Виды 3D-моделирования

3D-моделирование

Сфера 3D-моделирования сегодня безгранична, и с каждым днём появляются новые области её применения. Постараюсь простым языком рассказать о том, что такое 3D-моделирование, сравнить основные виды моделирования, сферы их применения и используемые для этого 3D-редакторы.

Это краткий экскурс для тех, кто интересуется 3D-тематикой и возможностью заняться моделированием. Поэтому заострим внимание только на ключевых моментах, по возможности опуская специфичную терминологию. Прежде всего, нужно определиться с видами 3D-моделирования. В интернете встречается немало способов их классификации, одни и те же виды моделирования носят порой различные названия. Но проще всего классифицировать их по способам реализации.

  1. Параметрическое моделирование
  2. Воксельное моделирование
  3. Полигональное моделирование
  4. Сплайновое моделирование (NURBS)
  5. Скульптинг

Параметрическое моделирование

Параметрическое моделирование
Рис.1 Модель компрессора из программы Компас 3D

Для данного вида моделирование используют САПР — Системы Автоматизированного Проектирования (англ. CAD — Computer-Aided Design). Они приспособлены для проектирования деталей, двигателей, автомобилей, вертолётов и ракет, зданий, и применяются в основном в промышленности, строительстве и 3D-печати. Можно выделить поверхностные и твердотельные модели; а также каркасные, которые удобно использовать для визуализации или имитации траектории движения объекта, чтобы сэкономить ресурсы.

В CAD-программах мы получаем не только визуальный образ, как в случае с полигональным моделированием, а точный электронно-геометрический прототип изделия. Он сохраняет измеримую и рабочую информацию, что позволяет: получать расчёты, чертежи, производить изделие на станках ЧПУ или 3D-принтерах. Как правило, работа с САПР (Компас 3D, AutoCAD, SolidWorks, Inventor) подразумевает наличие профильного инженерного образования. Это не касается желающих напечатать на 3D-принтере какую-нибудь хреновину, полезную в хозяйстве.

Воксельное моделирование

Воксельное моделирование

Воксель (англ. Voxel — новообразование из слов: объёмный и пиксель) — это 3D-кубик, из которых сложен объект в 3D-пространстве. Это аналог двухмерных пикселей, только воксель имеет 6 квадратных граней. Воксельные модели — объёмные объекты, в отличие от полигональных, где полигоны составляют лишь оболочку объектов с полостью внутри. Воксельное моделирование используют в науке и в медицине: компьютерная томография, УЗИ и МРТ. В некоторых армиях мира используют томографию для создания идеально подогнанной обуви для военнослужащих.

Наверняка вы сталкивались с тем, что заказанная в интернет-магазине одежда, не подходит по размеру, росту, фасону. Сегодня с помощью 3D-сканера создают трёхмерные модели человека, и это не занимает много времени. Надо полагать, что в ближайшей перспективе, у каждого человека будет такая модель, что облегчит выбор одежды онлайн. Мы просто сможем заранее оценить, как на нас сидит та или иная вещь в виртуальной «примерочной».

Воксельное моделирование применяют и в разработке игр, но сдерживающим фактором здесь выступает высокое требование к компьютерному «железу». Изюминкой воксельного моделирования в играх считается великолепие ландшафтов, замковых интерьеров и их динамичная трансформация или разрушение. Даже разработчики Minecraft не оставили это без внимания. В целом это невероятно перспективный вид моделирования.

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование

В подавляющем числе случаев виртуальная среда и персонажи в играх, анимационных роликах и кино созданы с использованием полигонального моделирования. Полигоны — это треугольники и четырехугольники (в зависимости от программы), которые составляют сетку на поверхности объекта.

Всё просто: выполнением несложных манипуляций с вершинами и рёбрами полигонов изменяется форма модели. Понятно, что хорошо детализированная модель потребует больших ресурсов.

Для справки: чаще всего в мобильных играх используются модели с небольшим числом полигонов, примерно до 10 тысяч. Высокополигональные модели для AAA проектов могут иметь более миллиона полигонов. Но в большинстве игр для консолей и компьютеров модели содержат среднее количество полигонов.

Наиболее популярные 3D-редакторы: 3Ds Max, Maya, Cinema 4D и Blender.

Сплайновое моделирование

Сплайновое моделирование

Отличительная особенность сплайновых моделей — это плавность формы, возможность сгладить острые края. Поэтому сплайновое моделирование (NURBS-моделирование) применяют при создании биологических объектов: людей, монстров, животных, а также органических объектов; ещё в архитектуре и машиностроении (от простых деталей и элементов фюзеляжа самолётов до космических станций) — везде, где требуются плавные формы.

Такая модель состоит не из полигонов, а из трёхмерных кривых (сплайнов), из которых строится каркас 3D-объекта. Для его создания применяют редактируемые сплайновые примитивы, такие как линия, окружность, дуга, многоугольник, текст и др. Рано или поздно сплайновую модель преобразовывают в полигональную, однако возможность модификации кривых у неё сохраняется.

Если полигональное моделирование можно условно сравнить с растровой графикой, то сплайновое моделирование имеет сходство с векторами. Для чего это сравнение? Сплайновые модели, как и векторные изображения, при увеличении масштаба не теряют в качестве. Отсюда ещё один плюс сплайнового моделирования — более высокая точность.

Используется в CAD-программах, 3Ds Max, Maya.

Скульптинг

Скульптинг

Совсем не случайно понятие скульптинг прочно закрепилось в 3D-моделинге, это прямая аналогия. Если взглянуть примитивно, то создание персонажей действительно напоминает работу скульптора. По сути, это не что иное, как полигональное моделирование, но наличие дополнительных инструментов позволяет создавать персонажи и сцены с высокой детализацией и фотореалистичностью. В программах для скульптинга можно заметно улучшить внешний вид низкополигональных моделей, созданных в сторонних 3D-редакторах.

Программы: Zbrush, 3D Coat, Mudbox, Blender, Modo.

Кстати, для полноценного занятия скульптингом понадобится графический планшет, который многократно ускорит процесс работы над моделью. Возможно, он у вас уже есть. Понятно, здесь не обойтись и без творческих навыков. Помните людей, у которых получалось красочно оформить школьную стенгазету, которые украшали ближайшие заборы затейливыми граффити, «возводили» замки с древними рыцарями в сияющих доспехах в тетрадках по физике или химии? Такие люди всегда встречаются в нашем окружении. Когда они обращаются к созданию 3D-моделей, то достигают на этом поприще больших высот. Всем успехов!

Поделиться с друзьями: