3D modeling
Трехмерный (3D) компьютерная графика |
---|
Основы |
Основное использование |
Связанные темы |
В компьютерной графике 3D - 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 физическое тело с использованием набора точек в трехмерном пространстве, соединенных различными геометрическими объектами, такими как треугольники, линии, изогнутые поверхности и т. д. [ 4 ] Являясь совокупностью 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
[ редактировать ]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 для подготовки геометрических данных для компьютерной 3D-графики аналогичен пластическим искусствам, таким как скульптура . 3D-модель может быть физически создана 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
[ редактировать ]


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 использовались предварительно обработанные изображения 3D-моделей, в качестве спрайтов 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 ]
Представительство
[ редактировать ]
Практически все 3D-модели можно разделить на две категории:
- Твердое тело . Эти модели определяют объем объекта, который они представляют (например, камня). Твердотельные модели в основном используются для инженерного и медицинского моделирования и обычно создаются с использованием конструктивной твердотельной геометрии.
- Оболочка или граница . Эти модели представляют поверхность, т. е. границу объекта, а не его объем (как бесконечно тонкая яичная скорлупа). Почти все визуальные модели, используемые в играх и фильмах, являются моделями оболочки.
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
[ редактировать ]Существует три популярных способа представления модели:
- Полигональное моделирование . Точки в трехмерном пространстве, называемые вершинами , соединяются отрезками линий, образуя полигональную сетку . Подавляющее большинство 3D-моделей сегодня создаются в виде текстурированных полигональных моделей, поскольку они гибкие и компьютеры могут их визуализировать очень быстро. Однако многоугольники плоские и могут аппроксимировать только изогнутые поверхности, используя множество многоугольников.
- Моделирование кривых . Поверхности определяются кривыми, на которые влияют взвешенные контрольные точки. Кривая следует (но не обязательно интерполирует) точки. Увеличение веса точки приближает кривую к этой точке. Типы кривых включают неоднородный рациональный B-сплайн (NURBS), сплайны, фрагменты и геометрические примитивы.
- Цифровая скульптура . Существует три типа цифровой скульптуры: Displacement , которая на данный момент наиболее широко используется среди приложений, использует плотную модель (часто генерируемую путем разделения поверхностей полигональной управляющей сетки) и сохраняет новые местоположения для позиций вершин через использование карты изображений, на которой хранятся скорректированные местоположения. Volumetric , основанный на вокселах , имеет те же возможности, что и смещение, но не страдает от растяжения полигонов, когда в регионе недостаточно полигонов для достижения деформации. Динамическая тесселяция , похожая на воксельную, разделяет поверхность с помощью триангуляции , чтобы сохранить гладкость поверхности и обеспечить более мелкие детали. Эти методы позволяют проводить художественные исследования, поскольку над моделью создается новая топология после формирования модели и, возможно, создания деталей. Новая сетка обычно содержит исходную информацию о сетке высокого разрешения, перенесенную в данные смещения или данные карты нормалей , если для игрового движка.

Этап моделирования заключается в формировании отдельных объектов, которые в дальнейшем используются в сцене. Существует несколько 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 какой-либо сцены. язык описания (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 точки , многоугольники , текстурные пятна или спрайты назначены .
Программное обеспечение для 3D-моделирования
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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. [ 12 ]
Человеческие модели
[ редактировать ]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 ( Poser например, ).
3D одежда
[ редактировать ]
Разработка программного обеспечения для моделирования одежды, такого как Marvelous Designer, CLO3D и Optitex, позволила художникам и модельерам моделировать динамическую трехмерную одежду на компьютере. [ 13 ] 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, [ 14 ] в качестве инструмента создания цифровых модных брендов, а также для изготовления одежды для аватаров в виртуальных мирах, таких как SecondLife .
