Преимущества трехмерного моделирования
- Метод компьютерного трехмерного моделирования разрабатываемых деталей, конструкций, изделий обладает рядом плюсов по сравнению с традиционными способами визуального представления (чертежи, схемы, создание физических образцов и т.д.). К таким плюсам технологии относятся следующие особенности:
- Значительное уменьшение расходов на проектирование с визуальным представлением.
- Передача мельчайших подробностей разрабатываемого объекта.
- Удобная для изучения и презентации визуализация. Модель могут изучить конструкторы для оценки и внесения необходимых изменений. Ее можно представить заказчику или инвестору.
- Технологичность. Компьютерный метод моделирования предусматривает функции создания модели в нескольких вариантах, детального изучения всех ее параметров. Необходимые коррективы могут вноситься практически в реальном времени с моментальным отображением изменений.
Программные ресурсы
Программные пакеты, позволяющие создавать трехмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать изображения на основе этих моделей, очень разнообразны. В последние годы коммерческие продукты являются явными лидерами в этой области:
3DSMax – это полнофункциональная профессиональная программная система для 3D-графики, разработанная Autodesk. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как 32-битных, так и 64-битных). Весной 2009 года была выпущена двенадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2010».
Maya – это редактор трехмерной графики. Теперь он стал стандартом для 3D-графики в кино и на телевидении. Первоначально разработан для Irix OS (платформа SGI), затем перенесен на GNU / Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 32-, так и для 64-битных систем.
NewtekLightwave – это простая в использовании система 3D-анимации с невероятной мощностью. LightWave 3D предоставляет все, от плавающих логотипов до высококачественной анимации для фильмов и телевидения. Интуитивно понятный интерфейс, мощный редактор моделей, превосходное управление анимацией, превосходное качество рендеринга.
SoftImageXSI – это программное обеспечение для 3D-анимации, используемое при разработке игр, фильмов и телевизионного производства. SOFTIMAGE XSI имеет полный набор инструментов для 3D-моделирования, анимации и рендеринга. Основанный на новой чрезвычайно гибкой архитектуре, XSI предоставляет профессионалам в области 3D беспрецедентную мощность и гибкость для их самых невероятных творческих идей.
Rhinoceros 3D – это коммерческое программное обеспечение для 3D-моделирования NURBS, разработанное Robert McNeel & Associates. В основном используется в промышленном дизайне, архитектуре, дизайне судов, ювелирных изделиях и автомобильном дизайне, проектировании CAD / CAM, быстром прототипировании, обратном инжиниринге, мультимедийном и графическом дизайне.
CINEMA 4D – это универсальная комплексная программа для создания и редактирования трехмерных эффектов и объектов. Позволяет моделировать объекты с помощью метода Гуро. Поддержка анимации и качественного рендеринга.
Zbrush – это программа для 3D-моделирования, созданная Pixologic. Отличительной особенностью данной программы является моделирование процесса «лепки» 3D-скульптуры, усиленное движком 3D-рендеринга в реальном времени, что значительно упрощает процедуру создания необходимого 3D-объекта. Каждая точка содержит информацию не только о ее координатах XY и значениях цвета, но также о ее глубине Z, ориентации и материале. Это означает, что вы можете не только «лепить» трехмерный объект, но и «раскрашивать» его, рисуя штрихами с глубиной. То есть вам не нужно рисовать тени и блики, чтобы они выглядели естественно – ZBrush сделает это автоматически.
Blender – это пакет компьютерной 3D-графики, который включает моделирование, анимацию, рендеринг, постобработку видео и интерактивные игры. Пакет имеет небольшой размер, высокую скорость рендеринга, версии для многих операционных систем – FreeBSD, GNU / Linux, Mac OS X, SGI Irix 6.5, Sun Solaris 2.8 (SPARC), Microsoft Windows, SkyOS, MorphOS и Pocket PC. В пакете есть такие возможности, как динамика твердых тел, жидкостей и мягких тел, система горячих клавиш, большое количество легкодоступных расширений, написанных на Python.
Это бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования с открытым исходным кодом, доступное для всех основных операционных систем под Стандартной общественной лицензией GNU. Программа была разработана по заказу голландской анимационной студии NaN.
K-3D – это программное обеспечение, система 3D моделирования и компьютерной анимации. По мнению журнала «Компьютер» система может рассматриваться как хорошая альтернатива профессиональным пакетам.
Он поставляется в комплекте с процедурным движком на основе плагинов, что делает K-3D очень универсальным и мощным пакетом. K-3D ориентирован на моделирование полигонов и включает базовые инструменты для работы с кривыми и анимацией.
Wings 3D – это бесплатная программа для 3D-моделирования с открытым исходным кодом, созданная под влиянием программного обеспечения Nendo и Mirai от Izware. Программа была названа в честь технологии обработки полигонов, использованной в программе. Большинство пользователей называют это просто Wings. Wings 3D доступен для многих платформ, включая Windows, Linux и Mac OS X. Программа использует среду и язык программирования Erlang. В программе нет поддержки анимации крыльев.
Сколько можно заработать на 3D-моделировании
Заработок визуализатора зависит от количества и сложности проектов, навыков по привлечению клиентов.
Игровой персонаж, созданный в ZBrush
На тематических форумах и биржах фриланса специалисты публикуют такой средний прайс:
- проект интерьера — 10–40 $/1 м2 (635–2543 рублей);
- визуализация готового проекта интерьера — 40–80 $/1 изображение (2543–5081 рублей);
- визуализация для рекламной продукции — 30–50 $/ 1 объект (1907–3179 рублей), 40–80 $/ 1 изображение (2543–5081 рублей);
- создание персонажа для игры по заданным скетчам — 1000–2000 $/1 штука (63 588–127 176 рублей);
- анимация для рекламы — 30–70 $/1 секунда (1907–4451 рублей);
- работа аниматора — 10–20 $/1 час (635–1271 рублей).
3D-визуализация стандартной двухкомнатной квартиры буде стоить 450–1800 $ (28 614–114 458 рублей) в зависимости от сложности проработки. Ставки для новичков в 2 раза ниже, а высококвалифицированные дизайнеры завышают стандартные расценки в 3 раза и более.
Работа 3D-дизайнера:
Для 3D-моделирования нужно обладать обширными техническими знаниями, отменным художественным вкусом, навыками работы в специализированных программах. Это сложная в освоении, но чрезвычайно перспективная профессия.
3ds Max
Освоив в совершенстве Lumion, можно расти дальше и начать работать 3ds Max — одной из наиболее популярных программ для трёхмерного моделирования и создания визуализации.
У софта широкие возможности, он универсален, совместим с различными плагинами и оснащён бесконечным множеством библиотек моделей. Это один из самых старейших 3D-редакторов — многие опытные практикующие визуализаторы начинали изучать трёхмерный мир именно с него и предпочитают пользоваться исключительно им.
Софт имеет обширный интерфейс. При помощи большого количества модификаторов из примитивов и геометрических фигур можно создать объёмные качественные модели. А огромное количество различных инструментов позволяют добиться реалистичной визуализации, которую будет непросто отличить от фотографии.
Программа сложная и требует много времени для изучения. Причём в разных областях применяются разные инструменты и настройки, так что изучать 3ds Max можно всю жизнь. Сделать это за пару месяцев точно не получится, возможно, даже года будет мало.
3ds Max полностью на английском языке, что может вызывать трудности. Также в программе такое большое количество различных панелей, кнопок, модификаторов и функций, что начинающему специалисту может сразу захотеться её закрыть и больше никогда не открывать.
Интерфейс программы 3ds Max. Вверху — главное меню, чуть ниже — основная панель инструментов. Справа есть командная панель для использования различных модификаторов объекта. Внизу — панель навигации, панель управления анимацией, координаты объекта. По центру — окна проекции, которые создают рабочую область
Софт кажется слишком сложным до тех пор, пока не начнёшь в нём что-то делать. Проходя курсы и читая форумы, постепенно привыкаешь к программе и спокойнее в ней ориентируешься. Несмотря на обширный интерфейс, 3ds Max достаточно интуитивен в использовании. Главное — разобраться в основных панелях и понять структуру софта. Это того стоит, так как получается красивый результат.
В 3ds Max добиться правильного освещения намного проще, чем в других программах, за счёт большого количества настроек и пресетов. Объект: ЖК «Событие» (компания «Астон»), автор рендера: DeVision
3ds Max — стандарт в архитектуре и дизайне интерьеров, игровой и киноиндустрии, а также в промышленном производстве.
Так, редактор использовали для конструирования сцен в фильмах «Человек-Паук», «Властелин Колец», «Люди Икс», «Игра Престолов», «Матрица» — без него не обходится ни один крупный блокбастер.
