Программы для 3д моделирования реферат
Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для полноценного развития личности.
3D редактор – программа предназначенная для создания трёхмерных моделей объектов. Поэтому областью применения 3D редакторов очень широка. Это физика, химия, археология, архитектура, мультипликация и т.д.
Просмотр содержимого документа
«Обзор программ 3D моделирования »
ФГБОУ ВПО «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М.Е. ЕВСЕВЬЕВА»
Кафедра информатики и вычислительной техники
И. о. зав. кафедрой
канд. пед. наук, доцент
____________ Н. В. Вознесенская
КУРСОВАЯ РАБОТА
по информатике
Свободные редакторы 3D
Автор курсовой работы
студент группы МДИ-110 ____________________________ А. В. Рожнов
Специальность 030100 «Информатика» с дополнительной специальностью 032100.00 «Математика»
канд. пед. наук, доцент_________________________________ Л. А. Сафонова
1.Теоретические основы изучения редакторов 3D-графики . 4
1.1 Понятие редактора 3D-графики…………………………. 4
1.2 Свободные редакторы 3D-графики. 5
2.Практическое изучение Gmax…………………………………………….….. 24
2.1 Создание плоских фигур в Gmax…………………………………………. 24
2.2 Создание трёхмерного объекта……………………………………………. 30
Список использованных источников 43
Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для полноценного развития личности.
3D редактор – программа предназначенная для создания трёхмерных моделей объектов. Поэтому областью применения 3D редакторов очень широка. Это физика, химия, археология, архитектура, мультипликация и т.д. С помощью 3D можно показать любое явление не зависимо от его масштабов и долготы по времени.
Таким образом, сейчас изучать графику 3D очень актуально, поскольку в нашу жизнь давно вошли 3D-фильмы и 3D-принтеры. В этой работе мы будут рассмотрены различные 3D редакторы, их возможности и назначение.
Цель работы – изучить возможности современных 3D редакторов.
Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Выяснить назначение 3D редакторов.
Познакомиться с различными 3D редакторами.
Подробно изучить редактор Gmax.
Изучить возможности редактора Gmax.
Построить трёхмерную модель
Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования: анализ литературы по программному обеспечению, обзор существующих программ, практическое решение задач.
Теоретические основы изучения редакторов 3D-графики
Понятие редактора 3D-графики
Трёхмерная графика (3D (от англ. 3 Dimensions – «3 измерения») Graphics, Три измерения изображения) – раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов.
Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного 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). При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
3D моделирование – это процесс создания трехмерной модели объекта.
Задача 3D моделирования - разработать визуальный объемный образ желаемого объекта. С помощью трехмерной графики можно и создать точную копию конкретного предмета, и разработать новое, даже нереальное представление до сего момента не существовавшего объекта.
Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации.
Самое широкое применение – во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.
Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трехмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трехмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трёхмерные дисплеи. Однако и 3D-дисплеи по-прежнему не позволяют создавать полноценной физической, осязаемой копии математической модели, создаваемой методами трехмерной графики. Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твердого тела (воксельная модель).
Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны.
Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие как: Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, Autodesk Softimage, Cinema 4D, Houdini, Modo, LightWave 3D, Caligari Truespace, а также сравнительно новые: Rhinoceros 3D, Nevercenter Silo и ZBrush.
Кроме того, существуют и открытые продукты, распространяемые свободно, например, пакет Blender (позволяет создавать 3D модели, c последующим рендерингом), K-3D и Wings3D.
1.2 Свободные редакторы 3D-графики
Рис. 1 Эмблема Autodesk 3ds Max
Autodesk 3ds Max доступен в двух лицензионных версиях: студенческая – бесплатная (требуется регистрация на сайте Autodesk), которая предоставляет полную версию программы (однако, её нельзя использовать с целью получения прибыли), и полная (коммерческая) версия стоимостью в 3900€.
Представим истории Autodesk 3ds Max.
Первая версия пакета под названием 3D Studio DOS была выпущена в 1990 году. Разработками пакета занималась независимая студия Yost Group, созданная программистом Гари Йостом; Autodesk на первых порах занимался только изданием пакета. Существуют сведения, что Гари Йост покинул прежнее место работы после переговоров с Эриком Лайонсом (Eric Lyons), в то время директором по новым проектам Autodesk.
Первые четыре релиза носили наименование 3D Studio DOS (1990–1994 годы). Затем пакет был переписан заново под Windows NT и переименован в 3D Studio MAX (1996–1999 годы). Нумерация версий началась заново.
В 2000–2004 годах пакет выпускается под маркой Discreet 3dsmax, а с 2005 года – Autodesk 3ds MAX. Актуальная версия носит название Autodesk 3ds MAX 2014 (индекс 16.0).