Сравнение с 2D-методами
[ редактировать ]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:
- Гибкость, возможность менять ракурсы или анимировать изображения с более быстрой отрисовкой изменений;
- Простота рендеринга, автоматический расчет и создание фотореалистичных эффектов вместо мысленной визуализации или оценки;
- Точный фотореализм, меньше шансов на человеческую ошибку из-за неправильного размещения, перебора или забывания включить визуальный эффект.
Недостатки по сравнению с 2D-фотореалистичной визуализацией могут включать 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.
3D model market
[ редактировать ]Существует большой рынок 3D-моделей (а также связанного с 3D контента, такого как текстуры, сценарии 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. [ 15 ] Это связано с растущим внедрением 3D-моделирования в отрасли AEC, которое помогает повысить точность проектирования, уменьшить количество ошибок и упущений и облегчить сотрудничество между участниками проекта. [ 16 ] [ 17 ]
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 printing
[ редактировать ]Термин 3D-печать или трехмерная печать представляет собой форму технологии аддитивного производства, при которой трехмерный объект создается из материала последовательных слоев. [ 18 ] 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. [ 18 ] [ 19 ]
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. [ 20 ] [ 21 ]
Использование
[ редактировать ]
Сегодня 3D-моделирование используется в различных отраслях, таких как кино, анимация и игры, дизайн интерьера и архитектура . [ 22 ] Они также используются в медицинской промышленности для создания интерактивных изображений анатомии. [ 23 ]
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. [ 24 ]
Архитектурная индустрия использует 3D-модели 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, показывающую основные массы 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. [ 25 ] [ 26 ]
Археологическое сообщество сейчас создает 3D-модели культурного наследия для исследования и визуализации. [ 27 ] [ 28 ]
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 могут стать основой для физических устройств, создаваемых с помощью 3D-принтеров или станков с ЧПУ .
В разработке видеоигр 3D-моделирование — это один из этапов более длительного процесса разработки. Источником геометрии формы объекта может быть:
- Дизайнер, инженер-технолог или художник, использующий систему 3D-CAD.
- Существующий объект, реконструированный или скопированный с помощью дигитайзера или сканера 3D-форм.
- Математические данные, хранящиеся в памяти на основе числового описания или расчета объекта. [ 18 ]
Большое количество 3D-программ также используется для создания цифрового представления механических моделей или деталей до их фактического производства. Используя программное обеспечение CAD и CAM , оператор может проверить функциональность сборок деталей.
3D-моделирование используется в области промышленного дизайна , при этом изделия моделируются в 3D. [ 29 ] прежде чем представлять их клиентам. В медиа- и event-индустрии 3D-моделирование используется при проектировании сцен и декораций . [ 30 ]
OWL 2 Перевод словаря X3D в 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 от неструктурированных текстовых описаний или в формате 2,5D виртуальных музеев и выставок с использованием Google Street View в Google Arts & Culture , например). [ 31 ] Представление формате RDF в 3D-моделей можно использовать в рассуждениях , что позволяет использовать интеллектуальные 3D-приложения, которые, например, могут автоматически сравнивать две 3D-модели по объему. [ 32 ]
См. также
[ редактировать ]- Список программного обеспечения для 3D-моделирования
- Список распространенных тестовых 3D-моделей
- Список форматов файлов#3D-графика
- 3D city model
- Программное обеспечение для 3D-компьютерной графики
- 3D figure
- 3D printing
- 3D scanner
- 3D сканирование
- Формат файла аддитивного производства
- Информационное моделирование зданий
- компьютерная графика
- Моделирование ткани
- Компьютерная лицевая анимация.
- Корнеллская коробка
- Цифровая геометрия
- Краевая петля
- Художник по окружающей среде
- Геологическое моделирование
- Голография
- Промышленное компьютерное сканирование
- Марширующие кубики
- Открыть КАСКАД
- Полигональная сетка
- Полигональное моделирование
- Трассировка лучей (графика)
- Масштабирование (геометрия)
- СИГГРАФ
- Стэнфордский кролик
- Треугольная сетка
- Юта чайник
- Воксель
- B-представитель
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Что такое 3D-моделирование и для чего оно используется?» . Концепт-арт Империи . 27 апреля 2018 г. Проверено 5 мая 2021 г.
