La expresión "3D" es una abreviatura del inglés "3 dimension", es decir, "3 dimensiones". Los símbolos "3D" (en la literatura rusa, la abreviatura "3d" también se usa a menudo) indican que un objeto o tecnología se diferencia de otros en que tiene más de dos dimensiones.
¿Para qué sirven los modelos 3D?
Todos los objetos del mundo real tienen tres dimensiones. Al mismo tiempo, en la gran mayoría de los casos, para representar objetos tridimensionales, utilizamos superficies bidimensionales: una hoja de papel, un lienzo, una pantalla de computadora. El escultor crea figuras tridimensionales, pero antes de comenzar a tallar una escultura de granito, crea bocetos en los que el trabajo futuro se representa en varias vistas, desde todos los lados. Del mismo modo, un arquitecto o diseñador trabaja mostrando vistas planas de productos o edificios diseñados en un papel Whatman o en una pantalla de computadora.
La asignatura de "dibujo" en el marco de la educación obligatoria tiene como objetivo enseñar el modelado tridimensional: la descripción exacta de objetos que tienen volumen, en una superficie plana y bidimensional de una hoja de papel. Además, a los niños se les enseña modelado tridimensional en clases de modelado de plastilina en jardín de infantes y escuela primaria. Tanta atención al modelado 3D en el proceso educativo no es accidental. En cualquier actividad para crear objetos reales, debe tener una buena idea de cómo se verá este objeto desde todos los lados. Un sastre y un diseñador de ropa deben saber cómo le quedará un traje o vestido a una persona con cierta figura. El peluquero crea un corte de pelo y un peinado que tendrá volumen y se verá diferente desde diferentes ángulos. El joyero modela sus joyas. El dentista no solo debe crear un hermoso diente artificial, sino también tener en cuenta su ubicación en relación con el resto de los dientes del paciente. El carpintero debe poder ajustar las uniones de las piezas tridimensionales con mucha precisión. También le gustaría ver visualmente cómo los muebles que diseña serán convenientes de usar y cómo encajarán en el interior.
Durante mucho tiempo, representantes de diversas profesiones han utilizado dibujos, que consisten en muchos tipos, para modelado tridimensional. Con la proliferación de las computadoras personales, fue posible confiar parte de la tarea de crear modelos tridimensionales al software. Los sistemas de automatización de diseño (CAD) fueron los primeros en incluir la funcionalidad de visualización dinámica de objetos tridimensionales creados en el plano de la pantalla. La palabra "dinámico", en este caso, significa la capacidad de rotar la imagen de un objeto tridimensional en la pantalla y verlo desde todos los lados. Sin embargo, la dinámica de un modelo 3D también puede significar la capacidad del modelo para cambiar su forma y moverse. Los creadores de dibujos animados y juegos de computadora necesitan esta funcionalidad.
En la segunda mitad del siglo XX, incluso en la era anterior a la informática, aparecieron tecnologías de tratamiento de superficies tridimensionales. Poco después del final de la Segunda Guerra Mundial, la Fuerza Aérea de EE. UU. Financió el trabajo de Parsons Inc para crear máquinas que pudieran fresar piezas complejas de acuerdo con un algoritmo determinado. Estos trabajos llevaron a la creación de toda una clase de máquinas herramienta de control numérico por computadora (CNC). El diseño de algoritmos de trabajo para máquinas CNC es otra tarea del campo del modelado 3D.
En 1986, el ingeniero estadounidense Charles W. Hall creó una impresora que imprimía objetos tridimensionales utilizando estereolitografía. Más tarde, aparecieron las impresoras 3D, que imprimían productos tridimensionales a partir de una amplia variedad de materiales, incluidas impresoras para imprimir órganos humanos o, por ejemplo, impresoras que imprimen decoraciones de confitería y comidas preparadas. Hoy en día, se puede comprar una impresora 3D simple pero bastante funcional por el precio de un teléfono inteligente e imprimir en ella objetos volumétricos para el hogar o detalles de modelos y varios dispositivos. Todas las impresoras 3D para imprimir reciben un modelo tridimensional como entrada en un formato específico.
