3D-моделирование – это процесс создания трехмерного представления любого объекта или поверхности с помощью специализированного программного обеспечения. Суть этого процесса заключается в создании математической модели трехмерного объекта в виртуальном пространстве.
Для формирования 3D-объекта осуществляется манипулирование точками, линиями и поверхностями. 3D-моделирование позволяет создавать реалистичные или стилизованные объекты, изображения и сцены для различных целей, от визуализации продуктов до спецэффектов в фильмах.
У 3D-моделирования множество преимуществ. Оно позволяет создавать реалистичные изображения объектов до их физического воспроизводства. Помогает лучше понять форму и структуру сложных объектов, объемной графики.
3D-моделирование сокращает время на разработку прототипов. С его помощью уменьшается количество физических образцов, необходимых для проектирования. Можно быстро вносить изменения в модель на любом этапе разработки. С помощью моделирования оперативно создаются различные варианты дизайна объектов, трехмерная графика.
К преимуществам 3D-моделирования относят:
С помощью моделирования создаются эстетичные, привлекающие внимания визуализации для рекламы.
Компьютерные технологии моделирования используются в различных сферах для решения широкого спектра задач.
В кинематографе с помощью 3D-моделирования создаются виртуальные окружения и декорации, а также:
С помощью 3D-моделирования обеспечивается высокая детализация моделей для крупных планов. Они могут интегрироваться с живой съемкой.
Трехмерное моделирование используется в разработке компьютерных игр. С его помощью создаются игровые персонажи и объекты, разрабатываются локации и уровни, моделируется оружие, транспорт, другие интерактивные элементы. Также создаются кат-сцены и внутриигровые видео.
В анимации 3D-моделирование используется для создания персонажей и окружения, сложных механизмов и природных явлений. Оно применяется для покадровой разбивки объектов для дальнейшего их анимирования.
С помощью 3D-моделирования диагностика в медицине вышла на новый уровень. Трехмерная графика также используется для обучения студентов. Она позволяет детально прорабатывать сложные хирургические операции, создавать точные объемные модели протезов.
3D-визуализации в медицине улучшает диагностику сложных патологий. Она позволяет персонализировать подход к лечению, упрощает, улучшает коммуникацию между врачом и пациентом.
Для промышленного проектирования используются следующие методы:
Также в промышленном моделировании используется бионический метод. Он построен на заимствовании принципов из природы. CAD/CAM системы позволяют использовать компьютерную графику для проектирования и производства.
Первый принцип:
полигональное моделирование. Он основан на создании 3D-объектов в виртуальном пространстве из множества плоских геометрических фигур, обычно треугольников или четырехугольников, называемых полигонами.
Второй принцип:
неоднородные рациональные B-сплайны (NURBS). В его основе лежит использование математически определенных кривых и поверхностей для создания гладких 3D-объектов.
Для создания детализированной трехмерной графики используется несколько видов 3D- моделирования.
Это метод создания 3D-объектов, трехмерной графики путем создания поверхностей с помощью многоугольников (полигонов). Тут используются следующие элементы:
В полигональном моделировании применяются следующие типы полигонов:
Для создания трехмерной графики применяются следующие техники моделирования:
Преимуществом полигонального моделирования является гибкость в создании сложных форм из простых. Оно применяется для рендеринга в реальном времени (игры, VR), облегчает текстурирование и анимацию.
Но с помощью полигонального моделирования сложно создавать идеально гладкие поверхности. Высокополигональные модели могут быть ресурсоемкими. Для их оптимизации используется технология LOD (Level of Detail) и ретопология.
Этот подход к созданию 3D-моделей используется в инженерном проектировании и промышленном дизайне. Суть его заключается в определении модели с помощью набора параметров и ограничений. Изменение параметров автоматически обновляет ее.
У параметрического 3D-моделирования следующие характеристики:
В параметрическом моделировании для получения финального изображения используются такие элементы:
К преимуществам параметрического моделирования относят легкость создания различных вариаций модели, высокую их точность и возможность быстрого внесения изменений. Этот вид моделирования позволяет использовать формулы и уравнения для определения параметров, автоматически обновлять связанные сборки и детали. При этом модель приспосабливается к изменениям без потери функциональности.
Параметрическое отличается от полигонального моделирования фокусом на точность и инженерных аспектах, а не на визуальной детализации. Оно позволяет легко изменять размеры и пропорции в пространстве без потери качества модели. Поэтому больше подходит для решения технических и промышленных задач.
Процесс 3D-моделирования состоит из нескольких ключевых этапов. Начинается создание объемных моделей с определения требований к ним и задач, которые они будут решать. На этом этапе создаются эскизы и референсы для визуализации конечного результата, понимания, какой будет графика.
Затем создается базовая конфигурация. Для этого используются простые формы (примитивы). Из них создаются общие контуры объекта. Следующий этап – детализация. Добавление элементов к базовой форме делает модель более сложной. Тут используются различные инструменты для добавления текстур, мелких деталей и уточнения форм.
Следующий этап – уточнение и исправление. Модель проверяется и тестируется для оптимизации, сокращения количества полигонов, повышения производительности.
Затем создаются и накладываются текстуры на модель для придания ей реалистичного вида. После этого настраивается освещение для создания нужного эффекта, выполняется рендеринг для получения финальных изображений или анимаций.
На завершающем этапе производится пост-обработка рендеров в графических редакторах. Корректируется цвет, добавляются эффекты.
В 3D-моделировании существует несколько методов визуализации, каждый из которых имеет свои особенности и применения. Выбор метода визуализации зависит от целей проекта, желаемого уровня реализма сцен изображений, доступных вычислительных ресурсов и времени, которое специалист готов потратить на создание реалистичной графики. Вот основные методы визуализации.
Скайлайновый или рендеринг с использованием упрощенных методов. Этот метод используют для создания изображений. Он применяется для более быстрого рендеринга с меньшими вычислительными затратами.
Это рендеринг с использованием фотореалистичной визуализации. Ray Tracing (Трассировка лучей) – имитация поведения света в реальном мире, чтобы получить фотореалистичные изображения. Этот метод учитывает отражения, преломления, тени и освещение. С его помощью создается реалистичная графика.
Это техника используется для симуляции, определения взаимодействия между объектами. Суть метода заключается в том, что из заданной точки (например, положение наблюдателя или игрового персонажа) «отправляются» лучи в различных направлениях.
Затем проверяется, какие объекты их пересекают, и на основе этого вычисляются различные характеристики, такие как: видимость объектов, расстояние до объектов, столкновения с объектами, отражение лучей от поверхностей. С помощью этой техники графика становится максимально реалистичной.
Это рендеринг с использованием непрямого освещения. Radiosity (Радиозитет): моделирует взаимодействие света между поверхностями, создавая мягкие и реалистичные переходы освещения. Используется для интерьерных сцен, изображений.
Существует множество программных пакетов для 3D-моделирования, каждый из которых обладает уникальными функциями и возможностями. Универсальными считаются следующие пакеты для создания объемной графики:
Также есть специализированные инструменты для моделирования и скульптурирования. Это такие программы, как: ZBrush, Mudbox, SculptGL. Доступны инструменты для рендеринга и визуализации: V-Ray, Corona Renderer, OctaneRender, LuxRender.
Выбор программного обеспечения зависит от специфики проекта, направления, по которому работает специалист, личных предпочтений и требуемого функционала. Важную роль при выборе ПО играют требования, которым должно соответствовать полученное изображение.
Для 3D-моделирования, работы с соответствующими программами важно, чтобы компьютер соответствовал определенным требованиям. Они могут варьироваться в зависимости от сложности проектов, используемого программного обеспечения. Но есть общие рекомендации, которые помогут обеспечить оптимальную производительность. Она позволит создавать трехмерную компьютерную графику.
Рекомендуется использовать многоядерные процессоры с высокой тактовой частотой. Например, Intel Core i7 или i9, AMD Ryzen 7 или 9. Важно иметь как можно больше ядер, так как многие программы для 3D-моделирования и рендеринга используют многопоточность.
Рекомендуемый минимальный объем оперативной памяти – 16 ГБ. Для сложных проектов или профессионального использования лучше иметь в активе 32 ГБ или больше. Большой объем ОЗУ помогает работать с большими трехмерными сценами и сложными моделями без замедления.
Оптимальное решение для 3D-моделирования – дискретная видеокарта с поддержкой CUDA или OpenCL для ускорения рендеринга. Видеокарты от NVIDIA особенно хорошо поддерживаются в рендер-движках, таких как V-Ray и OctaneRender.
Рекомендуемый минимальный объем физической памяти 500 Гб. Но можно и больше, так как трехмерная графика требует хранения большого объема данных. Достаточный размер SSD обеспечивает быструю загрузку файлов, что критично при работе с большими трехмерными файлами.
Материнская плата должна быть совместима с процессором и оперативной памятью. Она должна поддерживать современные интерфейсы и слоты (например, M.2 для SSD). Также нужен мощный и надежный блок питания, от 650 Вт и выше, в зависимости от конфигурации компьютера.
Рекомендуется работать на мониторе с разрешением Full HD (1920x1080), но лучше Quad HD (2560x1440) или 4K (3840x2160) для большей четкости и детализации изображений. Хорошие углы обзора и точная цветопередача (IPS-панель) облегчит работу с цветами при создании трехмерных моделей.
Специалист по 3D-моделированию должен уметь решать широкий спектр задач, связанных с созданием трехмерных изображений и визуализацией. Но наиболее важны следующие навыки и знания:
Специалист по 3D-моделированию при создании трехмерной графики решает следующие задачи:
При этом важно постоянное обновление знаний о новых инструментах, методах и тенденциях в 3D-моделировании. Для повышения квалификации можно участвовать в тематических тренингах, проходить специализированные обучающие программы. Специалист в области 3D-моделирования должен быть креативным, технически подкованным. Важно умение работать в команде.
Выбор методов обучения 3D-моделированию зависят от уровня подготовки, целей и предпочтений. Чтобы освоить это направление, можно воспользоваться онлайн-курсами и обучающими платформами. Новичкам рекомендуется выбирать материалы, где о каждом элементе моделирования рассказывается простыми словами.
Помогут разобраться с нюансами создания трехмерной графики видеоуроки. Они должны начинаться с разбора основ, видов моделирования, плавно переходит к более сложным техникам, например, создание реалистичных текстур и моделирование персонажей.
В освоении различных направлений моделирования помогут книги. Но при выборе учебных пособий нужно обратить внимание на простоту изложения материала. Предпочтение стоит отдавать книгам, написанным простым языком, которые подробно рассматривают каждый аспект создания объемной компьютерной графики.
Для изучения моделирования в трехмерном пространстве создавайте собственные простые проекты, с постепенным усложнением задач. Для мотивации можно участвовать в конкурсах и челленджах. Демонстрируйте свои работы на тематических сайтах для получения конструктивной критики. Изучайте работы профессионалов и пытайтесь понять их техники и подходы.
Войти