Моделирование — процесс замены объекта исследования некоторой его моделью и проведение исследования на модели с целью получения необходимой информации об объекте. Область применения 3D-моделирования необычайно широка. На сегодняшний день 3D-моделирование можно встретить в разных областях от рекламы, производства компьютерных игр и киноиндустрии до дизайна интерьера и архитектуры. Впервые моделирование стало применяться в архитектурной и строительной деятельности и обозначало изображение схемы, чертежа или графика какого-либо предполагаемого объекта. Позже моделирование распространилось и в других науках как метод исследования процессов и явлений окружающей действительности. Моделирование помогает исследователю познать объект изучения, установить взаимосвязь с другими объектами и описать его в наиболее доступной форме.
На рынке существует множество программ для 3D-моделирования, для того чтобы выбрать оптимальную программу необходимо предварительно определиться с критериями, по которым будет происходить сравнение, то есть с требованиями, предъявляемыми к 3 D -редакторам.
В качестве одного из основных критериев сравнения графических редакторов был выбран учет уровня начальной подготовки пользователей. Очевидно, что обучающимся с минимальным уровнем компьютерной грамотности будет нелегко освоить программный продукт, не обладающий интуитивно понятным интерфейсом, без русификации, справочных материалов и всплывающих подсказок. Помимо этого, 3D-редакторы, выбираемые для обучения, должны обладать всеми необходимыми функциями для реализации основных задач 3 D -моделирования.
Следующим по значимости критерием сравнения программ трехмерной графики можно назвать соответствие системных требований компьютера пользователя требованиям, предъявляемым со стороны разработчика программного продукта. Как правило, наиболее строгие требования предъявляются к аппаратной составляющей компьютера пользователя и распространяются на объем оперативной памяти и характеристики процессора. Очевидно, что в случае, если компьютер пользователя не соответствует даже минимальным характеристикам производителя программного обеспечения, ни один 3 D -редактор не сможет корректно работать и выполнять требуемые функции.
Совместимость программного обеспечения в сфере 3 D -моделирования также является существенным преимуществом при выборе того или иного программного продукта. Это объясняется тем, что зачастую 3 D -редакторы обладают узкой специализацией и не всегда могут обеспечить полную реалистичность созданной модели. Поэтому возможность дополнения функционала за счет применения другого графического редактора оказывается очень удобным инструментом для реализации полноценной 3 D -модели.
ZBrush. Программа ZBrush от компании Pixologic — это мощный профессиональный инструмент для создания и редактирования трехмерной графики. В первую очередь программа направлена на работу с так называемой «цифровой глиной», из которой можно буквально вылепливать объекты при помощи разнообразных инструментов. Такая цифровая лепка идеальна для создания людей, животных, и вообще всего органического. Тем не менее, ZBrush может использоваться для твердотельного 3D-моделирования и оснащен для этого специальными инструментами. Огромный набор специальных кистей направлен на достижение максимальной реалистичности при создании 3D моделей , а инструменты наложения текстур и визуализации дополняют функционал программы. ZBrush практически не использует возможности видеокарты, что существенно влияет на скорость работы. Вместо этого основным ресурсом для приложения является оперативная память компьютера, недостаток которой может сказываться на производительности. ZBrush — это очень гибкий пакет 3D графики, который можно настроить согласно своим собственным предпочтениям. Интерфейс программы полностью программируем, настроить можно все, вплоть до размера шрифта. Наряду с такой гибкостью, в программе нет единого алгоритма построения моделей.
TinkerCAD. Tinkercad — это онлайн-сервис по разработке 3 D -проектов для начинающих. Использовать продукт можно только после регистрации аккаунта. Официальный сайт содержит массу обучающих материалов, что не составит труда, если специалист решил освоить данный софт. Моделирует электрические схемы, коды и 3D-проекты.
Blender. Blender — это бесплатное программное обеспечение для создания и редактирования трехмерной графики. Программа справляется с анимацией и реалистичными ландшафтами, но уступает в скульптинге персонажей.
На сегодняшний день это полноценный 3D-редактор, в котором пользователя встречает полностью программируемый интерфейс и уникальная внутренняя файловая система. Оболочка программы на первый взгляд может показаться неудобной и непонятной, но после настройки горячих клавиш работать в Blender становится просто и удобно. На официальном сайте находятся в общем доступе обучающие курсы. В качестве языка программирования приложение использует Python, владея которым вы можете создавать собственный инструменты, редактировать интерфейс и сам принцип работы программы. Приятным бонусом является доступность пакета на различных операционных системах обеих разрядностей: освоить программу смогут владельцы компьютеров с ОС Windows, GNU/Linux и Mac OSX.
Maya. Maya является самой распространенной программой для создания спецэффектов, анимаций. Создает реалистичные картинки, подстраивается под любого пользователя, богата своим интерфейсом, однако очень требовательна к устройству, с которого будет происходить работа. Maya ценится за огромный набор инструментов для анимации, текстурирования, а также создания разнообразных спецэффектов. Это серьезный редактор трехмерной графики, в нем грамотно реализована функция визуализации готовых моделей.
На официальном сайте имеется лицензия для студентов, которая выдается на 3 года бесплатно.