Principios básicos del modelado 3D
Un requisito previo para el modelado 3D es la presencia de imaginación espacial. Es importante poder imaginar el resultado futuro del trabajo, rotarlo mentalmente y examinarlo por todos lados, así como comprender en qué elementos consta el modelo, qué oportunidades brinda y qué restricciones impone. Por naturaleza, la imaginación espacial de todos se desarrolla en diversos grados, sin embargo, al igual que la alfabetización o el oído para la música, se puede desarrollar. Es importante no darse por vencido, diciéndose a sí mismo que nada está funcionando, sino ganar experiencia haciendo modelos simples al principio, pasando gradualmente a otros más complejos.
Si en cualquier programa CAD dibuja tres rectángulos y los organiza de acuerdo con las reglas de dibujo, entonces el módulo de visualización del modelo tridimensional del programa podrá crear y mostrar en la pantalla el paralelepípedo correspondiente a estas tres proyecciones. Asimismo, siguiendo las reglas de dibujo, puede crear un modelo de casi cualquier pieza.
Todos los programas de modelado 3D son vectoriales. Esto significa que describen objetos no como una colección de puntos separados, sino como un conjunto de fórmulas y funcionan solo con objetos completos. Si necesita cambiar o mover solo la mitad de un objeto, tendrá que cortarlo (si hay una herramienta que le permita hacer esto) y arreglar las mitades como nuevos objetos. Para trabajar con un editor de vectores, no es necesario conocer fórmulas matemáticas, están incluidas en el programa. Una consecuencia importante y útil de este enfoque es que cualquier objeto se puede mover, modificar y escalar sin comprometer la calidad. Por otro lado, el programa no te entenderá si intentas dibujar un rectángulo, por ejemplo, colocando muchos puntos a lo largo de sus bordes que se tocan visualmente entre sí. Para el programa, serán solo muchos puntos, no un rectángulo. Ella no podrá realizar ninguna acción con este, en su opinión, rectángulo. Para crear un rectángulo, debe elegir una herramienta adecuada y usarla. Luego, el programa le permitirá realizar cualquier acción con el objeto creado: cambiarlo, moverlo a un punto determinado, estirarlo, doblarlo, etc. Además, la mayoría de los programas de modelado 3D no podrán trabajar con gráficos en formato raster (bmp, jpg, png, gif, etc.) obtenidos, por ejemplo, de Photoshop.
Modelado 3D a partir de "ladrillos"
La gran mayoría de los detalles técnicos son una combinación de primitivas volumétricas: paralelepípedos, bolas, prismas, etc. Cualquier herramienta de modelado 3D tiene una biblioteca de primitivas volumétricas y es capaz de reproducirlas, teniendo en cuenta los parámetros especificados por el usuario. Para, por ejemplo, crear un modelo de un cilindro, basta con seleccionar la herramienta adecuada en el programa y establecer el diámetro y la altura. Además, todos los programas de diseño tridimensional pueden realizar al menos dos operaciones matemáticas con figuras tridimensionales: suma y resta. Entonces, por ejemplo, después de haber creado dos cilindros a partir de primitivas: uno con un diámetro de 5 cm y una altura de 1 cm, y el segundo con un diámetro de 3 cm y una altura obviamente superior a 1 cm, puede combinarlos a lo largo del eje central y reste el segundo del primer cilindro (más grande) … El resultado es una arandela de 1 cm de grosor con un diámetro exterior de 5 cm y un diámetro interior de 3 cm. Si tiene, por ejemplo, un conjunto de objetos separados: "cabeza sin orejas ni nariz", "nariz", " oreja izquierda "y" oreja derecha ", luego puede conectarlos y agregarlos para crear un nuevo objeto" cabeza con orejas y nariz ". Si tiene una biblioteca de orejas, narices y cabezas de diferentes formas, entonces puede, revisándolas, crear un modelo de la cabeza de su amigo (o la suya propia). Luego, restando el objeto "boca" de la cabeza resultante, puede obtener una cabeza con boca. Crear un modelo 3D a partir de "ladrillos", objetos disponibles en la biblioteca del programa o cargados en el programa desde el exterior, es una forma simple y una de las más populares.
