достигли того уровня, что любые декорации рисуются в программе. Именно так изображаются космос, разные нереальные персонажи, вроде монстров и мифических существ, глобальные катаклизмы, такие как извержение вулкана, наводнение и т.д.
Благодаря 3D-моделированию любые, даже самые невероятные сюжеты можно воплотить на экране настолько реалистично, что зрители поверят в то, что видят. А самым большим преимуществом рисованной графики является ее меньшая стоимость по сравнению с созданием реальных декораций и приглашением массовки.
Большинство мультфильмов сейчас также создаются при помощи 3D-моделинга. Редкие анимационные фильмы рисуются от руки, теперь это явление — скорее исключение, чем правило. Да и зачем? Ведь нарисовать мультфильм в программе гораздо быстрее, проще и менее энергозатратно, чем прорисовывание каждого кадра вручную. К тому же персонажи выглядят реалистичнее.
Именно поэтому всеми любимая компания Disney в последнее время создает свои шедевры только посредством программ для 3D-моделирования.
Как ни странно, в рекламе тоже активно используется 3D-визуализация. Также как и в киноиндустрии, где 3D-модели используются, чтобы захватить и удержать интерес зрителя. То же самое и в рекламе — специалисты придумывают самые разные и смелые решения, чтобы заставить потребителя заинтересоваться товаром и впоследствии купить его, а 3D-моделирование в этом отлично помогает.
Сфера дизайна одна из первых, где начали применять программы для 3D-моделирования. Сейчас эта сфера переживает бум внедрения этого удобного визуального метода представления.
В дизайне интерьеров рисование макетов в программе помогает посмотреть, как будет выглядеть комната или целая квартира. У дизайнера есть возможность подобрать цветовую гамму, материал, из которого будет изготовлена мебель.
Кроме того, планировку также можно создавать прямо в программе и смотреть, как будет меняться вид комнаты в зависимости от расположения в ней разных предметов. Это удобно не только для дизайнера, но и для заказчика, так как он может сразу увидеть конечный вариант проекта и внести свои пожелания и правки.
Стоит отметить, что 3D-моделирование используется в дизайне одежды. Тогда специалист прорисовывает каждую деталь будущего изделия, уделяет внимание материалу, цвету, размерам. В итоге получается объемная картинка, опираясь на которую далее шьется вещь.
Сфера, в которой повсеместно прибегают к использованию 3D-моделирования. Геология — наука о Земле и процессах, происходящих на ее поверхности и в недрах. О многих вещах мы знаем только теоретически, так как не имеем возможности увидеть своими глазами. Например, мы не можем наглядно посмотреть из каких слоев состоит наша планета — только исследовать с помощью физических методов.
Ученому хорошо понятно, что означают данные, полученные в ходе исследований, но обычному человеку никогда в жизни в этом не разобраться. Как раз в этом на помощь приходит 3D-моделирование. Его используют в самых разных направлениях геологии.
Так как в геологии, как правило, очень важно понимать, где находится тот или иной объект, существуют специальные программы, называемые ГИС (геоинформационные системы). Создавая проект в такой программе, можно загрузить данные об объекте и привязать его к реальным координатам, чтобы в дальнейшем упростить задачи, связанные, например, с поиском полезных ископаемых. Таким образом, созданная впоследствии 3D-модель будет точно отображать не только размеры и форму объекта, но и его местонахождение.
Придя в современный музей или на какую-нибудь научно-популярную лекцию о Земле и ее истории, вы могли обратить внимание, что нередко помимо текстового повествования используется графическое. Сейчас все чаще применяются объемные изображения, чтобы показать тот или иной процесс.
Благодаря 3D-моделированию стало возможным изобразить разрез Земли, показать процессы, которые происходят в ее глубинах, отметить толщину каждого слоя.
Кроме того, 3D-моделирование используется при изучении дна мирового океана. Благодаря современным технологиям можно легко увидеть, что под водой, также как и на земной поверхности, есть горы, вулканы и впадины, и поверхность океанского дна совсем не плоская и ровная, как можно подумать.
При изучении геологии в конкретном регионе также используют 3D-модели. Как правило, берется какой-то небольшой участок земли и изучается опытными геологами, которые отмечают, какими он сложен породами. Нередко, в дополнение к исследованиям на поверхности добавляются данные бурения.
Далее вся эта информация заносится в программу, в которой создается макет исследуемого участка с детальным изображением слоев, их толщины, состава и времени образования. Делается водная сеть, если она есть, то есть реки, озера и другие водоемы. Генерируется рельеф, и получается полное наглядное изображение выбранного участка.
В этом направлении геологии без 3D-моделинга точно не обойтись. Чтобы построить здание, прежде должна быть изучена почва, в которой планируется заложить фундамент. Необходимо исключить возможность оползней и провалов. Для этого создается детальная модель, в которую вносятся данные о физических качествах пород, их мощностях и составе. После чего принимается решение, насколько возможно и безопасно строительство на данном участке.