3Ds Max. 3Ds Max — это программное обеспечение для 3D-моделирования, анимации и рендеринга, созданное и разработанное для игр и визуализации дизайна. Программное обеспечение очень полезно для проектирования зданий, инфраструктуры и строительства, а также для разработки продуктов и планирования производства.
Кроме того, 3D s Max помогает пользователям создавать массивные игровые миры, детализированных персонажей, настраивать окружение здания, создавать сцены, в которых много людей, имитировать физические свойства жидкостей, таких как вода, масло и лава. Программа легка в изучении на начальных этапах, позже могут понадобится дополнительные курсы или материалы, обучающие уроки есть в общем доступе. Лицензия для студентов выдается на 3 года.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ В ОБУЧЕНИИ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Возможности 3D моделирования
Основной задачей 3D моделирования служит представление о будущем объекте или предмете, ведь для того, чтобы выпустить какой-либо объект необходимо чёткое понимание его конструктивных особенностей в мельчайших деталях для последующего воспроизведения в промышленном дизайне или архитектуре.
Работа по моделированию начинается с эскиза и заканчивается конечной ЗD моделью, причем за основу берется выполненная модель будущего объекта. Ещё на ранней стадии можно получить реалистичное и подробное представление о будущей 3D модели, которая возможно существует только в виде эскиза или на стадии идеи. Тем самым мы имеем возможность от идеи перейти к глубокому проектированию и воссозданию конечного результата.
Бывают случаи, когда используя только 3D модель, у исполнителя получалось более подробно во всех деталях донести до заказчика и конечного потребителя все преимущества и особенности продукта. 3D модель проекта позволяет донести весь смысл предложенного. Это позволяет заказчику четко представить результат, а значит более охотнее принять решение в положительную сторону.
Например, если нашей целью является создание более качественного материала, то на помощь придёт 3D модель, которая в мельчайших подробностях способна донести всю палитру текстур и объёмов, а также прозрачность и отражение. Работа с дизайном интерьера, в отличии от промышленного дизайна, требует чётко различать границы и видеть, как будет выглядеть проект при разном освещении (днём и ночью). Значит, надо всегда обращать внимание на форму, источники освещения, размер будущего объекта.
2. Понятие 3D моделирования
3D графика - это создание объемной модели при помощи компьютерных программ. На основе чертежей, рисунков, подробных описаний, 3D дизайнер создает объемное изображение. В специальной программе модель можно посмотреть со всех сторон (сверху, снизу, сбоку) [2].
Трехмерная графика может быть любой сложности. Вы можете создать простую трехмерную модель, с низкой детализацией и упрощенной формы. Или же это может быть более сложная модель, в которой присутствует проработка самых мелких деталей, где использованы профессиональные приемы (тени, отражения, преломление света и т.д.) [1, 3].
В трехмерную модель очень легко вносить практически любые изменения. Можно изменять проект, убирать одни детали и добавлять новые. Фантазия разработчика практически ни чем не ограничена, и можно быстро выбрать именно тот вариант, который подойдет наилучшим образом.
Существует довольно большое количество самых разных программ для 3D моделирования. Одной из популярных программ, которые специально разработаны для создания трехмерной графики, является программа 3DS MAX. Она позволяет реалистично визуализировать объекты самой разной сложности. 3DS MAX дает возможность создавать полноценное видео с участием трехмерных моделей. Такая работа, конечно же, требует у специалиста серьезных навыков, а также больших компьютерных ресурсов, в первую очередь объемов памяти и быстродействие процессора.
Так же есть и бесплатные программы, одной из них является Blender. Хотя у людей, как правило, бесплатное программное обеспечение ассоциируется с терминами "плохое", "с ограниченными возможностями" или с "демоверсиями". Программа Blender все же является полностью функциональным продуктом.
Программы для 3D моделирования могут быть довольно сложными в изучении, если пытаться освоить все его многочисленные возможности. Поэтому, на начальном этапе использования в образовательном процессе надо организовать учебную деятельность по освоению основных методов создания объектов, сцен, а так же анимации. Главное, это вовлечь обучающегося в процесс работы с программой. Любая программа имеет сложности в изучении, но после нескольких недель обучения, многие вещи становятся понятными и процесс обучения облегчается.
3. Алгоритм 3D моделирования
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги моделирования, которые включают в себя несколько категорий объектов [1]:
-Построение с помощью полигональной сетки (например, здание).
-Визуальное свойство модели (например, цвет и отражение).
-Выбор точки и угла построения проекции.
-Настройка силы и воздействия объектов (применяется в основном в анимации).
Дополнительные эффекты в виде света в тумане, облака, пламя и прочее.
Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их на сцене.
Следующим шагом является текстурирование, которое подразумевает проецирование текстур на поверхности трёхмерного объекта в виде шероховатости, трещины и прочее, то остановимся на
Освещение придает особые возможности визуализации объекта и предполагаетсоздание, направление и настройку источника света. Так же в виртуальном мире источники света могут иметь интенсивность, тем самым можно менять яркость.