Por supuesto, no hay "bloques de construcción" para todos los casos en ningún programa. Sin embargo, se pueden crear muchos objetos moviendo otros objetos en el espacio o modificándolos. Por ejemplo, puede crear el mismo cilindro usted mismo tomando un círculo como base y moviéndolo hacia arriba, manteniendo cada paso agregando las posiciones en un objeto. Si el programa tiene una herramienta de este tipo, entonces hará todo por sí mismo, solo necesita especificar: a lo largo de qué trayectoria y qué tan lejos necesita mover la base. Entonces, a partir de la lavadora creada de acuerdo con la tecnología descrita anteriormente, puede crear un nuevo objeto: una tubería. Incluyendo: una tubería con muchas curvas de cualquier curvatura dada. Un punto importante: para ello, el círculo debe ser inicialmente tridimensional. Sea - con un grosor insignificante, pero no igual a cero. Para hacer esto, el programa debe tener una herramienta para convertir una figura plana con espesor cero en una tridimensional con un espesor insignificante, pero específico.
Modelado 3D a partir de polígonos
Muchos programas de modelado 3D trabajan con tipos especiales de objetos llamados "mallas". Una malla es una malla poligonal o una colección de vértices, bordes y caras de un objeto 3D. Para comprender un objeto compuesto por mallas, puede mirar, por ejemplo, un robot creado a partir de piezas de Lego. Cada pieza es una malla separada. Si el tamaño promedio de una pieza de Lego es de 1 cm y ensamblas un robot de 50 cm de alto, entonces será posible reconocer la imagen (de una persona, por ejemplo) que has colocado en ella. Sin embargo, el realismo de tal escultura será muy mediocre. Otra conversación, si crea un robot a 50 kilómetros de altura a partir de piezas con un tamaño medio de 1 cm. Si recorre una distancia decente para ver toda la escultura gigante, no notará la angulosidad de la superficie y el robot puede parecer una persona viva con piel suave.
La malla puede ser tan pequeña como desee, lo que significa que puede lograr cualquier suavidad visual de la superficie del modelo. Básicamente, construir un objeto a partir de mallas es lo mismo que el arte de píxeles en una imagen 2D. Sin embargo, recordamos que el conjunto de puntos en forma de rectángulo no es un objeto "rectángulo". Esto significa que para que la imagen creada a partir de las mallas se convierta en un objeto tridimensional, sus contornos deben estar llenos de volumen. Existen herramientas para esto, pero a menudo los recién llegados al modelado 3D las olvidan. Al igual que el hecho de que para que una superficie (una esfera, por ejemplo) se convierta en una figura volumétrica, debe estar completamente cerrada. Vale la pena quitar un punto (una malla) de la superficie cerrada terminada, y el programa no podrá convertirlo en un objeto 3D.
El movimiento y la apariencia del modelo 3D
Imagínese crear un objeto de automóvil a partir de mallas o de cualquier otra forma. Si en el programa para el modelado tridimensional establece la trayectoria y la velocidad de movimiento de cualquier punto dentro del objeto mediante la fórmula, estableciendo la condición de que todos los demás puntos se muevan sincrónicamente, entonces el automóvil conducirá. Si, al mismo tiempo, las ruedas del automóvil se seleccionan como objetos separados y se asignan trayectorias de movimiento y rotación separadas a sus centros, las ruedas del automóvil girarán en el camino. Al elegir la correspondencia correcta entre el movimiento de la carrocería del automóvil y sus ruedas, puede lograr el realismo de la caricatura final. Del mismo modo, puede hacer que un objeto "humano" se mueva, pero esto requiere una comprensión de la anatomía humana y la dinámica de caminar o correr. Y luego, todo es simple: se crea un esqueleto dentro del objeto, y a cada una de sus partes se le asignan sus propias leyes de movimiento.