При добыче полезных ископаемых важно сперва оценить, насколько месторождение большое и рентабельно ли его разрабатывать. Может оказаться, что запасов так мало или концентрация важных элементов настолько невелика, что разработка месторождения приведет скорее к убыткам, чем к прибыли. Для этого создается 3D-модель рудного тела.
После чего в программе подсчитывается, сколько руды из него можно получить. Это важный этап проекта, по итогу которого принимается решение, будет ли он реализован. Похожая история и с добычей нефти и газа. Чтобы начать разработку нефтяного месторождения, необходимо сначала оценить, насколько оно богато ресурсами.
Ювелирное дело — пожалуй, самая утонченная область геологии. Мало кто задумывается, что и здесь активно используется 3D-моделинг. Конечно, ведь каждое украшение, будь то серьги, кольцо или кулон, сначала создается на компьютере.
Ювелирные изделия очень маленькие, а 3D-моделирование позволяет специалисту увидеть их в масштабе и тщательно продумать дизайн, уделяя внимание мельчайшим деталям. Когда же макет украшения готов, можно приступать к работе с металлом.
В медицине 3D-моделинг используется в нескольких направлениях, но больше всего применяется в:
С каждым из них разберемся по порядку.
Компьютерная томография помогает увидеть дефекты тканей и органов, которые сложно обнаружить в ходе обычного осмотра врача. К таким дефектам относятся всевозможные трещины и переломы, изменения внутренних органов, воспаления, опухоли и т.д.
В протезировании необходимо создать предмет, который идеально подойдет больному по всем параметрам. Именно с этой целью используется 3D-моделирование, которое помогает избежать ошибок в размерах, форме импланта. Благодаря 3D-моделингу есть возможность создавать такие объекты, как слуховой аппарат, протез конечности, искусственный сердечный клапан.
Использование 3D-моделирования в пластической хирургии позволяет увидеть результат вмешательства еще до операции. Список операций, в которых может применяться 3D-моделинг обширен: маммопластика, глютеопластика, круропластика, липосакция, исправление асимметрий, объемная контурная пластика и другие. У пациента и врача есть возможность рассмотреть разные варианты изменений, обсудить детали и прийти к итоговому решению. Кроме того, пациент может видеть, как оперируемый участок выглядит до и после операции.
Создание 3D-модели происходит в несколько этапов.
Создание геометрии модели.
На начальном этапе моделируется трехмерная геометрическая модель объекта, без учета физических свойств объекта. Рассчитываются размеры и строятся формы предмета. Применяется техника вращения, выдавливания, наращивания, полигонального моделирования.
Создание текстуры объекта.
На этой стадии определяются материалы, из которых будет выполнен предмет, создается его текстура. Именно на этапе создания текстуры задается уровень реалистичности будущей модели.
Выбор освещения.
Непростой этап работы, так как выставленные параметры будут влиять на восприятие модели, насколько она будет реалистична. Выставляется тон света, уровень яркости, резкости, глубины теней.
3D-визуализация или рендеринг.
На последней стадии 3D-моделирования происходит более детальное выставление настроек отображения 3D-модели: добавляются графические спецэффекты (блики, туман, сияние и др.). Если создается анимация, задаются ее точные параметры. Происходит настройка параметров визуализации (количества кадров в секунду, расширения итогового видео). Если на выходе получается 2D изображение, необходимо выставить его формат и разрешение (JPEG, TIFF или RAW).
Постпродакшн.
Когда все этапы 3D-моделирования завершены, можно добавить эффектов в специальных редакторах: Adobe Photoshop, Adobe Premier Pro (или Final Cut Pro / Sony Vegas), Imovie, Adobe After Effects Pro, Adobe Illustrator и др. Этот процесс называется постпродакшн или постобработка, когда есть уже готовый материал, который можно улучшить с помощью различных инструментов.
Существует несколько способов 3D-моделирования:
Этот вид моделирования предполагает использование систем автоматизированного проектирования или САПР. В английском это звучит как CAD — Computer-Aided Design. С помощью этих систем можно проектировать разные объекты от небольших деталей, до различных транспортных средств и зданий. Этот метод применяется, как правило, для промышленных целей. Выделяются поверхностные, твердотельные и каркасные модели.
В ходе моделирования создается точный электронно-геометрический прототип изделия, сохраняющий рабочую информацию об объекте.
Метод подходит тем, кто владеет профильным инженерным образованием.
Воксель представляет собой 3D-кубик. Из множества таких кубиков можно сложить объект в 3D-пространстве. Являясь аналогом двухмерных пикселей, воксель обладает шестью квадратными гранями.
