Что такое 3D моделирование?

Как эффектнее провести презентацию товара или технологии? Как нагляднее продемонстрировать устройство продукта заказчику? Как проанализировать объект до запуска в производство? Нужно заказать 3D моделирование! И результат впечатлит всех!

3D моделирование — это процесс визуализации объекта в трехмерном пространстве с помощью компьютерных программ. Возможности современной компьютерной графики позволяют демонстрировать внешний и внутренний вид объекта с максимальной реалистичностью.

Где применяется 3D моделирование

Создание 3D-моделей, визуализация объектов и анимация процессов используются сегодня практически во всех сферах деятельности.

Промышленность

Современное производство невозможно представить без проектирования 3D-моделей приборов, механизмов, технологических схем.

Создание корпусов и деталей приборов в виде 3D-моделей используется для:

вариативной компоновки частей и деталей механизмов;
визуализации предполагаемых пропорций,
анимационного представления сборочных или технологических процессов,
создания чертежей для 3D-печати,
воссоздания сломанных деталей.

Применение трехмерного моделирования способствует скорейшей реализации инновационных разработок и технологий в производственном процессе.

Медицина

При проведении пластики тела и других хирургических вмешательств, где требуется максимально точный расчет, трехмерные графические модели позволяют продемонстрировать пациенту планируемый ход операции и прогнозируемый результат. В области протезирования также рекордными темпами растет применение 3D моделей.

Создание интерьерных решений

Позволяет сформировать полноценное представление о размещении объектов и оборудования внутри помещения. С помощью трехмерной модели модно продемонстрировать все элементы представленной экспозиции — расстановка мебели, расположения систем отопления и водоснабжения, электропроводки. Это позволяет минимизировать затраты и избежать возможных ошибок в процессе строительства и отделки. 3D моделирование помогает создавать наборы мебели и лестницы различной конфигурации, оценивать уровень освещенности интерьера.

Создание объектов недвижимости

Создание трехмерной модели промышленного корпуса, торгового центра или кинотеатра позволяет:

оценить качество и удобство планировки;
определить положение объекта недвижимости на местности;
спрогнозировать уровень солнечного освещения;
выбрать варианты планировки при проектировании;
сделать предварительную оценку объемов строительства;
спланировать положение объекта недвижимости относительно дорожной сети и инфраструктуры;
выбрать интерьер.

3D моделирование дает возможность визуализировать объекты в высоком качестве. Потребители могут не только оценить будущие конструкции, но и взаимодействовать с предметами внутри квартир, добавлять собственные предметы интерьера, менять визуальный стиль интерьера.

Для уже построенных объектов создается модель с функцией панорамного обзора, который позволяет человеку своими глазами увидеть готовое к заселению здание.

Определив место физического объекта в 3D пространстве, можно спроектировать и реализовать сложнейшие инновационные идеи в области ландшафтного дизайна.

Создание симуляторов и видеоигр

Трехмерные технологии создания виртуальной реальности предоставляют широчайшие возможности по созданию программ, суть которых заключается в имитации управления каким-либо процессом или аппаратом. Пилоты, машинисты поездов и даже космонавты приобретают и оттачивают свои навыки с помощью устройств, отображающих реальные явления или их часть в виртуальной среде.

Симулирование с применением 3D моделей также используется для прогнозирования динамики различных процессов в природных системах.

Современная киноиндустрия и производство компьютерных видеоигр сегодня немыслимы без технологий 3D моделирования, поскольку и там, и там активно используются трехмерные персонажи.

Изготовление эксклюзивных украшений

Профессиональные художники и ювелиры используют специальные программы, которые позволяют создать оригинальный и неповторимый эскиз ювелирных изделий и арт-объектов. 3D-моделирование позволяет изготовить пресс-форму и восковку будущего изделия оценить количество и стоимость используемых материалов.

Создание 3D-моделей для сайтов и интернет-магазинов

Размещенные в интернете 3D-изображения стимулируют потенциального клиента к приобретению продукта, поскольку:

позволяет рассмотреть товар лучше, чем на простом фото
оценить внешний вид товара не вдаваясь в чтение описаний

Наличие 3D-изображения позволяет более максимально полно представить потенциальному клиенту преимущества продукта.

