הביטוי "תלת מימד" הוא קיצור של "3 ממד" באנגלית, כלומר "3 ממדים". סמלים "3D" (בספרות הרוסית משתמשים לעתים קרובות גם בקיצור "3d") מצביעים על כך שאובייקט או טכנולוגיה שונים מאחרים בכך שיש להם יותר משני ממדים.
לשם מה נועדו מודלים תלת ממדיים?
לכל האובייקטים בעולם האמיתי שלושה ממדים. יחד עם זאת, ברוב המכריע של המקרים, כדי לייצג עצמים תלת מימדיים, אנו משתמשים במשטחים דו מימדיים: דף נייר, בד, מסך מחשב. הפסל יוצר דמויות תלת מימדיות, אך לפני שמתחיל לחצוב פסל מגרניט, הוא יוצר רישומים בהם היצירה העתידית מתוארת בכמה תצוגות - מכל עבר. כמו כן, אדריכל או מעצב עובד על ידי הצגת תצוגות שטוחות של מוצרים או מבנים מעוצבים על נייר ווטמן או על מסך מחשב.
נושא ה"רישום "במסגרת חינוך חובה מכוון ללמד דוגמנות תלת מימדית - התיאור המדויק של אובייקטים בעלי נפח, על גבי משטח שטוח דו ממדי של דף נייר. בנוסף, מלמדים ילדים דוגמנות תלת מימד בשיעורי דוגמנות פלסטלינה בגן ובבית הספר היסודי. כל כך הרבה תשומת לב לדוגמנות תלת ממדית בתהליך החינוכי אינה מקרית. בכל פעילות ליצירת אובייקטים אמיתיים, עליכם לקבל מושג טוב כיצד ייראה אובייקט זה מכל עבר. חייט ומעצב בגדים חייב לדעת כיצד חליפה או שמלה יתאימו לאדם עם דמות מסוימת. המספרה יוצרת תספורת ותסרוקת שיהיה להם נפח ונראה שונה מזוויות שונות. התכשיטן מדגמן את תכשיטיו. על רופא השיניים לא רק ליצור שן מלאכותית יפה, אלא גם לקחת בחשבון את מיקומה ביחס לשאר שיני המטופל. הנגר חייב להיות מסוגל להתאים בצורה מדויקת מאוד את מפרקי החלקים התלת מימדיים. הוא גם רוצה לראות חזותית כיצד הרהיטים שהוא מעצב יהיו נוחים לשימוש ואיך הם ישתלבו בפנים.
במשך זמן רב, נציגי מקצועות שונים השתמשו בציורים, המורכבים מסוגים רבים, לצורך דוגמנות תלת מימדית. עם ריבוי המחשבים האישיים התאפשר להפקיד חלק ממשימת יצירת המודלים התלת מימדיים לתוכנה. מערכות אוטומציה לתכנון (CAD) היו הראשונות שכללו את הפונקציונליות של תצוגה דינמית של אובייקטים תלת מימדיים שנוצרו במישור המסך. משמעות המילה "דינמית", במקרה זה, היכולת לסובב את התמונה של אובייקט תלת מימדי על המסך ולראות אותו מכל עבר. עם זאת, הדינמיקה של מודל תלת מימד יכולה להיות גם יכולתו של המודל לשנות את צורתו ולנוע. ליוצרי הסרטים המצוירים ומשחקי המחשב יש צורך בפונקציונליות כזו.
במחצית השנייה של המאה העשרים, אפילו בעידן טרום המחשב, הופיעו טכנולוגיות לטיפול תלת מימדי במשטח. זמן קצר לאחר תום מלחמת העולם השנייה מימן חיל האוויר האמריקני את עבודת חברת פרסונס בע מ כדי ליצור מכונות שיכולות לטחון חלקים מורכבים על פי אלגוריתם נתון. עבודות אלה הובילו ליצירת סוג שלם של כלי מכונה לבקרת מספרי מחשב (CNC). תכנון אלגוריתמי עבודה למכונות CNC הוא משימה נוספת מתחום הדוגמנות בתלת מימד.
