"3D" ifadesi, İngilizce "3 boyutlu" yani "3 boyutlu" ifadesinin kısaltmasıdır. "3D" sembolleri (Rus literatüründe "3d" kısaltması da sıklıkla kullanılır), bir nesnenin veya teknolojinin ikiden fazla boyuta sahip olması nedeniyle diğerlerinden farklı olduğunu gösterir.
3D modeller ne işe yarar?
Gerçek dünyadaki tüm nesnelerin üç boyutu vardır. Aynı zamanda, çoğu durumda, üç boyutlu nesneleri temsil etmek için iki boyutlu yüzeyler kullanırız: bir kağıt yaprağı, tuval, bilgisayar ekranı. Heykeltıraş üç boyutlu figürler yaratır, ancak granitten bir heykel yapmaya başlamadan önce, gelecekteki çalışmanın çeşitli görünümlerde - her taraftan tasvir edildiği eskizler oluşturur. Aynı şekilde, bir mimar veya tasarımcı, tasarlanan ürünlerin veya binaların düz görünümlerini Whatman kağıdında veya bilgisayar ekranında görüntüleyerek çalışır.
Zorunlu eğitim çerçevesinde "çizim" konusu, üç boyutlu modellemeyi öğretmeyi amaçlamaktadır - düz, iki boyutlu, bir kağıdın yüzeyinde hacmi olan nesnelerin tam tanımı. Ayrıca anaokulu ve ilkokuldaki hamuru modelleme derslerinde çocuklara üç boyutlu modelleme öğretilmektedir. Eğitim sürecinde 3D modellemeye bu kadar dikkat edilmesi tesadüfi değildir. Gerçek nesneler yaratmak için herhangi bir aktivitede, bu nesnenin her yönden nasıl görüneceğine dair iyi bir fikre sahip olmalısınız. Bir terzi ve giysi tasarımcısı, belirli bir figüre sahip bir kişiye bir takım elbise veya elbisenin nasıl duracağını bilmelidir. Kuaför, farklı açılardan farklı ve hacimli görünecek bir saç kesimi ve saç modeli oluşturur. Kuyumcu takılarını modelliyor. Diş hekimi sadece güzel bir yapay diş oluşturmakla kalmamalı, aynı zamanda hastanın dişlerinin geri kalanına göre konumunu da hesaba katmalıdır. Marangoz, üç boyutlu parçaların birleşim yerlerini çok hassas bir şekilde yerleştirebilmelidir. Ayrıca tasarladığı mobilyaların nasıl kullanışlı olacağını ve iç mekana nasıl uyum sağlayacağını görsel olarak görmek ister.
Uzun süredir, çeşitli mesleklerin temsilcileri, üç boyutlu modelleme için birçok türden oluşan çizimler kullandılar. Kişisel bilgisayarların yaygınlaşmasıyla birlikte, üç boyutlu modeller oluşturma görevinin bir kısmını yazılımlara emanet etmek mümkün hale geldi. Tasarım otomasyon sistemleri (CAD), oluşturulan üç boyutlu nesnelerin dinamik görüntü işlevselliğini ekran düzleminde içeren ilk sistemdi. Bu durumda "dinamik" kelimesi, üç boyutlu bir nesnenin görüntüsünü ekranda döndürme ve her taraftan görme yeteneği anlamına gelir. Bununla birlikte, bir 3B modelin dinamikleri, modelin şeklini değiştirme ve hareket etme yeteneği anlamına da gelebilir. Çizgi filmlerin ve bilgisayar oyunlarının yaratıcılarının böyle bir işlevselliğe ihtiyacı var.
Yirminci yüzyılın ikinci yarısında, hatta bilgisayar öncesi çağda bile üç boyutlu yüzey işleme teknolojileri ortaya çıktı. Dünya Savaşı'nın sona ermesinden kısa bir süre sonra, ABD Hava Kuvvetleri, Parsons Inc'in karmaşık parçaları belirli bir algoritmaya göre frezeleyebilen makineler yaratma çalışmalarını finanse etti. Bu çalışmalar, bütün bir bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) takım tezgahları sınıfının yaratılmasına yol açtı. CNC makineleri için iş algoritmaları tasarlamak, 3D modelleme alanından başka bir görevdir.
1986'da Amerikalı mühendis Charles W. Hall, stereolitografi kullanarak üç boyutlu nesneleri basan bir yazıcı yarattı. Daha sonra, insan organlarını basmak için yazıcılar veya örneğin şekerleme dekorasyonları ve hazır yemekler basan yazıcılar da dahil olmak üzere çok çeşitli malzemelerden üç boyutlu ürünler basan 3D yazıcılar ortaya çıktı. Bugün, bir akıllı telefonun fiyatı için basit ama oldukça işlevsel bir 3D yazıcı satın alınabilir ve üzerine ev için hacimsel nesneler veya modellerin ve çeşitli cihazların ayrıntıları yazdırılabilir. Baskı için tüm 3D yazıcılar, belirli bir formatta girdi olarak üç boyutlu bir model alır.
3B modellemenin temel ilkeleri
3D modelleme için bir ön koşul, mekansal hayal gücünün varlığıdır. Çalışmanın gelecekteki sonucunu hayal edebilmek, zihinsel olarak döndürebilmek ve her yönden incelemek, ayrıca modelin hangi unsurlardan oluştuğunu, hangi fırsatları sağladığını ve hangi kısıtlamaları getirdiğini anlamak önemlidir. Doğası gereği herkesin uzamsal hayal gücü değişen derecelerde gelişmiştir, ancak tıpkı okuryazarlık veya müzik kulağı gibi geliştirilebilir. Kendinize hiçbir şeyin yolunda gitmediğini söyleyerek pes etmemek, ilk başta basit modeller yaparak deneyim kazanmak, yavaş yavaş daha karmaşık olanlara geçmek önemlidir.
Herhangi bir CAD programında üç dikdörtgen çizer ve bunları çizim kurallarına göre düzenlerseniz, programın üç boyutlu modelinin görüntüleme modülü bu üç projeksiyona karşılık gelen paralel yüzü oluşturabilecek ve ekranda gösterebilecektir. Aynı şekilde çizim kurallarına uyarak hemen hemen her parçanın bir modelini oluşturabilirsiniz.
3d modelleme için tüm programlar vektördür. Bu, nesneleri ayrı noktalardan oluşan bir koleksiyon olarak değil, bir formüller kümesi olarak tanımladıkları ve yalnızca bütün nesnelerle çalıştıkları anlamına gelir. Bir nesnenin sadece yarısını değiştirmeniz veya hareket ettirmeniz gerekiyorsa, onu kesmeniz (bunu yapmanıza izin veren bir araç varsa) ve yarımları yeni nesneler olarak sabitlemeniz gerekir. Bir vektör editörüyle çalışmak için matematiksel formülleri bilmek hiç gerekli değildir, programa dahil edilmiştir. Bu yaklaşımın önemli ve faydalı bir sonucu, herhangi bir nesnenin kaliteden ödün vermeden hareket ettirilebilmesi, değiştirilebilmesi ve ölçeklenebilmesidir. Öte yandan, örneğin kenarları boyunca görsel olarak birbirine dokunan birçok nokta koyarak bir dikdörtgen çizmeye çalışırsanız, program sizi anlamayacaktır. Program için, bir dikdörtgen değil, sadece çok sayıda nokta olacaktır. Sizce bu dikdörtgenle herhangi bir işlem yapamayacak. Bir dikdörtgen oluşturmak için uygun bir araç seçmeniz ve kullanmanız gerekir. Ardından program, oluşturulan nesneyle herhangi bir eylemi gerçekleştirmenize izin verecektir: değiştirin, belirli bir noktaya taşıyın, uzatın, bükün vb. Ayrıca, çoğu 3d modelleme yazılımı, örneğin Photoshop'tan elde edilen raster biçimindeki (bmp, jpg, png,
"Tuğlalardan" 3 boyutlu modelleme
Teknik ayrıntıların büyük çoğunluğu hacimsel ilkellerin birleşimidir: paralelyüzler, toplar, prizmalar vb. 3B modelleme için herhangi bir araç, hacimsel ilkellerden oluşan bir kitaplığa sahiptir ve bunları kullanıcı tarafından belirtilen parametreleri dikkate alarak yeniden üretebilir. Örneğin bir silindir modeli oluşturmak için programda uygun aleti seçip çapı ve yüksekliği ayarlamak yeterlidir. Ayrıca, üç boyutlu tasarım için tüm programlar üç boyutlu şekillerle en az iki matematiksel işlem gerçekleştirebilir: toplama ve çıkarma. Böylece, örneğin, ilkellerden iki silindir oluşturduktan sonra: biri 5 cm çapında ve 1 cm yüksekliğinde, ikincisi 3 cm çapında ve açıkça 1 cm'den büyük bir yükseklikte, bunları birleştirebilirsiniz. merkez ekseni ve ikinciyi birinci (daha büyük) silindirden çıkarın … Sonuç, dış çapı 5 cm ve iç çapı 3 cm olan 1 cm kalınlığında bir yıkayıcıdır. Örneğin, ayrı bir dizi nesneniz varsa: "kulaksız ve burunsuz kafa", "burun", " sol kulak" ve "sağ kulak", daha sonra bunları bağlayabilir ve yeni bir nesne "kulakları ve burnu olan kafa" oluşturmak için ekleyebilirsiniz. Farklı şekillerde kulaklar, burunlar ve kafalardan oluşan bir kitaplığınız varsa, bunların içinden geçerek arkadaşınızın (veya kendinizin) kafasının bir modelini oluşturabilirsiniz. Daha sonra ortaya çıkan kafadan "ağız" nesnesini çıkararak ağızlı bir kafa elde edebilirsiniz."Tuğlalardan", program kitaplığında bulunan veya programa dışarıdan yüklenen nesnelerden bir 3d model oluşturmak basit ve en popüler yollardan biridir.
Tabii ki, herhangi bir programda tüm durumlar için “yapı taşları” yoktur. Bununla birlikte, uzaydaki diğer nesneleri hareket ettirerek veya onları değiştirerek birçok nesne oluşturulabilir. Örneğin, bir daireyi taban olarak alıp yukarı doğru hareket ettirerek, konumları tek bir nesnede toplayarak her adımı koruyarak aynı silindiri kendiniz de oluşturabilirsiniz. Programın böyle bir aracı varsa, o zaman her şeyi kendi başına yapacaktır, yalnızca belirtmeniz gerekir: tabanı hangi yörüngede ve ne kadar uzağa taşımanız gerekir. Böylece yukarıda açıklanan teknolojiye göre oluşturulan yıkayıcıdan yeni bir nesne oluşturabilirsiniz - bir boru. Dahil - herhangi bir eğriliğin birçok kıvrımına sahip bir boru. Önemli bir nokta: Bunun için daire başlangıçta üç boyutlu olmalıdır. Bırak - ihmal edilebilir kalınlıkta, ancak sıfıra eşit değil. Bunu yapmak için program, sıfır kalınlıkta düz bir şekli, ihmal edilebilir ancak belirli kalınlığa sahip üç boyutlu bir şekle dönüştürmek için bir araca sahip olmalıdır.
Çokgenlerden 3D modelleme
Birçok 3B modelleme programı, "ağlar" adı verilen özel nesne türleri ile çalışır. Ağ, çokgen bir ağ veya bir 3B nesnenin köşeleri, kenarları ve yüzleri topluluğudur. Ağlardan oluşan bir nesneyi anlamak için örneğin Lego parçalarından oluşturulmuş bir robota bakabilirsiniz. Her parça ayrı bir ağdır. Bir Lego parçasının ortalama boyutu 1 cm ise ve 50 cm yüksekliğinde bir robot monte ederseniz, içine yerleştirdiğiniz görüntüyü (örneğin bir kişinin) tanımak mümkün olacaktır. Ancak, böyle bir heykelin gerçekçiliği çok vasat olacaktır. Başka bir konuşma, ortalama 1 cm büyüklüğünde parçalardan 50 kilometre yüksekliğinde bir robot yaratırsanız. Dev heykelin tamamını görmek için iyi bir mesafe giderseniz, yüzeyin köşeliliğini fark etmeyeceksiniz ve robot pürüzsüz bir cilde sahip canlı bir insan gibi görünebilir.