Модели, созданные воксельным методом, в отличие от полигональных, представляют собой объемные объекты. Полигональные же являются полыми внутри.
Метод применяется в науке и в медицине (КТ, УЗИ и МРТ), а также в индустрии компьютерных игр. Разработчики знаменитой игры Minecraft обратились как раз к воксельному типу моделирования.
Этот вид 3D-моделинга считается в некотором смысле универсальным, так как применяется в разных сферах.
В основе метода — ручной ввод координат X, Y и Z для определения ключевых точек в пространстве. Полигоны представляют собой многоугольники (в зависимости от программы либо трехугольники, либо четырехугольники), которые созданы ребрами, соединяющими ключевые точки. Из полигонов генерируется поверхность объекта. Если соединить группы полигонов, получится объект.
При этом, чтобы модель была детализированной и в глаза не бросались резкие углы, полигонов должно быть много, а это ресурсозатратно. Несмотря на это полигональный метод все еще используется при создании видеоигр и анимации.
Сплайнами называются кривые, из которых строится каркас объекта. Благодаря такому способу построения модель обладает сглаженными краями и плавными формами. Созданный каркас покрывается поверхностью, которая учитывает все изгибы.
Сплайновым методом создаются живые существа (люди, животные, монстры и т.д.), модели зданий. Также способ применяется в машиностроении.
Следует отметить, что при увеличении сплайновые изображения не теряют в качестве, что делает их схожими с векторными.
Название метода говорит само за себя. 3D-изображения получаются очень напоминающими глиняные изделия, сам процесс очень схож с работой скульптора — модель можно тянуть, скручивать, в общем, делать с ней все что угодно для создания объекта. Это возможно благодаря набору инструментов, позволяющих деформировать полигональную поверхность подели.
Метод позволяет добавлять или убирать слои, а также сохранять несколько уровней детализации объектов. Важно помнить про взаимосвязь уровней.
Из-за нее при изменении поверхности одного уровня, происходит изменение и остальных уровней. Вид моделирования относительно новый и применяется, в основном, для создания персонажей.
Существует несколько основных программ для 3D-моделирования. Регулярно появляется много новых, причем и платных, и бесплатных. Как правило, программы разработаны под для моделирования конкретных задач и использования в определенных областях. Самые популярные можно выделить в отдельный список:
| Название программы | Особенности |
| Autodesk 3Ds max | Одна из популярнейших профессиональных программ, используемых для создания 3D-моделей. Используется в анимации, мультипликации и при моделировании трехмерных объектов. Благодаря большому набору инструментов программа дает возможность создавать детализированные модели, а также добавлять анимацию. Помимо платной версии есть еще бесплатная студенческая. |
| Autodesk Maya | Еще одна известная программа, разработанная компанией Autodesk. Используется преимущественно в киноиндустрии и создании компьютерных игр. |
| AutoCAD | Программа впервые была разработана в 1982 году. Она считается старейшей программой для моделирования. На сегодняшний день остается одной из наиболее популярных для 2D и 3D-моделирования, выпускается на 18 языках. |
| Cinema 4D | Программа в последнее время стала очень популярной среди русскоязычных пользователей. Считается универсальной программой для 3D-моделирования. Поддерживает несколько основных языков, в числе которых русский. |
| Rhinoceros | Спектр применения программы очень широк: корабельное проектирование, ювелирная отрасль, промышленный дизайн. |
Одна из наиболее популярных бесплатных программ для 3D-моделирования. Программа постоянно совершенствуется. В ней есть обширный набор различных функций, благодаря которым можно создавать качественные виртуальные объекты.
Программа используется, в основном, для создания анимации и видеоигр.
Программа хорошо подходит дизайнерам и архитекторам, так как создана для применения в сферах: городское планирование, строительство, архитектура и дизайн интерьеров.
Как видите, мир 3D-моделирования обширен и безграничен, это современный и популярный метод работы с реальностью. Это не только творческий способ самореализации, но и также вполне промышленно-значимая индустрия, которая только набирает обороты.
Предлагаем посмотреть это видео, чтобы воочию увидеть масштабы применения 3D-графики в современном мире:
Сегодня мы поговорим о том, как выбрать лучшие курсы Power BI в Украине, особенно для…
В 2023 году во всех крупнейших регионах конкуренция за вакансию выросла на 5–12%. Не исключением…
Unicorn Hunter/Talent Manager Лина Калиш создала бесплатный трекер поиска работы в Notion, систематизирующий все этапы…
Edtech-стартап Mate academy принял решение отправить своих работников в десятидневный отпуск – с 25 декабря…
Служба безопасности Украины задержала в Киеве 46-летнего программиста, который за деньги устанавливал шпионские программы и…
IT-специалист Джордан Катлер создал и выложил на Github подборку разнообразных ресурсов, которые помогут достичь уровня…