Существуют также другие типы источников света, отличающиеся по своему назначению. Источники света, в пределах строгого заданного объёма, имеют возможность создавать объемное свечение или объемное освещение.
Одно из главных особенностей трёхмерной графики — это придание движения (анимация) трёхмерной модели, либо имитация движения среди трёхмерных объектов. Некоторые узкоспециализированные программы имеют богатые возможности и созданы исключительно для анимации [4].
Последним шагом в создании 3D модели является Рендеринг (визуализация) — построение проекции. На этом этапе трёхмерная модель превращается в плоскую картинку. Если требуется создать видеоролик, то проектируется каждый кадр. Таким образом, рендеринг преобразует трёхмерную модель в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. После построения проекции идет композитинг (компоновка) — доработка изображения в виде спецэффектов. В конечно итоге полученное изображения выводится на устройство вывода — дисплей или специальный принтер.
Заключение
Трехмерное моделирование (3d графика) на сегодняшний день получила довольно широкий спектр применения за счёт постоянно расширяющихся инструментов и более практичного функционального подхода. Стоит отметить тот факт, что сфер применения 3D моделирования огромнейшее количество и есть смысл использования в самых не заурядных проектах, так можно более детально разобрать все нюансы.
Можно сделать вывод, что область применения 3D моделирования не только широка, но и очень востребована. Существует ряд различных программ для построения трёхмерной модели. Трехмерное моделирование отличается фотографической точностью и позволяет лучше представить разработчику, как будет выглядеть проект, воплощенный в жизни. 3D модель обычно производит гораздо большее впечатление, чем все остальные способы презентации будущего проекта. Передовые технологии позволяют добиваться потрясающих результатов.
Конечно, в основном трехмерные модели используются в демонстрационных целях. Они незаменимы для презентаций, выставок, а также используются в работе с клиентами, когда необходимо наглядно показать, каким будет итоговый результат. Кроме того, методы трехмерного моделирования нужны там, где нужно показать в объеме уже готовые объекты или те объекты, которые существовали когда-то давно. Трехмерное моделирование это не только будущее, но и прошлое и настоящее.
Разработка проекта промышленного, строительного объекта значительно ускоряется, если разработчик владеет современными средствами инженерного моделирования. В отличие от двухмерной графики, оно позволяет реалистично, в масштабе увидеть результат работы до ее практической реализации. Современные программы для 3D моделирования разделены на несколько категорий, каждая из которых удобна в определенной сфере. Например, в арсенале практикующего архитектора, конструктора редко можно обнаружить приложения типа ZBrush, где проектировщик не сможет отобразить характеристику деталей в стандарте ЕСКД.
Что такое 3D моделирование
Для визуализации объема нужна программная среда, которая работает одновременно в трех измерениях. Чертеж статичен, отражает деталь со строго регламентированных ракурсов: сверху, с боку. Получить полное представление о конфигурации изделия сложно. Выполнение аксонометрических изображений трудоемкий процесс, но и такой чертеж не дает объемного, цельного представления. Особенно если это не простая деталь, а проект промышленного объекта.
Используя программы для создания 3D моделей эмулируют многовекторное пространство, в котором можно повернуть проектируемую деталь в любом направлении, редактировать ее по трем координатам. Интерфейс любой программы трехмерного моделирования имеет 4 основных окна:
- вид сверху (Top);
- вид спереди (Front);
- вид слева (Left);
- перспектива (Perspective).
Первые три являются отображением стандартной системы координат X, Y, Z. Каждую плоскость можно редактировать встроенными инструментами. Все изменения показываются и на объемной модели в окне Perspective. Профессиональные конструкторы и проектировщики предпочитают использовать программы, формат файлов которых импортируется в другие программы. Например, чертеж удобнее делать в популярном пакете для создания векторной графики CorelDraw. Затем его можно перенести на нужную проекцию с сохранением точных размеров в Autodesk 3Ds Max, где он воплотится в объемный объект.
Профессиональные программы дороги, но дают возможность полного контроля над процессом создания объектов любой сложности с выводом на печать, в нужный формат. Предусмотрен рендеринг изображения с любой ориентацией в пространстве, возможна анимация процесса. Многие бесплатные пакеты ограничены в инструментах моделирования, но больше всего неудобств связано с форматом файлов, которые невозможно импортировать в нужную среду. Полноценный просмотр возможен лишь внутри программы. Делать презентации, рекламные ролики проблемно.
Применение 3D моделирования
Работа в трехмерном пространстве дает проектировщику оптимальный инструмент для реализации проектов и представлении результатов работы в удобной форме. Ошибки в традиционных чертежах могут остаться незамеченными вплоть до их обнаружения при монтаже уже готовых элементов конструкции. Подобное невозможно в программах 3D моделирования. Система покажет при виртуальной сборке взаимное положение деталей. Проверка по точкам привязки выявит неточности. Система автоматизированного проектирования САПР (CAD) при создании 3D объектов и их развертки во много раз точнее и надежнее традиционных методов разработки объектов и передачи информации о них.