Kafes istediğiniz kadar küçük olabilir, bu da model yüzeyinde herhangi bir görsel pürüzsüzlük elde edebileceğiniz anlamına gelir. Temel olarak, ağlardan bir nesne oluşturmak, 2B görüntüdeki piksel sanatıyla aynıdır. Ancak, dikdörtgen şeklindeki noktalar kümesinin bir "dikdörtgen" nesne olmadığını hatırlıyoruz. Bu, ağlardan oluşturulan görüntünün üç boyutlu bir nesne haline gelmesi için konturlarının hacimle doldurulması gerektiği anlamına gelir. Bunun için araçlar var, ancak genellikle 3D modellemeye yeni başlayanlar tarafından unutuluyorlar. Tıpkı bir yüzeyin (örneğin bir kürenin) hacimsel bir şekle dönüşmesi için tamamen kapalı olması gerektiği gibi. Bitmiş kapalı yüzeyden bir noktayı (bir ağ) çıkarmaya değer ve program onu bir 3B nesneye dönüştüremeyecektir.
3D modelin hareketi ve görünümü
Kafeslerden veya başka bir şekilde bir araba nesnesi oluşturduğunuzu hayal edin. Üç boyutlu modelleme programında, nesnenin içindeki herhangi bir noktanın yörüngesini ve hareket hızını formülle ayarlarsanız, diğer tüm noktaların eşzamanlı olarak hareket etmesi koşulunu ayarlarsanız, araba sürecektir. Aynı zamanda, arabanın tekerlekleri ayrı nesneler olarak seçilirse ve merkezlerine ayrı hareket ve dönüş yörüngeleri atanırsa, arabanın tekerlekleri yol boyunca dönecektir. Araba gövdesinin hareketi ile tekerlekleri arasındaki doğru uyumu seçerek, son karikatürün gerçekçiliğini elde edebilirsiniz. Aynı şekilde, bir "insan" nesnesini hareket ettirebilirsiniz, ancak bu, insan anatomisini ve yürüme veya koşma dinamiklerini anlamayı gerektirir. Ve sonra - her şey basittir: nesnenin içinde bir iskelet oluşturulur ve her bir parçasına kendi hareket yasaları atanır.
Üç boyutlu bir modelleme programında yaratılan bir nesne, kendi formlarında yaratıcısının hayatından veya fantezisinden gerçek bir örneği tamamen tekrarlayabilir, gerçekçi bir şekilde hareket edebilir, ancak yine de tam olarak eşleşecek bir özelliği daha eksik olacaktır. Bu özellik dokudur. Yüzeyin rengi ve pürüzlülüğü algımızı belirler, bu nedenle çoğu 3d düzenleyici, ahşap ve metalden ay ışığında azgın bir denizin dinamik dokusuna kadar hazır yüzey kitaplıkları da dahil olmak üzere dokular oluşturmak için araçlara sahiptir. Ancak, tüm 3B modelleme görevleri bu tür işlevsellik gerektirmez. 3D yazıcıda yazdırmak için bir model oluşturuyorsanız, yüzeyinin dokusu yazdırılacak malzeme tarafından belirlenir. Mobilya üreticileri için CAD'de bir dolap tasarlıyorsanız, elbette, ürünü seçilen ahşap türlerinin dokusunda "giydirmek" sizin için ilginç olacaktır, ancak mukavemet hesaplamaları yapmak çok daha önemli olacaktır. aynı program.