Многие визуализаторы работают в связке 3ds Max+Corona Render. Corona Render — один из относительно молодых движков, который быстро завоевал любовь архитектурных визуализаторов и составил серьёзную конкуренцию V-Ray. При работе с Corona Render можно получить качество и реалистичность картинки, как в стандартном V-Ray, но гораздо быстрее и проще. Особенно это касается архитектурной визуализации.
Пример работы в 3ds Max+Corona Render. Разбивая проект на группы по какому-либо принципу, можно не только проработать много элементов, но и улучшить производительность проекта. Объект: ЖК Norwood (компания «Рисан»), автор рендера: DeVision
Анастасия Семендяева
3D-визуализатор архитектурно-брендинговой компании DeVision
Раньше я была уверена, что 3ds Max не для меня. Не то, чтобы слишком сложно изучать, просто не было видимой необходимости. Я хорошо справлялась с работой в SketchUp и Lumion. Но когда проекты стали масштабнее, 3ds Max стал неизбежен.
Спустя несколько месяцев работы в этом редакторе могу с уверенностью сказать, что программа перестаёт казаться сложной в процессе работы. Качество визуализации повысилось и стало проще работать с большими проектами, благодаря возможности оптимизации модели, корректной работе со слоями, большому количеству функций, модификаторов и настроек.
Можно протестировать 3ds Max бесплатно в течение 30 дней. Для учащихся и преподавателей предусмотрена бесплатная версия, правда, с функциональными ограничениями и водным знаком.
Платная версия: 79 214 рублей с оплатой каждый год и 225 626 рублей — каждые 3 года (на момент написания статьи).
Ликбез по 3D-моделированию
Что это
3D-моделирование — раздел компьютерной графики, посвященный созданию трёхмерных визуальных объектов при помощи профильного ПО. Простыми словами, в специальных программах делаются объемные картинки.
Для чего нужно
- Индустрия развлечений. 3D-моделирование применяется в фильмах, для создания анимации и видеоигр. Ну и, конечно же, какое без этого обустройство метавселенных?
- Создание прототипов. Современную 3D-графику трудно отличить от фото, поэтому с её помощью можно создавать эффектные презентации проектов для клиентов, партнёров и инвесторов. Например, её используют для визуализации зданий и интерьеров, для моделирования результатов пластических операций.
- Производство. Детали, украшения и даже медицинские протезы — всё, что будет воплощено в реальном мире может быть смоделировано, а потом напечатано на 3D-принтере или произведено на другом устройстве.
3D-модель бионического протеза руки MAXBIONIC
Два метода моделирования и их суть
Подходы настолько отличаются, что специалист по моделированию персонажей для игр, может никогда не открывать ни одной САПР-программы (системы автоматизированного проектирования). Хотя речь всё о том же 3D-моделировании.
Полигональное моделирование
Суть метода в том, что модели создаются с помощью полигонов — поверхностей, задающихся точками. Точки можно двигать, тем самым формируя модель, ориентируясь на внешний вид и интуицию. Это в большей мере творческая работа, здесь зачастую нет привязки к реальным единицам измерения.
Полигоны
Пример низкополигональной модели на 220 полигонов
Процесс создание простой 3D-модели с помощью полигонального моделирования:
Метод зачастую используется, если моделируемый объект не выйдет за пределы экрана, то есть не будет воссоздан в реальном мире. Так, например, создаются игровые и мультипликационные персонажи.
Создавать высокоточные виртуальные объекты с помощью данного метода сложно, ведь процесс скорее напоминает лепку из пластилина, но на компьютере. Но его также можно использовать для проектирования вещей, для которых в производстве не важна высокая точность и соблюдение размеров.
Моделирование в САПРах
САПР или CAD (англ. Computer-Aided Design) — программа, где модели задаются формулами, а не полигонами. Это позволяет достигать точности до долей миллиметра, поэтому метод широко используется для проектирования моделей, которые не только выйдут за пределы экрана, но и пойдут в массовое производство. Например, для создания моделей деталей, которые будут отлиты на заводе, автомобилей, двигателей, зданий, мебели, самолётов.
Процесс моделирования выглядит так:
Если сравнивать этот метод с полигональным моделированием, то разница примерно как с растровой и векторной графикой. Даже предельно высокополигональная модель (с таким количеством рёбер, что самый мощный компьютер виснет при попытке её отобразить), будет иметь неровности при приближении, в САПРах же любая поверхность идеально гладкая.
Этот метод также хорош тем, что модели задаются с помощью параметров, поэтому в любой момент можно скорректировать необходимые показатели (например, поменять высоту объекта или диаметр отверстия) и перестроится вся модель. Но с его помощью создавать сложные органические модели крайне нецелесообразно — проектирование идеально гладкого игрового персонажа займёт неоправданно много времени.