Объемное моделирование сегодня широко применяется в машиностроении, строительстве, производстве техники различного назначения.
Для проектирования в авиационной, космической, высокотехнологичных отраслях технология оказывается незаменимой. 3D модель по классу точности превосходит все ранее применявшиеся образцы предварительной разработки. Совместимость с обрабатывающим программируемым оборудованием выводит на новый уровень возможности производства.
Особое внимание заслуживает твердотельное моделирование в системе САПР. После внесения данных о размерах, плотности материалов получают результаты о физических свойствах объекта. Программа просчитывает массу, центр тяжести, прочность и другие характеристики. Специальные приложения могут прогнозировать аэродинамические свойства будущего изделия, прогнозировать поведение, характеристики в различных средах.
Выбираем инструмент для 3D моделирования
Работа в системе САПР требует специфических знаний. Понимание программного обеспечения для 3D моделирования по мнению специалистов приходит не ранее чем через год регулярных занятий. Огромное количество функций, каждая из которых заслуживает детального изучения требует от обучающегося терпения, желания и способностей. Не всегда продукт предлагается на русском языке, что также осложняет процесс усваивания информации.
Простые программы по 3D моделированию для дизайна помещений можно бесплатно скачать и установить на свой компьютер. Практически все они русифицированы и не представляют особых сложностей при изучении. Особой популярностью пользуются пакеты «Дизайн интерьера 3D», Sweet Home 3D 5.6. Растет спрос на программное обеспечение для принтеров объемной печати. Это направление активно развивается, вовлекая все больше новых участников движения. Для них предназначены приложения для 3D моделирования TinkerCAD, 3DSlash, 123D Design, Sketchup и особенно Blender, где есть расширенные возможности для редактирования модели. Не трудно найти обучающие видео с подробным описанием разработки и печати 3D объектов.
Создание деталей на принтере не ограничивается хобби для любителей. Технология используется для изготовления высокоточных деталей и элементов в производстве, медицине. Важно, что полную информацию об объекте печати можно легко передать в интернете в любую точку мира, а затем воспроизвести ее в реальном исполнении.
Профессиональные программы проектирования просчитывают огромное количество параметров и характеристик объекта. Поэтому затрачивается большое количество системных ресурсов. Облегчить нагрузку на процессор, разгрузить оперативную память помогают специальные форматы, разработанные производителями программ. Поверхностям назначают качество фактуры, рисунок, шероховатость. Однако они отражаются лишь условно. Получить реалистичную картинку или анимацию можно посредством установки дополнительного программного обеспечения визуализации.
Лидерами на рынке в области вывода специальных расширений в общепринятые форматы являются продукты V-Ray и Corona. Интегрируются они почти во все качественные программы 3D. Процесс реалистичной визуализации проекта получил название рендеринг. После обработки, которая в некоторых случаях может длиться часами, получают детализированное изображение высокого качества. Трудно однозначно сказать, какие продукты лучшие для рендеринга 3D моделей.
По общему объему использования лидирует V-Ray. Однако некоторые функции и скорость обработки некоторых проектов (превью) выше у Corona. Важнее мастерство проектировщика. Используя любой их этих продуктов, специалист получит изображение не уступающего по качеству фотографии в высоком разрешении. Развивается и направление независимого рендеринга, программного обеспечения, которое не надо интегрировать в стандартные 3D пакеты. Например, Octane Render работает самостоятельно.
Краткий обзор лучших программ 3D моделирования
Попытки завоевать пользователя делают многие компании. В той или иной степени, это удается. Предлагаемые опции нравятся одним и не воспринимаются другими. Однако лидеров в производстве профессиональных программ, использующихся для проектирования серьезных объектов не так много. Первым в этой гонке идет компания Autodesk. Сразу две программы разработчика крайне востребованы у профессионалов. Это пакеты Maya и 3Ds max. Сложно определить какая из них лучше.
Движок и интерфейс у программ существенно отличаются, но после рендеринга и вывода результатов работы на печать отличить проекты сможет лишь профессионал высокого класса.
Считается, что Maya более удобна для создания анимации, персонажей, но сложнее в изучении. 3Ds max более прикладной пакет. Облегченная система назначения материалов поверхности и широкие возможности проектирования сложных технических объектов делает ее популярной среди производственников, дизайнеров. Однако споры о преимуществах и недостатках программного обеспечения среди почитателей этих двух приложений не утихают.
SolidWorks — первая программа на платформе Windows, поддерживающая все стандарты САПР и стала пионером в сфере твердотельного моделирования. Многофункциональный пакет для создания образов 3D высокого качества, обработки информации по инженерным сетям с анализом их состояния. Прикладная программа, решающая не только графические задачи, но и способная создавать конструкторские документы по правилам САПР и ЕСКД. Популярна во многих областях реальной производственной деятельности.