Un objeto creado en un programa de modelado tridimensional puede en sus formas repetir completamente una muestra real de la vida o fantasía del creador, puede moverse de manera realista, pero aún le faltará una característica más para igualarlo completamente. Esta característica es la textura. El color y la rugosidad de la superficie determinan nuestra percepción, por lo que la mayoría de los editores 3D también tienen herramientas para crear texturas, incluidas bibliotecas de superficies prefabricadas: desde madera y metal hasta la textura dinámica de un mar embravecido a la luz de la luna. Sin embargo, no todas las tareas de modelado 3D requieren dicha funcionalidad. Si está creando un modelo para imprimir en una impresora 3D, la textura de su superficie estará determinada por el material a imprimir. Si está diseñando un gabinete en CAD para fabricantes de muebles, entonces, por supuesto, será interesante para usted "vestir" el producto con la textura de las especies de madera seleccionadas, pero será mucho más importante hacer cálculos de resistencia en el mismo programa.
Formatos de archivo en modelado 3d
El software para crear, editar y fabricar objetos 3D se presenta en el mercado mediante decenas de aplicaciones y paquetes. Muchos desarrolladores de este tipo de software utilizan sus propios formatos de archivo para guardar los resultados de la simulación. Esto les permite aprovechar mejor sus productos y protege sus diseños del uso indebido. Hay más de cien formatos de archivo 3D. Algunos de ellos están cerrados, es decir, los creadores no permiten que otros programas utilicen sus formatos de archivo. Esta situación complica enormemente la interacción de las personas involucradas en el modelado 3D. Un diseño o modelo creado en un programa a menudo es muy difícil o imposible de importar y convertir en otro programa.
Sin embargo, existen formatos de archivo de gráficos 3D abiertos que casi todos los programas entienden para trabajar con 3d:
. COLLADA es un formato universal basado en XML diseñado específicamente para el intercambio de archivos entre programas de diferentes desarrolladores. Este formato es compatible (en algunos casos, se requiere un complemento especial) por productos tan populares como Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Además, este formato puede comprender las últimas versiones de Adobe Photoshop.
. OBJ: desarrollado por Wavefront Technologies. Este formato es de código abierto y adoptado por muchos desarrolladores de editores de gráficos 3D. La mayoría del software de modelado 3D tiene la capacidad de importar y exportar archivos.obj.
. STL es un formato diseñado para almacenar archivos destinados a la impresión mediante estereolitografía. Hoy en día, muchas impresoras 3D pueden imprimir directamente desde.stl. También es compatible con muchas cortadoras, programas para preparar la impresión en una impresora 3D.
Editor 3d online tinkercad.com
El sitio tinkercad.com, propiedad de Autodesk, es la mejor solución para quienes comienzan a hacer modelado 3D desde cero. Completamente libre. Fácil de aprender, el sitio tiene varias lecciones que le permiten comprender la funcionalidad principal en una hora y comenzar. La interfaz del sitio se ha traducido al ruso, pero las lecciones solo están disponibles en inglés. Sin embargo, un conocimiento básico de inglés es suficiente para comprender las lecciones. Además, no es difícil encontrar guías en ruso y traducciones de lecciones de tinkercad en Internet.
Hay una gran cantidad de primitivas volumétricas disponibles en el espacio de trabajo del sitio, incluidas las creadas por otros usuarios. Hay herramientas para escalar, ajustar a una cuadrícula de coordenadas y a puntos clave de objetos. Cualquier objeto se puede convertir en un agujero. Los objetos seleccionados se pueden combinar. Así es como se implementa la suma y resta de objetos. El historial de transformaciones está disponible, incluso para los objetos recién guardados, lo cual es muy conveniente cuando necesita retroceder muchos pasos.
