Проект "3D моделирование"

Введение 3

I. Основная часть. 3D-моделирование 4

1.1. Понятие 3D моделирования 4

1.2. История 3D-моделирования 4

1.3. Разновидности 3D-моделирования: 4

1.4. Обзор программ для 3D-моделирования 6

II. Практическая часть. Создание 3D модели чаши 8

Заключение 12

Список литературы 13

Приложение 1 14

Применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым. Огромное количество отраслей используют вычислительные машины для ускорения решения задач. До недавнего времени вся компьютерная техника была лишь вспомогательным устройством для человека. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а также компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности. Компьютерное трёхмерное моделирование, анимация и графика в целом не уничтожают в человеке истинного творца, а позволяют ему освободить творческую мысль от физических усилий, максимально настроившись на плод своего творения. Конечно, пока невозможно заниматься графикой без определённых навыков, но технология не стоит на месте и, возможно, в недалёком будущем творение человека будет зависеть только от его мысли.

Актуальность выбранной темы заключается в том, что в современном обществе решаются всё больше задач в абсолютно различных сферах жизни: в науке, искусстве, образовании, ювелирной промышленности и во многих других отраслях с использованием 3D моделей.

Предмет исследования. Создание 3D моделей в программе Blender.

Целью исследовательской работы: изучить возможности программы Blender, и применить на практике основные приемы создания 3D моделей в программе.

Гипотеза. Мы предполагаем, что 3D процесс моделирование – это сложный процесс, но этот процесс может освоить каждый человек.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть понятие 3D моделирования.

2. Рассмотреть историю развития Понятие 3D моделирования.

3. Рассмотреть программы для создания 3D моделей.

4. Создание 3D модели в программе Blender.

Что такое 3D моделирование – это процесс формирование виртуальных моделей, позволяющий с максимальной точностью продемонстрировать размер, форму, внешний вид объекта и другие его характеристики. По своей сути это создание трехмерных изображений и графики при помощи компьютерных программ. Современная компьютерная графика позволяет воплощать очень реалистичные модели, кроме того, создание 3D-объектов занимает меньше времени, чем их реализация. 3D технологии позволяют представить модель со всех ракурсов и устранить недостатки выявленные в процессе её создания.

Визуализация объектов с помощью компьютерных программ позволяет лучше представить будущий проект в реальности. Такие модели производят глубокое впечатление, и дают возможность добиться потрясающих результатов. Моделирование с помощью 3D технологий отличное решение для многих промышленных, строительных, ювелирных предприятий, а в особенности дизайнерских студий и развлекательной индустрии. 3D моделирование, визуализация и анимация объектов занимают главное место в реализации многих бизнес-проектов.

За кулисами 3D спрятан очень серьезный математический аппарат, реализованный в ядре графической системы и производящий трехмерные изображения. Математические зависимости, описывающие формирование цифровой модели реальных объектов, а также алгоритмы для просчета освещения трехмерных сцен, были разработаны еще в 1960-х годах. Однако слабые возможности аппаратного обеспечения не позволяли в то время создавать даже совсем несложные 3D-изображения. Первые компьютерные программы, формирующие простые трехмерные модели на основе эскизов, были созданы в 1960-х годах в университете города Юты (США) Иваном Сазерлендом и Дэвидом Эвансом. Начиная с середины 1970-х годов их последователи Эд Катмулл, Джим Блинн, Би Тюн Фонг продолжили развивать технологии работы с 3D-графикой и анимацией. Эд Катмулл, ныне технический директор корпорации Pixar. Именно он впервые смоделировал объект. В качестве предмета для моделирования выступила кисть его собственной руки. Джим Блинн, создатель первых компьютерных анимаций для NASA.

Сначала мало кто воспринимал всерьез студенческие и аспирантские работы по формированию объемных изображений на экране компьютера. Однако фундаментальные исследования, проведенные в этот период, стали началом развития мощнейшей технологии, которая коренным образом изменила представление о возможностях применения компьютерной графики.

Таким образом, получив свое начало в не таком далеком прошлом, компьютерная графика успела освоить большой и тернистый путь. Все началось с банальных или весьма экзотических мотивов, которые легли в основу и положили важнейшие инструментарии настоящего компьютерной графики, без которой уже немыслима цивилизация. Началось все с проектов некоторых энтузиастов из области науки и применении компьютера при проектировании в целом для бизнеса, медицины, экологии, средств массовой информации, а закончилось проникновением во все сферы деятельности человека, даже в простую бытовую жизнь человека.

Разновидности 3D моделирования:

• Параметрическое моделирование

• Воксельное моделирование

• Полигональное моделирование

• Сплайновое моделирование

• Скульптинг

Параметрическое моделирование

Параметрическое моделирование – принцип проектирования с применением параметрических данных элементов объекта, а также соотношений между ними. Он позволяет прорабатывать разные конструктивные схемы, обнаруживать ошибки в моделировании и исправлять их. В ходе моделирования проектировщик разрабатывает модель, параметры которой в дальнейшем можно менять. При этом меняется конфигурация изображения, взаимно перемещаются детали сборки.

Для данного вида моделирование используют САПР — Системы Автоматизированного Проектирования. Они приспособлены для проектирования деталей, двигателей, автомобилей, вертолётов, зданий, и применяются в основном в промышленности, строительстве и 3D-печати. Можно выделить поверхностные и твердотельные модели; а также каркасные, которые удобно использовать для визуализации или имитации траектории движения объекта, чтобы сэкономить ресурсы.

В CAD-программах мы получаем не только визуальный образ, как в случае с полигональным моделированием, а точный электронно-геометрический прототип изделия. Он сохраняет измеримую и рабочую информацию, что позволяет: получать расчёты, чертежи, производить изделие на станках ЧПУ или 3D-принтерах. Как правило, работа с САПР подразумевает наличие профильного инженерного образования.

Воксельное моделирование

Воксель— это 3D-кубик, из которых сложен объект в 3D-пространстве. Это аналог двухмерных пикселей, только воксель имеет 6 квадратных граней. Воксельные модели — объёмные объекты, в отличие от полигональных, где полигоны составляют лишь оболочку объектов с полостью внутри. Воксельное моделирование используют в науке и в медицине: компьютерная томография, УЗИ и МРТ.

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование дает возможность производить различные манипуляции с сеткой 3d объекта на уровне подобъектов: вершин, ребер, граней. Сам полигон состоит из граней, но в системах, которые поддерживают многосторонние грани, полигоны и грани будут равнозначны.

Это самый первый и основной вид моделирования, так как при помощи его можно создать объект любой сложности путем соединения групп полигонов.

Сплайновое моделирование

Сплайновое моделирование – это вид 3Д моделирования, при котором модель создается при помощи сплайнов. Линии сплайнов задаются трехмерным набором контрольных точек в пространстве, которые и определяют гладкость кривой. Все сплайны сводятся к сплайновому каркасу, на основе которого уже будет создаваться огибающая трехмерная геометрическая поверхность.

Кроме того, в сплайновом моделировании используются сплайновые примитивы
Базовыми сплайновыми примитивами являются:

1. Линия (Line);

2. Дуга (Arc);

3. Спираль (Helix).

4. Окружность Circle (Circle);

5. Кольцо (Donut);

6. Эллипс (Ellipse);

7. Прямоугольник (Rectangle);

8. Многоугольник (NGon);

9. Многоугольник в виде звезды (Star);

10. Сечение (Section);

11. Сплайновый текст (Text).

Скульптинг — это один из способов моделирования объектов, который позволяет интуитивно придавать форму и добавлять детали, подобно лепке из пластилина или глины. С помощью этого метода можно создавать грубые формы модели из простого каркаса примитива или добавлять детали и улучшать форму существующих моделей.

Подготовить эффектный рекламный ролик, сконструировать проект интерьера, создать анимацию для приложения или просто яркую презентацию — всё это позволяет делать 3D-графика. Чтобы создать качественную объемную визуализацию, понадобятся специальные программы. Ниже мы перечислили наиболее популярные программы для 3D-моделирования. Они подойдут как новичкам — например, для быстрой визуализации своего дизайна интерьера, так и продвинутым специалистам, которые хотят отрисовать видео с максимальной реалистичностью.

Autodesk 3ds Max

Мощная среда для 3D‑моделирования, востребованная в игровой и киноиндустрии, промышленном производстве и дизайне интерьеров. Она позволяет создавать реалистичные модели и объёмные анимации любого уровня детализации, строить сложнейшие сцены с тысячами объектов, имитировать различные среды и частицы, применять текстуры и выполнять рендеринг с трассировкой лучей во встроенном компоненте Arnold.

Autodesk Maya

Популярная среда для подготовки объёмных моделей, анимаций, симуляций, рендеринга сложных сцен. Maya используют прежде всего 3D‑дизайнеры и художники, которые создают игры, спецэффекты и образы для кино. В программе можно моделировать мощные взрывы, реалистичное движение одежды или волос, поверхность воды с мелкими волнами или полёт пули — для этого есть специальные инструменты и модули.

Autodesk AutoCAD

Система автоматизированного проектирования для создания 3D‑моделей и чертежей. В ней удобно создавать сложные проекты, разбивать их на простые составляющие, добавлять обозначения, связывать с реальными координатами на местности. Программа широко применяется в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Энтузиасты создают здесь и небольшие модели для 3D‑печати или лазерной резки. Кроме того, в AutoCAD можно работать с результатами 3D‑сканирования.

DesignSpark Mechanical

Среда для автоматизированного проектирования, «вдохновлённая» AutoCAD. Возможностей здесь меньше, но и работать в программе проще. За счёт этого даже те инженеры, у которых нет опыта взаимодействия с подобным ПО или традиционными станками для черчения, смогут создать трёхмерную модель или адаптировать готовый проект для собственных нужд. DesignSpark Mechanical популярна среди энтузиастов 3D‑печати.

Blender

За последние пару лет Blender стал одной из самых популярных программ для создания трехмерной графики. Плюсов много: полностью бесплатная, кроссплатформенная и удобная программа с гибким интерфейсом и частыми обновлениями привлекает как новичков, так и профессионалов, ранее работавших в других 3D-пакетах.

Проект с открытым исходным кодом для создания 3D‑графики и 2D‑анимаций. Поддерживает все необходимые инструменты для разработки с нуля — от моделирования и скульптинга до симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео.

Программа весит менее 200 МБ, при этом у неё весьма достойные возможности. Так, здесь есть даже система волос на основе частиц, инструменты для динамики твёрдых и мягких тел, рисование текстур на моделях, поддержка Python для создания логики в играх и автоматизации задач.

Вывод: проанализировав программы, указанные выше, я выбрала на программу Blender, т.к она имеет ряд преимуществ:

• Быстрота. Программа запускается гораздо быстрее своих конкурентов и к тому же практически моментально реагирует на все команды даже на не очень мощных системах.

• Функциональность. В отличие от большого количества аналогов, Blender заранее включает в себя все необходимые инструменты для решения самых разных задач.

• Универсальность. С помощью инструментов Blender пользователь может создавать объекты для игр, мультфильмов или кинолент.

• Движок EEVEE, позволяющий в режиме реального времени просматривать все текстуры и наложенные эффекты.

1.Первая операция — удаление элементов. Перед удалением появляется меню, в котором надо выбрать, что вы хотите удалять. Выделим все элементы в окне нажатием клавиши A и удалим их нажатием клавиши X.

2. Следующая операция — добавление примитивов. Нажмем SHIFT+A и добавим шар.

3. Выделим вершину шара, нажмем клавишу О, нажмем клавиши G и Z и регулируя колесиком мыши область редактирования втянем вершину внутрь шара так, чтобы получилась чашеобразная поверхность.

4. Выровняем дно. Перевернем получившуюся чашку дном к себе, выделим ее центр и скопируем значение положения этой вершины по оси Z в буфер обмена. Снимем выделение с вершины и выделим ближнее кольцо вокруг нее.

5. Растянем дно чашки, что бы оно приняло классическую коническую форму. Изменим вид, выйдем из режима пропорционального редактирования, нажав О, нажмем S и растянем выделенные точки, примерно, как на картинке.

6. Займемся ручкой. Нажмем ЦК(1) для перехода в плоскость XZ. Перейдем в режим выделения граней и выделим 2 грани, из которых будем формировать верх ручки. Нажатием ЦК(3) переходим в плоскость YZ

7. Нажимаем Е и слегка вытягиваем выделенные грани из ручки. Нажимаем R и поворачиваем их. Так, последовательно вытягивая и поворачивая, начинаем формировать контур ручки.

8. Доводим ручку до примерного места соединения с корпусом. Blender автоматически будет определять, где ему создавать новую грань.

Теперь вернемся в объектный режим и применим модификатор. Чашка готова.

В ходе исследовательской работы, я: познакомилась с понятием 3D-моделирования; изучила историю его развития; рассмотрела разновидности программ для работы с 3D графикой; рассмотрела функциональные возможности программы Blender. А также сделала вывод о том, что все устройства, которые на окружают, могут быть смоделированы.

Процесс моделирования, очень сложен, он требует упорства и глубоких знаний в программе, которую используешь. Даже самый простой объект, при моделировании требует старания и творческого воображения.

В процессе работы я не только получила теоретические знания, но и практические навыки, мной были созданы несколько 3D моделей (см. приложение 1).

Считаю, что цель моей работы достигнута, задачи решены в полном объеме.

1. https://studwood.net/1648194/informatika/istoriya_sozdaniya_modelirovaniya_aktualnost

2. https://freelance.today/poleznoe/3d-modelirovanie-luchshee-iz-vozmozhnogo.html

3.https://koloro.ua/blog/3d-tekhnologii/vidy-3d-modelirovaniya-poligonalnoe-splajnovoe-i-nurbs-modelirovanie.html

4.https://dtf.ru/gamedev/92943-vidy-3d-modelirovaniya-i-ne-pravda-o-processe-sozdanie-3d-modeli-dlya-igry

5. https://websoftex.ru/3d-modelirovanie-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhno/

6. https://pikabu.ru/story/25d_chto_takoe_vokselnaya_grafika_6024566

7.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5

8.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D1%91%D1%85%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0

Мои работы

1. 3D-модель кружки

1. D-модель будки

1. 3D- модель маяка

1. 3D-модель клавиш пианино