Cinema 4D — обладает схожими с Autodesk 3Ds max опциями и функциями. Изначально разрабатывалась для визуализации художественных проектов, что отразилось на названии. Однако в процессе эволюции разрослась в полноценную программу высококачественного проектирования 3D моделей, по возможностям не уступающую продуктам Autodesk. Имеются некоторые преимущества в области анимации, реалистичности в реальном времени без рендеринга. Но до популярности 3Ds max далеко.
Sculptris — оптимальный вариант для новичка. Интуитивно понятный интерфейс не перегруженный специальными функциями. Фактически это виртуальный пластилин, из которого можно лепить модель любой формы. В практике профессиональных проектировщиков используется редко, только для создания свободных, художественных объектов в архитектуре, дизайне интерьеров.
Ashampoo Home Designer Pro 4 — качественный пакет для реализации проектов домов, интерьеров, ландшафтов. Достаточный функционал для решения сложных задач. Встроенные готовые 3D модели облегчают и ускоряют создание объектов. Хорошая поддержка от производителя и содружества. Участники программы со всего мира обмениваются проектами и технологиями работы. Отличный способ влиться в число профессиональных дизайнеров.
IClone — набор инструментов программы позволяет быстро воздавать анимационные сценарии. Для обучения навыков объемного моделирования хороший помощник. Популярна программа среди создателей мультфильмов в домашних условиях. Однако по функционалу существенно уступает более продвинутой Cinema 4D.
AutoCAD — один из старейших продуктов в области трехмерной графики. Более 20 лет успешного использования в практике инженеров, проектировщиков. Функционал позволяет реализовывать идеи как в двухмерном, так и в трехмерном пространстве. Программа от Autodesk используется и сегодня на некоторых предприятиях и в проектных организациях. Однако стремительно сдает позиции более продвинутым продуктам этого же разработчика.
Sketch Up — бесплатный проект, широко использующийся на практике. Значительно проще, чем более авторитетные конкуренты. Но продукт имеет заслуженную репутацию в сфере быстрой визуализации проектов. Любят программу за то, что можно не загружая системные ресурсы создать эскиз средней сложности, что бывает необходимо в компаниях, работающих непосредственно с заказчиками. Любят ее строители, ремонтники специалисты ландшафтного дизайна. Простой, интуитивный интерфейс дает возможность формировать пространство на глазах клиента в течение нескольких минут.
Перечень программ объемного моделирования можно продолжать, но в списке упомянуты лидеры в отдельных категориях и направлениях проектирования. Не затрагивались приложения чисто развлекательного характера, которые не имеют прикладного значения. Каждый год появляются новые разработчики в области 3D моделирования, количество продуктов сотни. Некоторые из них заслуживают внимание, но популярности они сильно уступают лидерам продаж. Отчасти это связано с репутацией. Конкуренция в этой сфере крайне жесткая.
Геометрическое моделирование имеет своей целью описание элементов и явлений, обладающих геометрическими свойствами, поскольку наиболее естественным для них является графическое представление.
Геометрические модели нередко имеют иерархическую структуру, возникающую в процессе построения по принципу - снизу - вверх. Отдельные компоненты используются как строительные блоки для формирования объектов более высокого уровня, которые, в свою очередь, могут использоваться для объектов еще более высокого уровня. В общем случае геометрические модели подразделяются на двумерные и трехмерные.
При проектировании изображений реальных объектов, представленных в виде совокупности кривых линий и поверхностей, конструктор часто использует различные геометрические условия, например, прохождения через точки, касание к прямым или кривым линиям и т. д. Типичным примером двумерной геометрической модели является сложная кривая (обвод) представляющая собой кривую, составленную из нескольких кривых.
Что такое интерактивная графика?
Компьютер в машинной графике используется для описания изображений, их хранения, манипулирования ими, их вызова и визуализации, т.е. в основном: для пассивных операций. Компьютер выводит на экран предварительно подготовленное изображение, и наблюдатель не может непосредственно управлять изображением, прежде чем оно появится на экране. В каждом конкретном случае изображение может быть либо таким простым, как, например, графики простых функций, либо столь сложным, как визуализация результатов моделирования процесса автоматического полета и посадки самолета или космического корабля
В зависимости от степени участия пользователя в различных формах взаимодействия с ЭВМ при построении изображения, компьютерная графика подразделяется на два основных класса: “пассивную” или пакетную и “активную” или интерактивную компьютерную графику.
Компьютерная графика для пакетной обработки представляет собой систему, в которой ЭВМ под управлением прикладных программных пакетов (ППП) обеспечивает формирование и вывод графического изображения на экран графического дисплея, графопостроителя, на координатограф, для получения фотокопии изображения и другие устройства, позволяющие получать графические документы. Примером пакетной графики могут служить различные скоростные печатающие устройства, кинокамеры и видеомагнитофоны, создающие высококачественные, цветные изображения реальных или воображаемых объектов. И модификация (редактирование) этого изображения на выходном устройстве осуществляется под действием самого пакета прикладных программ в режиме конструирования и его повторного запуска.