בשנת 1986, המהנדס האמריקני צ'רלס וו. הול יצר מדפסת שהדפיסה אובייקטים תלת מימדיים באמצעות סטריאוליטוגרפיה. בהמשך הופיעו מדפסות תלת מימד שהדפיסו מוצרים תלת מימדיים ממגוון רחב של חומרים, כולל מדפסות להדפסת איברים אנושיים, או, למשל, מדפסות המדפיסות קישוטי קונדיטוריה וארוחות מוכנות. כיום ניתן לקנות מדפסת תלת מימד פשוטה אך פונקציונלית למדי במחיר של סמארטפון ולהדפיס עליו חפצים נפחיים לבית, או פרטים על דגמים ומכשירים שונים.כל מדפסות התלת מימד להדפסה מקבלות מודל תלת מימדי כקלט בפורמט ספציפי.
עקרונות בסיסיים של דוגמנות תלת מימד
תנאי מוקדם לדוגמנות תלת מימד הוא קיומו של דמיון מרחבי. חשוב להיות מסוגלים לדמיין את התוצאה העתידית של העבודה, לסובב נפשית ולבחון אותה מכל עבר, וכן להבין מאילו אלמנטים המודל מורכב, מאילו הזדמנויות הוא מספק ואילו מגבלות הוא מטיל. מטבע הדברים הדמיון המרחבי של כולם מפותח בדרגות שונות, אולם, ממש כמו אוריינות או אוזן למוזיקה, ניתן לפתח אותו. חשוב לא לוותר, לומר לעצמך ששום דבר לא מסתדר, אלא לצבור ניסיון על ידי יצירת מודלים פשוטים בהתחלה, ולעבור בהדרגה למורכבים יותר.
אם בתוכנית CAD כלשהי אתה מצייר שלושה מלבנים ומסדר אותם בהתאם לכללי השרטוט, אז מודול התצוגה של המודל התלת מימדי של התוכנית יוכל ליצור ולהציג על המסך את ה- parallelepiped המתאים לשלושת התחזיות הללו. כמו כן, על ידי ביצוע כללי השרטוט, תוכלו ליצור מודל של כמעט כל חלק.
כל התוכניות עבור דוגמנות תלת מימד הן וקטוריות משמעות הדבר היא שהם מתארים אובייקטים לא כאוסף של נקודות נפרדות, אלא כמערכת נוסחאות ועובדים רק עם אובייקטים שלמים. אם אתה צריך לשנות או להזיז רק חצי מאובייקט, תצטרך לחתוך אותו (אם יש כלי שמאפשר לך לעשות זאת) ולתקן את החצאים כאובייקטים חדשים. כדי לעבוד עם עורך וקטורי, אין צורך לדעת נוסחאות מתמטיות, הן כלולות בתוכנית. תוצאה חשובה ושימושית בגישה זו היא שניתן להזיז, לשנות ולשנות כל אובייקט מבלי לפגוע באיכות. מצד שני, התוכנית לא תבין אותך אם תנסה לצייר מלבן, למשל, על ידי הצבת נקודות רבות לאורך גבולותיה שנוגעות זו בזו חזותית. עבור התוכנית, זה יהיה רק הרבה נקודות, ולא מלבן. היא לא תוכל לבצע פעולות עם המלבן הזה, לדעתך. כדי ליצור מלבן, עליך לבחור כלי מתאים ולהשתמש בו. ואז התוכנית תאפשר לך לבצע כל פעולה עם האובייקט שנוצר: לשנות אותו, להזיז אותו לנקודה נתונה, למתוח, להתכופף וכו '. כמו כן, מרבית התוכנות לדוגמנות תלת מימד לא יוכלו לעבוד עם גרפיקה בפורמט רסטר (bmp, jpg, png,
דוגמנות תלת מימד מ"לבנים"
הרוב המכריע של הפרטים הטכניים הם שילוב של פרימיטיבים נפחיים: מקבילים, כדורים, מנסרות וכו '. לכל כלי לדוגמנות תלת מימד יש ספרייה של פרימיטיבים נפחיים והוא מסוגל לשחזר אותם, תוך התחשבות בפרמטרים שצוינו על ידי המשתמש. על מנת, למשל, ליצור דגם של גליל, מספיק לבחור את הכלי המתאים בתוכנית ולהגדיר את הקוטר והגובה. כמו כן, כל התוכניות לעיצוב תלת מימדי מסוגלות לבצע לפחות שתי פעולות מתמטיות עם דמויות תלת מימד: חיבור וחיסור. כך, למשל, לאחר שיצרת שני גלילים מפרימיטיביים: אחד בקוטר 5 ס"מ וגובה 1 ס"מ, והשני בקוטר 3 ס"מ וגובה ברור יותר מ -1 ס"מ, אתה יכול לשלב אותם לאורך ציר מרכזי וחסר את השני מהגליל הראשון (הגדול יותר) … התוצאה היא מכונת כביסה בעובי של 1 ס"מ בקוטר חיצוני של 5 ס"מ וקוטר פנימי של 3 ס"מ. אם יש לך למשל סט נפרד של עצמים נפרדים: "ראש ללא אוזניים ואף", "אף", " אוזן שמאל "ו"אוזן ימין", אז אתה יכול לחבר אותם ולהוסיף אותם כדי ליצור אובייקט חדש "ראש עם אוזניים ואף". אם יש לך ספריית אוזניים, אפים וראשים בצורות שונות, תוכל לעבור על ידי אותם ליצור מודל של ראש חברך (או משלך). ואז, על ידי הפחתת אובייקט "הפה" מהראש שנוצר, אתה יכול לקבל ראש עם פה.יצירת מודל תלת-ממדי מ"לבנים ", חפצים הזמינים בספריית התוכניות או הנטענים בתוכנית מבחוץ, היא דרך אחת הדרכים הפופולריות ביותר.