Para aquellos para quienes las funciones elementales descritas anteriormente no son suficientes, existe una funcionalidad para escribir scripts y, en consecuencia, crear scripts complejos para transformar objetos.
Sin herramientas para cortar objetos. No hay polígonos en su forma pura (el modelo poligonal se implementa, hasta cierto punto, en primitivas de objetos curvilíneos). Sin texturas. Sin embargo, tinkercad te permite crear objetos artísticos y bastante complejos.
Admite la importación y exportación de archivos en formatos STL, OBJ, SVG.
SketchUp
Editor de gráficos 3D semiprofesional de Trimble Inc, adquirido hace varios años por Google Corporation. La versión Pro cuesta $ 695. Existe una versión en línea gratuita con funcionalidad limitada.
Hace un par de años existía una versión de escritorio gratuita del editor, pero hoy solo la versión en línea está disponible sin dinero. La versión web tiene herramientas de dibujo simples, creación de curvas y la herramienta Extruir, que le permite crear un sólido a partir de una imagen plana. También en la versión web hay capas y texturas. Está disponible una biblioteca de objetos y texturas creados por el usuario.
Es posible importar archivos de su propio formato (proyecto SketchUp) También puede insertar un archivo.stl en la escena como un objeto.
Los vínculos con Google permiten que SketchUp se integre con los servicios del gigante de Internet. Esto no es solo el acceso al almacenamiento en la nube, donde puede encontrar muchas escenas y objetos listos para usar para usar en su trabajo, sino también la capacidad de importar imágenes aéreas y satelitales de Google Earth para crear escenas realistas.
En general, las capacidades de la versión gratuita de SketchUp son notablemente superiores a la funcionalidad disponible en tinkercad, pero el sitio web de SketchUp a menudo se ralentiza al intentar realizar algunas operaciones serias, como si insinuara que es mejor cambiar a la versión de pago. del producto. La versión gratuita de SketchUp ofrece una oferta de pago para ampliar sus capacidades en casi cada paso del camino.
Teniendo en cuenta que SketchUp Pro tiene una buena funcionalidad y es muy utilizado, por ejemplo, en el diseño de muebles o el desarrollo de diseño de interiores, podemos recomendar dominar la versión web gratuita del producto para aquellos que quieran dar un paso hacia el modelado serio. pero aún no están seguros de sus fortalezas y conveniencia, transición a versiones pagas.
Licuadora
Blender es un proyecto legendario que muestra, junto con Linux o PostgreSQL, que una comunidad de programadores unidos por la idea de la distribución de software libre puede hacer casi cualquier cosa.
Blender es un editor de gráficos 3D profesional con posibilidades casi ilimitadas. Obtuvo la mayor popularidad entre los creadores de animación y escenas 3D realistas. Como ejemplo de las capacidades de este producto, podemos citar el hecho de que en él se creó toda la animación de la película "Spider-Man 2". Y no solo para esta película.
Dominar completamente las capacidades del editor de Blender requiere una inversión significativa de tiempo y comprensión de todos los aspectos de los gráficos 3D, incluida la iluminación, el escenario y el movimiento. Tiene todas las herramientas conocidas y populares para el modelado volumétrico, y para las herramientas imposibles o aún no inventadas está el lenguaje de programación Python, en el que está escrito el propio editor y en el que puedes expandir sus capacidades tanto como te atrevas.
La comunidad de usuarios de Blender cuenta con más de medio millón de personas y, por lo tanto, no será difícil encontrar personas que ayuden a dominarlo.
Para proyectos simples, Blender es demasiado funcional y complejo, pero para aquellos que van a hacer modelado 3D en serio, es una gran elección.