Подсистема интерактивной компьютерной графики определяется совокупностью аппаратурно-программных средств, обеспечивающих реализацию алгоритма решения проектной задачи, при уточнении ее формулировки. Интерактивная компьютерная графика - это так же использование ЭВМ для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь оперативно вносит изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени. Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления. В динамической интерактивной машинной графике компьютер используется для подготовки и визуализации графических данных. Однако интерактивная графика позволяет наблюдателю в реальном масштабе времени влиять на весь процесс представления изображения.
Отдельные программы (или модули, или системы):CAD, CAM, САЕ, TDM развивались как универсальные системы для решения задач в конкретных областях.
CAD (Computer Aided Design)- модуль компьютерного геометрического моделирования (проектирования).
СAM (Computer Aided Manufaсturing)-модуль технологической подготовки производства.
CAE (Computer Aided Engineering)-модуль компьютерного инженерного анализа.
PDM (Product Data Management)-модуль, позволяющий управлять данными о продукции на протяжении всего жизненного цикла изделия при проектировании и подготовке производства
TDM (Technical Data Management)- модуль управления базами данных, включая документооборот конструкторской и технологической документации.
Постепенно расширяясь функционально и распространяясь на смежные области, стали формироваться объединённые системы, решающие весь спектр производственных задач, обозначаемые в соответствии с составляющими их модулями, например, CAD/CAM/CAE/PDM/TDM.
Рис. 1 Структурная схема такого типа САПР
Основные направления компьютерной графики:
· иллюстративное - это направление можно понимать, расширенно, начиная с представления результатов эксперимента, растровых изображений, картин и кончая созданием рекламных роликов;
· развития - стремительно развивающаяся компьютерная графика должна обслуживать свои потребности, расширяя и совершенствуя их;
· исследования, в которых инструментарий компьютерной графики начинает играть роль во многом подобную той, которую в свое время сыграл микроскоп;
· вывод изображения на экран компьютера является неотъемлемым, но всего лишь первым шагом на пути становления машинной графики. Довольно стремительно пройдя иллюстративный отрезок пути своего развития, компьютерная графика сосредоточилась как бы на двух генеральных направлениях: придание изображению необходимой динамики и придание изображению необходимой реалистичности.
К основным достоинствам компьютерной графики относятся:
· наиболее естественные средства общения с ЭВМ;
· хорошо развитый двухмерный и трехмерный механизм распознавания образов позволяет очень быстро и эффективно воспринимать и обрабатывать различные виды данных. Как гласит старинная китайская пословица: "Одна картинка стоит 1000 слов";
· она позволяет значительно расширить полосу пропускания при общении человека с ЭВМ за счет использования разумного сочетания текста, статических и динамических изображений по сравнению со случаями, когда можно работать только с текстами. Это расширение существенно влияет на возможность понимать данные, выявлять тенденции и визуализировать существующие или воображаемые объекты при обработке;
· высокая точность, быстрота и аккуратность автоматизированного выполнения чертежно-конструкторских работ, возможность многократного воспроизведения изображений и их вариантов, получение динамически изменяющихся изображений машинной мультипликации.
И хотя компьютерная графика всего лишь инструмент, ее структура и методы основаны на комплексном использовании передовых достижений науки и техники. Широко используются достижения из области фундаментальных естественных наук (физики, химии, математики, биологии) и программирования. Это справедливо как для программных, так и аппаратных средств формирования и реализации изображения, поскольку компьютерная графика одно из бурно развивающихся направлений компьютерной индустрии.
Обзор бесплатных программ для 3D моделирования
С помощью 3D технологий создаются фильмы, игры и физические модели. Как они создаются? Конечно же в специальных программах.
Сегодня существует множество программ для 3D моделирования, как коммерческих, так и бесплатных. Причем цены как коммерческие программные продукты очень велики и простому любителю эти программы не доступны. В реферате описаны ряд абсолютно бесплатных и свободных программ, которые может использовать каждый, оценить их сильные и слабые стороны.
Самые известные программы для 3D моделирования
Пожалуй самой известной программой для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации является программа 3ds Max, разработанная компанией Autodesk. Почти любой, кто в той или иной степени интересовался компьютерной графикой, наверняка слышал о ней. Это профессиональная программа 3D моделирования, лицензия на которую стоит очень дорого (около 100 000 рублей), но для начинающих это не совсем правильный выбор.
К тому же, существуют и бесплатные программы для 3D, которые тоже достаточно известны. Некоторые из них когда-то были коммерческими, поэтому обладают обширными возможностями, практически не уступающим платным аналогам. Далее будут подробно рассмотрены следующие программы:
Blender — предлагает очень неплохие возможности работы с текстурой, разного рода симуляциями, рендерингом, анимацией, нелинейным редактированием и созданием интерактивных трехмерных приложений.