כמובן, אין "אבני בניין" לכל המקרים בתוכנית כלשהי. עם זאת, ניתן ליצור אובייקטים רבים על ידי העברת אובייקטים אחרים בחלל או על ידי שינוי אותם. לדוגמא, אתה יכול ליצור את אותו גליל בעצמך על ידי לקיחת מעגל כבסיס ולהזזתו כלפי מעלה, תוך שמירה על כל שלב על ידי הוספת המיקומים באובייקט אחד. אם לתוכנית יש כלי כזה, היא תעשה הכל בפני עצמה, אתה רק צריך לציין: לאורך איזה מסלול וכמה רחוק אתה צריך להזיז את הבסיס. אז מכונת הכביסה שנוצרה על פי הטכנולוגיה שתוארה לעיל, תוכלו ליצור אובייקט חדש - צינור. כולל - צינור עם כיפופים רבים בכל עקמומיות נתונה. נקודה חשובה: לשם כך, המעגל חייב להיות תלת מימדי בתחילה. תנו - בעובי זניח, אך לא שווה לאפס. לשם כך על התוכנית לכלול כלי להמרת דמות שטוחה בעובי אפס לתלת מימד עם עובי זניח אך ספציפי.
דוגמנות תלת-ממדית מצולעים
תוכניות דוגמנות תלת מימד רבות עובדות עם סוגים מיוחדים של אובייקטים הנקראים "רשתות". רשת היא רשת מצולעת, או אוסף של קודקודים, קצוות ופנים של אובייקט תלת ממדי. כדי להבין אובייקט שמורכב מרשתות, אתה יכול להסתכל, למשל, על רובוט שנוצר מחלקי לגו. כל חלק הוא רשת נפרדת. אם הגודל הממוצע של חלק לגו הוא 1 ס"מ, ואתה מרכיב רובוט בגובה 50 ס"מ, ניתן יהיה לזהות את התמונה (של אדם, למשל) שהנחת בו. עם זאת, הריאליזם של פסל כזה יהיה בינוני מאוד. שיחה נוספת, אם אתה יוצר רובוט בגובה 50 ק"מ מחלקים בגודל ממוצע של 1 ס"מ. אם תעבור מרחק הגון לראות את כל פסל הענק, לא תבחין בזווית המשטח והרובוט יכול להיראות כמו אדם חי עם עור חלק.
הרשת יכולה להיות קטנה ככל שתרצו, מה שאומר שתוכלו להשיג כל חלקות חזותית של משטח הדגם. ביסודו של דבר, בניית אובייקט מרשתות זהה לאמנות פיקסל בתמונה דו ממדית. עם זאת, אנו זוכרים שמכלול הנקודות בצורת מלבן אינו אובייקט "מלבן". המשמעות היא שכדי שהתמונה שנוצרה מהרשתות תהפוך לאובייקט תלת מימדי, יש למלא את קווי המתאר שלה בנפח. ישנם כלים לכך, אך לעיתים קרובות הם נשכחים על ידי המצטרפים המודלים לתלת מימד. בדיוק כמו העובדה שכדי שמשטח (כדור, למשל) יהפוך לדמות נפחית, עליו להיות סגור לחלוטין. כדאי להסיר נקודה אחת (רשת אחת) מהמשטח הסגור המוגמר, והתוכנית לא תוכל להפוך אותה לאובייקט תלת ממדי.