3B modellemede dosya biçimleri
3B nesneler oluşturma, düzenleme ve üretme yazılımı piyasada düzinelerce uygulama ve paketle sunulmaktadır. Bu tür yazılımların birçok geliştiricisi, simülasyon sonuçlarını kaydetmek için kendi dosya formatlarını kullanır. Bu, ürünlerinden daha iyi yararlanmalarını sağlar ve tasarımlarını kötüye kullanımdan korur. Yüzden fazla 3D dosya formatı var. Bazıları kapalı, yani yaratıcılar diğer programların dosya formatlarını kullanmasına izin vermiyor. Bu durum, 3d modelleme ile uğraşan kişilerin etkileşimini büyük ölçüde karmaşıklaştırmaktadır. Bir programda oluşturulan bir düzen veya modelin başka bir programa aktarılması ve dönüştürülmesi genellikle çok zor veya imkansızdır.
Bununla birlikte, neredeyse tüm programlar tarafından 3B ile çalışmak için anlaşılan açık 3B grafik dosyası formatları vardır:
. COLLADA, farklı geliştiricilerin programları arasında dosya alışverişi için özel olarak tasarlanmış evrensel bir XML tabanlı biçimdir. Bu biçim, Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender gibi popüler ürünler tarafından desteklenir (bazı durumlarda özel bir eklenti gerekir). Ayrıca, bu biçim Adobe Photoshop'un en son sürümlerini anlayabilir.
. OBJ - Wavefront Technologies tarafından geliştirildi. Bu biçim açık kaynak kodludur ve birçok 3D grafik düzenleyici geliştiricisi tarafından benimsenmiştir. Çoğu 3B modelleme yazılımı,.obj dosyalarını içe ve dışa aktarma yeteneğine sahiptir.
. STL, stereolitografi kullanılarak yazdırılması amaçlanan dosyaları depolamak için tasarlanmış bir formattır. Günümüzde birçok 3d yazıcı, doğrudan.stl'den yazdırabilir. Ayrıca birçok dilimleyici tarafından desteklenir - bir 3D yazıcıda baskı hazırlamaya yönelik programlar.
Çevrimiçi 3d editör tinkercad.com
Autodesk'in sahibi olduğu tinkercad.com sitesi, sıfırdan 3D modelleme yapmaya başlayanlar için en iyi çözüm. Tamamen bedava. Öğrenmesi kolay olan site, ana işlevleri bir saat içinde anlamanıza ve başlamanıza olanak tanıyan birkaç derse sahiptir. Site arayüzü Rusça'ya çevrilmiştir, ancak dersler yalnızca İngilizce olarak mevcuttur. Ancak, dersleri anlamak için temel İngilizce bilgisi yeterlidir. Ayrıca internette Rusça rehberler ve tinkercad derslerinin çevirilerini bulmak da zor değil.
Sitenin çalışma alanında, diğer kullanıcılar tarafından oluşturulanlar da dahil olmak üzere çok sayıda hacimsel ilkel bulunur. Ölçekleme, bir koordinat ızgarasına ve nesnelerin kilit noktalarına yapışmak için araçlar vardır. Herhangi bir nesne bir deliğe dönüştürülebilir. Seçilen nesneler birleştirilebilir. Nesnelerin toplanması ve çıkarılması bu şekilde uygulanır. Yeni kaydedilen nesneler de dahil olmak üzere, birçok adım geri gitmeniz gerektiğinde çok kullanışlı olan dönüşümlerin geçmişi mevcuttur.
Yukarıda açıklanan temel işlevlerin yeterli olmadığı kişiler için, komut dosyaları yazmak ve buna bağlı olarak nesneleri dönüştürmek için karmaşık komut dosyaları oluşturmak için bir işlevsellik vardır.
Nesneleri kesmek için alet yok. Saf formlarında çokgen yoktur (çokgen model, bir dereceye kadar eğrisel nesne ilkellerinde uygulanır). Doku yok. Ancak tinkercad, oldukça karmaşık ve sanatsal nesneler oluşturmanıza olanak tanır.
STL, OBJ, SVG formatlarındaki dosyaların içe ve dışa aktarımını destekler.