Примеры использования 3D моделирования можно найти на https://videozayac.ru/3d-modelirovanie/

Создание трехмерной модели

Качество 3d модели оценивается прежде всего её реалистичностью и функциональностью, поэтому проектировщик должен владеть не только специальными знаниями в области программирования, но и обладать творческими навыками художника. Это относится и к инженеру, разрабатывающему на компьютере будущее изделие, и к дизайнеру, моделирующему интерьер. Без профессионального глазомера, чувства цветовой гармонии и пластики не получится создать персонажа игры и поместить его в локацию.

В начале процесса создания модели, как правило, объект детально прорабатывается в 2D. Например, этот этап обязателен перед моделированием в строительстве. Затем следует этап импорта в программу для 3D моделирования.

Цифровая графика может создаваться с нуля или с использованием референсов — дополнительных изображений, рисунков или фотографий. Эти вспомогательные элементы помогают точнее передать детали объекта и получить о нем дополнительную информацию. С них можно заимствовать или срисовывать различные участки. Работа с референсами значительно ускоряет и упрощает работу, а также позволяет избежать ошибок и неточностей. Бывает, что создание компьютерной графической модели сводится просто к обработке готовых изображений.
При создании моделей для кино и игр часто делают графику, которая совмещает реальную съемку с компьютерными элементами. Для этого 3D моделлер, используя технику Matte Painting, дорисовывает недостающие элементы реального изображения. Для получения нереалистичной картинки может применяться фотобашинг (наложение эффектов на обычную фотографию).

После создания формы начинается процесс рендеринга — объект обретает цвет, текстуру и светотени. Этот трудоемкий этап выполняется специальными компьютерными программами.

Выполнение рендера

В зависимости от требуемой скорости процесса и финального качества изображения существует два типа визуализации модели.

Рендеринг в реальном времени используется при разработке и производстве видеоигр. Изображение должно обрабатываться и выводиться на монитор с максимальной скоростью. Для этого скорость обработки должна быть не менее 25 кадров в секунду, иначе объекты будут двигаться замедленно или рывками. Чтобы добиться желаемой скорости рендера, приходится снизить вынужденное количество просчетов, что приводит к снижению качества 3D моделей и текстур.
Предварительный рендер используют, когда скорость не является приоритетной задачей и отсутствует интерактивность. Этот тип применяют там, где нужен фотореализм и очень высокое качество изображения.

При производстве рендера в реальном времени основная нагрузка приходится на графические карты. В предварительном рендере за результат отвечает центральный процессор, а скорость зависит от количества ядер и производительности техники.

Тщательный подход и внимание к деталям при моделировании и грамотный выбор программного обеспечения позволят сделать рендеры максимально реалистичными.

Методы визуализации

Scanline

Сканлайн рендер за счет своей скорости используется в видеоиграх и интерактивных сценах. С мощным видеоадаптером данный тип рендера может выдавать стабильную картинку в реальном времени с частотой выше 30 кадров в секунду.

Принцип действия рендера заключается в работе по принципу «ряд за рядом». Сначала сортируются нужные для рендера полигоны по высшей Y координате. Затем каждый ряд изображения просчитывается за счет пересечения ряда с ближним к виртуальной камере полигоном. Полигоны, которые больше не являются видимыми, удаляются при переходе одного ряда к другому.

Raytrace (метод трассировки лучей)

Рейтрейс-рендеринг создан с целью получить картинку с высоким разрешением и детализированной прорисовкой. Данный алгоритм является очень медлительным и не может использоваться для производства графики с движением объектов в реальном времени.

В алгоритме рейтрейс для каждого пикселя на условном экране от виртуальной камеры проецируются несколько лучей до ближайшего трехмерного объекта. Программа вычисляет цвет точки в зависимости от взаимодействия воображаемого светового луча с объектами на его пути.

Raycasting (метод бросания лучей)

Алгоритм является упрощенным рейтрейс-методом. В нем просчитывается только первая поверхность на пути луча. Используя свойства объекта и освещение сцены, рендер определяет цвет пикселя картинки. Последующая обработка преломленных от объекта лучей в этом методе отсутствует.

Radiosity

Идея обработки заключается в том, что освещение, поступающее на поверхность объекта, исходит не только непосредственно от источников света, но и от других поверхностей, отражающих свет. Процесс рендеринга не зависит от точки обзора. Это увеличивает объем обработки, но в результате получаются мягкие цветовые отражения от соседних объектов. Совместное использование Radiosity и Raytrace приводит к получению максимально реалистичных рендеров.