FreeCAD
FreeCAD, разработанная Юргеном Ригелем, Вернером Майером и Йориком ван Хавром, является одним из наиболее известных программ для трехмерного моделирования, обладающим расширенными функциональными возможностями, открытым исходным кодом и бесплатным использованием. Программа совместима с Windows, Linux и Mac и поддерживает большое количество форматов, таких как STEP, IGES, STL, SVG, DEX, OBJ, IFC и DAE. Для создания 3D-моделей вы должны начать с 2D-эскиза, который примет последующую форму трехмерной идеи. Интерфейс прост в использовании и позволяет определять различные ориентации линий, например углы, а затем изменять их размер. Трехмерные модели также могут быть разработаны с помощью процесса, называемого «заполнение». В настоящее время в сообществе FreeCAD насчитывается более 25 000 участников, что делает его одним из самых популярных вариантов среди программ для 3D-моделирования.
Как сшиваются части модели при использовании стационарного 3D-сканера?
При одной установке на поворотном столе стационарного сканера участки захваченной в разных ракурсах геометрии сшиваются автоматически, поскольку деталь не сдвигается относительно стола при его повороте и захвате ракурсов-участков геометрии детали. А после переустановки модели производится сшивание уже промежуточных сканов по характерным особенностям геометрии, которые могут быть выделены на двух полученных сканах с разных установок.
После того, как были выделены характерные точки сканов с двух установок, программа по очень большой выборке два этих участка геометрии сшивает с высокой точностью, при этом показывая ошибку совмещения, которая при этом неизбежно возникнет. Но для этого нужно указать некие характерные особенности геометрии, присутствующие на обоих сшиваемых в пару сканах: царапину, которую захватил сканер, или заусенец, или несимметрично расположенные отверстия. Если деталь идеально осесимметричная, скажем, вал, но его нужно сканировать с двух установок – такое бывает, – то вам, может быть, нужно просто наклеить позиционную метку или закрепить кусок пластилина на модели, и потом использовать его как ориентир. А отверстие, которое вы получите после вырезания со скана этого куска пластилина или метки, можно даже не закрывать, поскольку при обратном проектировании все равно останется большая выборка данных с 3D-сканера, описывающих эту цилиндрическую поверхность.
Если вам нужно сразу печатать модель, сделав ее герметичной, программа Geomagic Design X и даже ПО ezScan, идущее в комплекте с 3D-сканерами Solutionix, позволяет закрывать отверстие. Если это делается программно в полигональной модели без построения параметрической, отверстие может быть очень точно закрыто по образующей, например, цилиндра, и этот кусок пластилина не будет представлять проблем. Такой прием используется для сканирования, сшивания деталей без особенностей геометрии. При наличии особенностей геометрии программа будет по очень большой выборке сшивать два скана, подгоняя их взаимное расположение, поскольку вы должны сканировать так, что площадь перекрытия двух сканов с двух установок будет очень большая, что обеспечивает большую выборку данных для совмещения.
Описанные здесь принципы сшивания сканов, приемы сканирования симметричных объектов, например, вырезание со скана ориентира в виде куска пластилина или позиционной метки, актуально и для процесса сканирования ручными 3D-сканерами, кроме тех, что связаны с автоматическим поворотным столом.
Сферы использования 3D моделирования
Согласитесь, сейчас совершенно невозможно даже представить современную архитектуру без трехмерного проектирования и визуализации самых разных объектов. Помимо традиционного применения, эти технологии уже сделали шаг в будущее – в области «3D печати» домов.
Все проекты должны иметь не только, двухмерные чертежи, разрезы, виды, но и полноценный раздел 3D моделирования фасадов и интерьеров.
Разрабатывая, скажем, фасады зданий в программах 3D, архитектор имеет возможность создать виртуальную модель и привязать ее к конкретному участку на местности. Все объекты создаются из выбранной фигуры, которая находится в составе набора примитивов программы 3D моделирования. Библиотека примитивов настолько обширна, что вполне позволяет с помощью необходимого модификатора создавать любую модель реального мира.
Используя геодезические съемки, программа трехмерного проектирования в автоматическом режиме выводит на принтер чертежи генпланов и профили дорог и площадок с красными отметками. Это позволяет сократить сроки разработки и снизить ее себестоимость.
Современный трехмерный дизайн любого пространства позволяет сформировать полноценное представление о расстановке мебели, систем отопления, электропроводки, светильников, выключателей, вида остекления и заполнения проемов. Такой подход минимизирует ошибки в плане строительства, отделки и декорирования. Вы видите еще не построенное здание как на ладони, оно уже почти существует!
3д модели объектов растительного и животного реального мира создают как бы виртуальную реальность, где вы можете уже сейчас наслаждаться тем, насколько прекрасен будет ваш сад или насколько стильно будет выглядеть прилегающая территория вашего бизнеса. Определяя место физического объекта в 3D пространстве, можно запроектировать и весьма точно реализовать даже сложнейшие инновационные идеи в области строительства, декорирования, а также в ландшафтном дизайне.
Передовые, самые инновационные разработки в сфере 3D принтеров позволяют буквально печатать дома из цемента. Строительные 3D принтеры пока не совершенны и имеют довольно высокую стоимость, они чувствительны к перепадам погодных условий, требуют прямо-таки трепетного к себе отношения. Они не допускают перерывы в поставке бетонной смеси и не дружат с арматурным каркасом. Монтаж перемычек и перекрытий выполняется дополнительной техникой. Но дома по этой технологии возводятся в рекордно короткие сроки и могут иметь невероятно причудливый дизайн. Естественно, «напечатать» такой дом будущего совершенно нереально без предварительного проектирования в совместимой 3D программе.
Область применения 3D моделирования не ограничивается архитектурой, строительством и благоустройством.
Еще несколько лет назад трехмерный фантастический фильм был вершиной мастерства в киноиндустрии. Сейчас фильмы, мультфильмы и игры 3D превратились в нечто само собой разумеющееся. Создание трехмерных героев для кино и VR игр – это огромный прибыльный бизнес.
Трехмерные модели широко применяются в рекламе. Причем для их создания используют не только редакторы для моделирования, но и программу Adobe Photoshop.
Самое передовое направление в области VR и трехмерного моделирования пространства – это обучающие симуляции, позволяющие быстро и безопасно готовить специалистов в разных областях. Эту технологию внедряют даже для подготовки кондукторов, проверяющих билеты в автобусах!
3D-моделирование — занятие для вас?
Изучение 3D программ — занятие не из легких, поэтому прежде чем к нему приступить, решите для себя, действительно ли вы хотите и можете заниматься 3D-моделированием.
Одна из наиболее существенных черт, присущих профессионалам 3D-графики, — это креативность.
Подобно рисованию и анимации, сфера 3D-моделирования требует богатого воображения и нестандартного мышления для создания необычных персонажей и миров, которые будут выделяться среди остальных.
Работа 3D-моделиста также требует пристального внимания к деталям,терпеливости и усидчивости, т.к. каждая модель долго и тщательно прорабатывается, «полируется» и доводится до совершенства.
Как я уже написал выше, 3D-программы нельзя отнести к легким для изучения, к тому же обучение 3D-моделированию может оказаться для вас особенно трудным, если вы не дружите с компьютером и операционной системой и не умеете оперативно выполнять любые задачи.
3D-моделирование более всего подойдет тем, кто любит работать в команде. Работая в большой игровой студии, вам обязательно придется тесно сотрудничать с художниками, аниматорами и другими участниками проектов.
Поскольку индустрия видеоигр весьма требовательна и бескомпромиссна, вероятно, работа в ней не подойдет людям, которые не могут существовать в жестких временных рамках и проводить много времени на рабочем месте.
Карьера и области применения 3D-моделирования
Сегодня 3D-моделирование находит множество областей применения.
Медицинская промышленность использует подробные 3D-модели органов, в том числе снимки срезов из компьютерной томографии или МРТ-сканирования.
Архитекторы и инженеры также используют 3D-программы для демонстрации проектов зданий, ландшафтов, устройств, конструкций, транспортных средств и т. д.
Даже ученые начали использовать трехмерные геологические модели. Сейсмологи, например, используют их для прогнозирования событий внутри земной коры из-за смещения пластин, эрозии и т. д.
Несомненно, большинство людей проявляют сегодня интерес к 3D-моделированию благодаря двум крупнейшим индустриям развлечений.
Первой является кино и видео, в которых используются созданные на компьютере персонажи, объекты и пространства. Это могут быть как анимационные, так и обычные фильмы.
Другая отрасль — видеоигры. В большинстве современных игр используются 3D-модели и пространства для создания виртуальных миров, погружаясь в которые игроки не только играют, но и изучают ту или иную сферу деятельности.