SketchUp
Birkaç yıl önce Google Corporation tarafından satın alınan Trimble Inc'den yarı profesyonel 3d grafik editörü. Pro sürümü 695 dolara mal oluyor. Sınırlı işlevselliğe sahip ücretsiz bir çevrimiçi sürüm var.
Birkaç yıl önce editörün ücretsiz bir masaüstü sürümü vardı, ancak bugün yalnızca çevrimiçi sürümü para olmadan kullanılabilir. Web sürümünde, eğriler oluşturan basit çizim araçları ve düz bir resimden bir katı oluşturmanıza olanak sağlayan Ekstrüzyon aracı bulunur. Ayrıca web versiyonunda katmanlar ve dokular vardır. Kullanıcı tarafından oluşturulan nesneler ve dokulardan oluşan bir kitaplık mevcuttur.
Kendi formatındaki dosyalar için içe aktarma mümkündür (SketchUp projesi) Sahneye bir nesne olarak bir.stl dosyası da ekleyebilirsiniz.
Google ile olan bağlantılar, SketchUp'ın internet devinin hizmetleriyle entegre olmasını sağlar. Bu, yalnızca işinizde kullanmak üzere birçok hazır sahne ve nesne bulabileceğiniz bulut depolama alanına erişim değil, aynı zamanda gerçekçi sahneler oluşturmak için Google Earth'ten uydu ve hava görüntülerini içe aktarma yeteneğidir.
Genel olarak, SketchUp'ın ücretsiz sürümünün yetenekleri, tinkercad'de bulunan işlevlerden belirgin şekilde daha yüksektir, ancak SketchUp web sitesi, bazı ciddi işlemleri gerçekleştirmeye çalışırken, ücretli sürüme geçmenin daha iyi olduğunu ima ediyormuş gibi, genellikle yavaşlar. ürünün. SketchUp'ın ücretsiz sürümü, neredeyse her adımda yeteneklerini genişletmek için para ödeme teklifiyle geliyor.
SketchUp Pro'nun iyi bir işlevselliğe sahip olduğunu ve örneğin mobilya tasarımında veya iç tasarımın geliştirilmesinde yaygın olarak kullanıldığını göz önünde bulundurarak, ciddi modellemeye doğru bir adım atmak isteyenler için ürünün ücretsiz web sürümüne hakim olmanızı tavsiye edebiliriz, ancak güçlü yönlerinden ve uygunluğundan henüz emin değiller. ücretli sürümlere geçiş.
blender
Blender, Linux veya PostgreSQL ile birlikte, özgür yazılım dağıtımı fikriyle birleşmiş bir programcılar topluluğunun neredeyse her şeyi yapabileceğini gösteren efsanevi bir projedir.
Blender, neredeyse sınırsız olanaklara sahip profesyonel bir 3d grafik editörüdür. Animasyon ve gerçekçi 3d sahnelerin yaratıcıları arasında en büyük popülerliği kazandı. Bu ürünün yeteneklerine bir örnek olarak, "Spider-Man 2" filminin tüm animasyonunun içinde yaratıldığını söyleyebiliriz. Ve - sadece bu film için değil.
Blender editörünün yeteneklerine tam olarak hakim olmak, önemli bir zaman yatırımı ve aydınlatma, sahne ayarı ve hareket dahil olmak üzere 3D grafiklerin tüm yönlerinin anlaşılmasını gerektirir. Hacimsel modelleme için tüm iyi bilinen ve popüler araçlara sahiptir ve imkansız veya henüz icat edilmemiş araçlar için, editörün kendisinin yazıldığı ve yeteneklerini cesaret edebildiğiniz kadar genişletebileceğiniz Python programlama dili vardır.
Blender'ın kullanıcı topluluğu yarım milyondan fazladır ve bu nedenle, bu konuda uzmanlaşmaya yardımcı olacak insanları bulmak zor olmayacaktır.
Basit projeler için Blender aşırı işlevsel ve karmaşıktır ancak 3d modellemeyi ciddi bir şekilde yapacak olanlar için harika bir seçimdir.