- ^ «3D моделирование» . Программное обеспечение Siemens для цифровой промышленности . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Что такое 3D-моделирование? | Как 3D-моделирование используется сегодня» . Топы . 27 апреля 2020 г. Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ Слик, Джастин (24 сентября 2020 г.). «Что такое 3D-моделирование?» . Жизненный провод . Проверено 3 февраля 2022 г.
- ^ «Как 3D-сканировать с помощью телефона: вот наши лучшие советы» . Скульптео . Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ «Facebook и Matterport сотрудничают в создании реалистичных виртуальных сред обучения для искусственного интеллекта» . ТехКранч . 30 июня 2021 г. Проверено 14 июля 2021 г.
- ^ 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 .
- ^ «Проект ЭРИС стартует» . Объявление ESO . Проверено 14 июня 2013 г.
- ^ «Будущее 3D-моделирования» . ГаражФерма . 28 мая 2017 г. Проверено 15 декабря 2021 г.
- ^ «Что такое твердотельное моделирование? Программное обеспечение 3D CAD. Применение твердотельного моделирования» . Брайтхаб Инжиниринг . 17 декабря 2008 года . Проверено 18 ноября 2017 г.
- ↑ Джон Радофф , Анатомия MMORPG. Архивировано 13 декабря 2009 г. в Wayback Machine , 22 августа 2008 г.
- ^ 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. Технология. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06741-z
- ^ «Все о виртуальной моде и создании 3D-одежды» . CGElves. Архивировано из оригинала 5 января 2016 года . Проверено 25 декабря 2015 г.
- ^ «3D-одежда, созданная для «Хоббита» с помощью Marvelous Designer» . 3DХудожник . Проверено 9 мая 2013 г.
- ^ «Рыночная стоимость 3D-картографии и моделирования» (пресс-релиз). Июнь 2022 г. Архивировано из оригинала 18 ноября 2022 г. Проверено 1 июня 2022 г.
- ^ «Обзор информационного моделирования зданий» . Архивировано из оригинала 7 декабря 2022 года . Проверено 5 марта 2012 г.
- ^ 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 .
- ^ Перейти обратно: а б с 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 .
- ^ «Что такое 3D-печать? Полное руководство» . 3D-концентраторы . Проверено 18 ноября 2017 г.
- ^ «Игрушки для 3D-печати» . Бизнес-инсайдер . Проверено 25 января 2015 г.
- ^ «Новые тенденции в 3D-печати – медицинское оборудование по индивидуальному заказу» . Энвижнтек . Проверено 25 января 2015 г.
- ^ Ректор Эмили (17 сентября 2019 г.). «Что такое 3D-моделирование и дизайн? Руководство для начинающих в 3D» . MarketScale . Проверено 5 мая 2021 г.
- ^ «3D-модели виртуальной реальности помогают добиться лучших хирургических результатов: инновационные технологии улучшают визуализацию анатомии пациента, показывают исследования» . ScienceDaily . Проверено 19 сентября 2019 г.
- ^ Педди, Джон (2013). История визуальной магии в компьютерах . Лондон: Springer-Verlag. стр. 396–400. ISBN 978-1-4471-4931-6 .
- ^ «Уровень детализации» . Архивировано из оригинала 30 декабря 2022 года . Проверено 28 июня 2022 г.
- ^ «Уровень детализации (LOD): понимание и использование» . 5 апреля 2022 года. Архивировано из оригинала 18 июля 2022 года . Проверено 5 апреля 2022 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ «3D-модели для клиентов» . 7CGI . Проверено 9 апреля 2023 г.
- ^ «3D-моделирование для бизнеса» . Компьютерная графика Мебель . 5 ноября 2020 г. Проверено 5 ноября 2020 г.
- ^ Сикос, Л.Ф. (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 .
- ^ 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
[ редактировать ]
СМИ, связанные с 3D-моделированием, на Викискладе?