Wings 3D может быть использована для создания и текстурирования моделей с количеством полигонов от низкого до среднего
Incendia — программа, специализирующаяся на генерировании 3D фрактальных изображений
Google SketchUp — бесплатное приложение, позволяющее моделировать практически все — от объектов для Google Earth, интерьеров до геометрических фигур для наглядных пособий по основам геометрии.
Art Of Illusion — бесплатная студия моделирования и рендеринга. Имеет инструменты для моделирования, работающие на подразделении плоскости, анимацию, учитывающую особенности скелета и т.д.
3D Canvas в режиме реального времени создает комплексные трехмерные модели из простых или средствами самой программы.
Free CAD подходит для тех, кто учится работать с 3D CAD и симуляциями движения. Несмотря на то, что приложение бесплатное, оно мало уступает лучшим платным приложениям в том, что касается возможностей симуляции.
K3DSurf — программа для визуализации математических моделей в трех, четырех, пяти и шести измерениях, а также управления ими. Приложение поддерживает уравнения параметров и изоплоскости. Подходит любому, кому интересны функции математической графики, и не требует от пользователя специальных навыков.
Sweet Home 3D — бесплатная программа для создания интерьера, которое позволяет размещать предметы интерьера на плоском плане и дает трехмерное превью. Пользователь может «нарастить» стены комнаты на существующем плоском плане, изменить цвет и текстуру, импортировать дополнительные 3D-объекты, менять размеры, одновременно видеть все изменения в плане в трехмерном представлении с точки зрения виртуального посетителя или сверху, а также распечатать план и 3D-вид.
K-3D — бесплатное приложение, идеальное для полигонального моделирования.
Х арактеристики программы:
ОС — Кроссплатформенное ПО
Разработчик — The Blender Foundation
Лицензия — GNU GPL (с 2002 года)
Особенности — универсальная программа для работы с трехмерной графикой, встроенные средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео и игровой движок.
ОС — Windows (2000/XP/Vista), Mac OS X, Linux
Разработчики — Bj?rn Gustavsson, Dan Gudmundsson, Richard Jones, и другие
Лицензия — BSD
Особенности — менеджер расширений, импорт и экспорт во многих популярных форматах.
ОС — Windows
Разработчик — Ramiro P?rez Clare Nash
Лицензия — Свободное программное обеспечение
Особенности — программа используется для создания трехмерных фракталов
ОС — Windows XP/Vista/7, Mac OS X 10.5+ (Leopard)/Mac OS X 10.6+ (Snow Leopard)
Разработчик — Google Inc.
Лицензия — Freeware (обычная версия)
Особенности — возможность использования SketchUp совместно с Google Планета Земля; очень удобный инструмент для моделирования зданий
Art Of Illusion
ОС — Кроссплатформенное ПО
Разработчик — Peter Eastman
Лицензия — GNU GPL
Особенности — универсальная программа для работы с трехмерной графикой, встроенная система плагинов
ОС — Windows XP/Vista/7
Разработчик — Amabilis Software
Лицензия — Freeware (обычная версия)
Особенности — система плагинов
ОС — Windows NT, POSIX (GNU/Linux, BSD)
Разработчик — J?rgen Riegel
Лицензия — GNU GPL
Особенности — система автоматизированного проектирования
Х арактеристики программы:
ОС — Кроссплатформенное ПО
Лицензия — Freeware
Особенности — программа, предназначенная для визуализации и редактирования математических моделей в трех, четырех, пяти и шести измерениях; поддерживает параметрические уравнения и изоповерхности
Sweet Home 3D
ОС — Кроссплатформенное ПО
Лицензия — GNU GPL
Особенности — программа предназначена для моделирования дизайна интерьера
ОС — Linux x86, Windows NT
Лицензия — GNU GPL
Особенности — хорошая альтернатива профессиональным пакетам
По данным кафедр графики МИИГА, МАМИ и др. применение графических систем геометрического моделирования в три – четыре раза сокращает время при выполнении чертежей. Чем сложнее чертежи, тем лучше результат.
Широкое использование, можно сказать даже определяющее, систем объёмного моделирования в современных САПР, свидетельствует об огромном экономическом эффекте от их применения при «сквозном» проектировании изделий машиностроения. Этим же объясняется и бурное развитие этих систем в настоящее время.
Список использованных источников
Андреев, Ю. С. Методика разработки управляющих программ для токарного станка / Ю. С. Андреев, Ю. П. Кузьмин, А. А. Целищев // Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО – 2014
Куликов, Д. Д. ИПИ- технологии в приборостроении: учебно-методическое пособие. / Д. Д. Куликов, Б. С Падун, А. А. Грибовский, М. Я. Афанасьев – СПб: Университет ИТМО, 2014. – 149 с.
Куликов, Д. Д. Применение диаграмм UML для формирования алгоритмов решения технологических задач / Д. Д. Куликов, Ю. В. Федосов //Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО – 2015
Читайте также: