3D МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

3D МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

В настоящее время трехмерная графика нашла широкое применение для создания изображений на плоскости в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов, сфера маркетинга, архитектурного дизайна и кинематографии, не говоря уже о промышленности. 3Д-моделирование позволяет создать прототип будущего сооружения, коммерческого продукта в объемном формате.

Благодаря появлению 3D-моделирования и  3D-печати, оно перешло на новый уровень и стало востребовано как никогда. Естественно, не все разбираются в 3D-программах и умеют моделировать объемные объекты. Отсюда и востребованность профессии в области 3D моделирования выросла в разы за последнее десятилетие

Трехмерная графика или 3D-моделирование – компьютерная графика, сочетающая в себе приемы и инструменты, необходимые для создания объемных объектов в техмерном пространстве.

Под приемами стоит понимать способы формирования трехмерного графического объекта – расчет его параметров, черчение «скелета» или объемной не детализированной формы; выдавливание, наращивание и вырезание деталей и т.д.

А под инструментами - профессиональные программы для 3D-моделирования. В первую очередь – SolidWork, ProEngineering, 3DMAX, а также некоторые другие программы для объемной визуализации предметов и пространства.

Современная трехмерная компьютерная графика позволяет создавать максимально реалистичные модели объекта, которые бывает трудно отличить от обычной картинки. Профессионально смоделированная презентация позволяет на высоком уровне продемонстрировать модель объекта.

Графическое изображение трёхмерных объектов отличается 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.

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 трёхмерной информации в объемном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением.

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

1) моделирование - создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;

2) текстурирование - назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов - прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);

3) освещение - установка и настройка источников света;

4) анимация - придание движения объектам;

5. динамическая симуляция - автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом;

6. визуализация - построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;

6. компоновка - доработка изображения;

6. вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или специальный принтер.

Так, выполнение перечисленных выше этапов создания трехмерных моделей на плоскости, позволяет решать задачи визуализации наиболее сложных

• громоздких реальных объектов.

Таким образом, в сравнении с плоским изображением трехмерное обладает рядом преимуществ, которые до сих пор не до конца изучены и многие, профессионально занимающиеся 3D-технологиями, заявляют о недостаточной на данный момент изученности трехмерной графики. Вот некоторые преимущества объемных изображений:

1. Высокая информативность отдельных зон экрана (в сложных объектах). Сложные геометрические построения в 3D-фомате легко читаемы и вполне понятны. В 2D-режиме такую графику разместить невозможно.

2. Преимущества при вращении объекта. В обычном пространстве никакого дополнительного информационного плюса смещение объектов вперед-назад не дает, зато в 3D-графике картинка полностью меняется – объект разворачивается под другим углом, так что можно увидеть его расположение и местонахождение других объектов относительно главной фигуры.

3. Новые возможности перспективы. В двухмерной графике для воспроизведения иллюзии пространства используются принципы создания перспективы: есть несколько планов представления (близкий более крупный, удаленный – мелкий), горизонт (как центр экспозиции), тени и т.д. Но подобные эти приемы не всегда дают точную информацию об объекте. В 3D-формате зритель сразу улавливает реальные пропорции предметов, их расположение в пространстве – и для этого ему требуется только раз взглянуть на картинку. Этот закон действует даже на объекты, размещенные хаотично на разном удалении друг от друга.

4. Новые формы диаграмм. В 3D-графике можно добавлять новые переменные в большом количестве, не теряя при этом информативности и читабельности самой диаграммы.

4. Влияние на физические реакции зрителя. При правильном моделировании сцены в 3D можно создать эффект дезориентации зрителя в пространстве: например, эффект головокружительной гонки, падения, резкого опрокидывания и т.д. Человек примеряет на себя эту реальность и становится как бы частью ее, воспринимая как действительность. Таких эффектов в 2D-графике достичь почти невозможно.

к методам 3D-визуализации (рендеринг) относятся:

1. Растеризация.

Один из самых простых методов рендеринга. При его использовании не учитываются дополнительные визуальные эффекты (например, цвет и тень объекта относительно точки наблюдения).

2. Рейкастинг.

3D-модель осматривается с определенной, заранее заданной точки - с высоты человеческого роста, высоты птичьего полета и т.д. Из точки наблюдения направляются лучи, которые определяют светотени объекта, когда происходит его рассмотрения в привычном формате 2D.

3. Трассировка лучей.

Данный метод рендеринга подразумевает то, что, при попадании на поверхность, луч разделяется на три компонента: отраженный, теневой и преломленный. Собственно это и формирует цвет пиксела. Помимо этого, от количества разделений напрямую зависит реалистичность изображения.

4. Трассировка пути.

Один из самых сложных методов 3D-визуализации. При использовании данного метода 3D-рендеринга распространение световых лучей максимально приближено к физическим законам распространения света. Именно это и обеспечивает высокую реалистичность конечного изображения. Стоит отметить, что данный метод отличается ресурсоемкостью.

Области применения 3D моделирования

• Создание различных моделей персонажей. Обычно это используется при создании мультфильмов и при проектировании современных компьютерных видеоигр;

• 3Д визуализация зданий. Этим занимаются проектные организации, которые желают оценить для заказчика конструктивные особенности будущего объекта;

• Создание 3Д моделей предметов интерьера. В большинстве случаев их выполняют дизайнерские компании с целью демонстрации эстетических свойств представленных экспозиций;

• Реклама и маркетинг. Часто требуются нестандартные объекты для рекламирования. Важную составляющую трехмерная графика играет при демонстрации какой-либо услуги. Это позволяет произвести более эффектное впечатление на заинтересованных лиц;

• Изготовление эксклюзивных украшений. Профессиональные художники и ювелиры используют специальные программы, которые позволяют создать оригинальный и неповторимый эскиз;

• Производство мебели и комплектующих. Производственные мебельные компании нередко используют разработку трехмерной модели для размещения своей продукции в электронных каталогах;

• Промышленная сфера. Современное производство невозможно представить без моделирования продукта компании. Каждую деталь или полноценный объект проще собирать по готовой и продуманной 3D-модели;

• Медицинская сфера. Например, при проведении пластической операции или же хирургическом вмешательстве, все чаще используют трехмерную графику для того, чтобы наглядно продемонстрировать пациенту, как будет проходить процедура, и каким будет результат.

3Д моделирование, анимация и визуализация объектов играет важную роль в современном мире при реализации различных бизнес-процессов и успешном взаимодействии с заказчиком.

Польза от знаний 3D моделирования

• Возможность создавать объемные чертежи и 3Д модели;

• Умение работать со всеми необходимыми инструментами моделирования;

• Выполнение дорогостоящих проектов;

• Приобретение навыков, которые позволят стать профессиональным дизайнером или архитектором;

• Достижение поставленных целей, продвижение в профессиональном или карьерном плане.

Изучение принципов трехмерной графики идеально подойдет не только для инженеров, дизайнеров, модельеров и архитекторов, но и для всех тех, кто любит создавать объемные объекты по заданным чертежам в архитектуре и получать от этого высокую прибыль.