3D моделирование - основные направления

Здравствуйте уважаемые читатели! Данная статья рассчитана на людей удаленно знакомых с 3D моделированием, но желающих либо расширить свои знания в этой теме, либо на тех, кому по каким-то причинам стало необходимо заказать или создать самому 3D модель. Отталкиваться в статье будем от самых азов, чтобы у читателя было детальное понимание того, что ему нужно.

Я сам работаю инженером-конструктором уже более 15 лет, работаю в 3-4 разных программах, поэтому думаю информация в данной статье вам будет весьма интересна.

3D моделирование уже давно стало неотъемлемой частью разных отраслей жизнедеятельности человека начиная от создания простейших пластиковых игрушек для новорожденных и заканчивая оборонной и атомной промышленностью. Да, да! Пластиковая игрушка вашего годовалого ребенка и составные части атомного ледокола вполне могут быть спроектированы в одном и том же программном обеспечении.

Есть несколько основных, но принципиально разных направлений 3D моделирования, которые используются в разных отраслях. Начнем наше рассмотрение с каркасного (mesh) моделирования. Рекламная индустрия, производство видео игр, анимационных роликов и фильмов. В данных сферах используется каркасное (mesh) моделирование или как еще его называют полигональное моделирование. Суть данного метода 3D моделирования заключается в том, что модель создается из оболочек разбитых на треугольник и четырехугольники (полигоны) (Рис. 1). Высокую полигональность модели или низкую выбирают в зависимости от нужд конкретной сцены. Чем более высокополигональная модель, тем более реалистичной она будет, но размеры файла и загруженность общей сцены значительно возрастают.

Моделирование с полигональными моделями происходит путем манипуляций с вершинами и ребрами полигонов (Рис. 2). На выходе мы получаем оболочку (образ) модели готовый для текстурирования (наложение материала на поверхность полигонов) и визуализации. Если такой объект мысленно разрезать пополам, то внутри него будет пустота. Программное обеспечение Autodesk 3Ds Max, и Autodesk Maya являются многолетними лидерами в данной сфере 3D моделирования.

Так же существует такое направление как 3D-скульптинг (Рис.3). 3D-скульптинг представляет собой процесс лепки модели, то есть деформирование её полигональной сетки специальными кистями. Можно сравнить с лепкой руками из пластилина или глины. Только в программах 3D моделирования пальцы заменены на инструмент кисть, а пластилин на полигональную сетку. Таким способом получают в основном модели органических форм. Лидерами программного обеспечения для данной сферы 3D моделирования являются ZBrush и Autodesk Mudbox. Полученные полигональные модели можно распечатать на 3D принтерах, так же перекинуть данные модели в программы для программирования механической обработки заготовки для получения самой модели, либо пресс-форм для её литья. Это способы с помощью которых полигональная модель может перекочевать в реальный мир. Полигональное моделирование в основном используют люди творческих профессий, такие как дизайнеры, художники, скульпторы.

Теперь перейдем к 3D CAD моделированию. 3D CAD (твердотельное моделирование) принципиально другой тип моделирования, если сравнивать его с полигональным описанным выше. Говоря простым языком если мы разрежем мысленно модель, то внутри она не будет пустой (Рис.4). 3D CAD (3-Dimensional Computer Aided Design, автоматизированное проектирование трехмерных изделий) – эту технологию инженеры и промышленные дизайнеры используют для виртуального прототипирования изделий которые в последствии планируется выпускать. С помощью 3D CAD моделирования проектировщики могут динамически создавать и изменять каждый элемент детали или сборки. Программы 3D CAD моделирования упрощают и автоматизируют и другие аспекты проектирования изделий: анализ модели на разнообразные нагрузки в CAE (Computer Aided Engineering) модуле или в отдельных программах, написание управляющих программ на механическую обработку на станках с ЧПУ в CAM (Computer Aided Manufacturing) модуле или отдельной программе.

В 3D CAD модели можно произвести любые виды измерений (объём, определение центра тяжести и т.д.) применив настройки нужного материала к модели. На базе 3D CAD модели создаются детальные чертежи для отправки на производство или, если речь идет об аддитивном производстве, на 3D-принтер. Можно также произвести визуализацию этих моделей для создания реалистичных изображений, которые можно включить в материалы для презентаций.

При создании и изменении геометрии в 3D CAD программах используются два метода: моделирование на базе дерева построения и без него. При моделировании на базе дерева построения структура и порядок создания элементов строго упорядочены. В данном методе при изменении точных размеров можно предсказать результаты перестроения в последующих элементах модели. При моделировании без дерева построения последовательность построения модели не фиксируется и не учитывается. В детали нет элементов, основанных на эскизах. Редактируется такая модель путем выбора и изменения необходимых элементов.

3D CAD моделирование отлично подойдет для создания промышленных моделей любой сложности начиная от сложнейших промышленных сооружений до флаконов для духов, но 3D CAD моделирование категорически не подходит если вам нужно сделать модель мятого окурка в пепельнице или скомканной майки на стуле, для этого как раз и предназначено полигональное моделирование.

3D CAD моделирование это точный инструмент и при работе в нём, нужно всегда в голове держать образ конечной модели и алгоритм действий, который образует форму модели. Не всегда задуманную геометрию сложной формы можно реализовать в модуле твердотельного моделирования, и тогда стоит воспользоваться модулем поверхностного моделирования. Модуль поверхностного моделирования позволяет строить геометрию сложной формы поверхностями нулевой толщины и по завершению сшивать эти плоскости в единую, тем самым получать твердотельную модель сложной формы.

Основное отличие описанных выше двух направлений 3D моделирования в том, что при полигональном моделировании мы получаем в большинстве случаев лишь визуальный образ, а при 3D CAD моделировании мы получаем электронно-геометрическую модель изделия.

Программного обеспечения для 3D CAD моделирования огромное количество. Ведущими из них являются CATIA, Siemens NX, SolidWorks, Autodesk Inventor.

Надеюсь данная статья была вам полезна и интересна! Если возникли вопросы пишите на почту.