התנועה והמראה של מודל התלת מימד
תאר לעצמך ליצור חפץ מכונית מרשתות, או בכל דרך אחרת. אם בתוכנית למידול תלת מימדי אתה מגדיר את המסלול ואת מהירות התנועה של נקודה כלשהי בתוך האובייקט על ידי הנוסחה, וקובע את התנאי שכל הנקודות האחרות ינועו באופן סינכרוני, אז המכונית תיסע. אם במקביל נבחרים גלגלי המכונית כעצמים נפרדים ומוקצים מסלולים נפרדים של תנועה וסיבוב למרכזיהם, אז גלגלי המכונית מסתובבים בדרך. על ידי בחירת ההתאמה הנכונה בין תנועת גוף המכונית לגלגליו, תוכל להשיג את הריאליזם של הסרט המצויר הסופי. כמו כן, תוכלו לבצע מהלך "אנושי", אך הדבר דורש הבנה של האנטומיה האנושית והדינמיקה של הליכה או ריצה. ואז - הכל פשוט: שלד נוצר בתוך האובייקט, ולכל אחד מחלקיו מוקצים חוקי תנועה משלו.
אובייקט שנוצר בתכנית דוגמנות תלת מימדית יכול בצורותיו לחזור לחלוטין על מדגם אמיתי מחייו או הפנטזיה של היוצר, הוא יכול לנוע באופן ריאליסטי, אך עדיין יהיה חסר לו מאפיין אחד נוסף כדי להתאים אותו לחלוטין.מאפיין זה הוא מרקם. צבע וחספוס פני השטח קובעים את תפיסתנו, ולכן לרוב עורכי התלת מימד יש גם כלים ליצירת מרקמים, כולל ספריות של משטחים מוכנים: מעץ ומתכת ועד למרקם הדינמי של ים גועש באור הירח. עם זאת, לא כל משימות הדוגמנות בתלת מימד דורשות פונקציונליות כזו. אם אתה יוצר מודל להדפסה במדפסת תלת מימד, אז המרקם של פני השטח שלה ייקבע על ידי החומר שיודפס. אם אתה מעצב ארון ב- CAD ליצרני רהיטים, כמובן, מעניין יהיה לך "להלביש" את המוצר במרקם של מיני העץ שנבחרו, אך יהיה הרבה יותר חשוב לבצע חישובי חוזק ב אותה תוכנית.
פורמטים של קבצים בדוגמנות תלת מימד
תוכנה ליצירה, עריכה וייצור אובייקטים תלת מימדיים מוצגת בשוק על ידי עשרות יישומים וחבילות. מפתחים רבים של תוכנות כאלה משתמשים בתבניות קבצים משלהם כדי לשמור תוצאות סימולציה. זה מאפשר להם לנצל טוב יותר את המוצרים שלהם ומגן על העיצוב שלהם מפני שימוש לרעה. ישנם למעלה ממאה פורמטים של קבצים תלת ממדיים. חלקם סגורים, כלומר היוצרים אינם מאפשרים לתוכניות אחרות להשתמש בפורמטים של קבצים. מצב זה מסבך מאוד את האינטראקציה של אנשים העוסקים בדוגמנות תלת מימד. לעיתים קרובות פריסה או מודל שנוצר בתוכנית אחת קשה מאוד או בלתי אפשרי לייבא ולהמיר בתוכנית אחרת.
עם זאת, ישנם פורמטים פתוחים של קבצי גרפיקה תלת מימד המובנים כמעט לכל התוכניות לעבודה עם 3d:
. COLLADA הוא פורמט אוניברסלי מבוסס XML שתוכנן במיוחד להחלפת קבצים בין תוכניות ממפתחים שונים. פורמט זה נתמך (בחלק מהמקרים נדרש תוסף מיוחד) על ידי מוצרים פופולריים כמו Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. כמו כן, פורמט זה יכול להבין את הגרסאות העדכניות ביותר של Adobe Photoshop.
. OBJ - פותח על ידי Wavefront Technologies. פורמט זה הוא קוד פתוח ואומץ על ידי מפתחים רבים של עורכי גרפיקה תלת ממדית. לרוב תוכנות הדוגמנות התלת מימדית יש את היכולת לייבא ולייצא קבצי.obj.
. STL הוא פורמט המיועד לאחסון קבצים המיועדים להדפסה באמצעות סטריאוליטוגרפיה. מדפסות תלת מימד רבות כיום יכולות להדפיס ישירות מ-.stl. הוא נתמך גם על ידי פרוסות רבות - תוכניות להכנת הדפסה במדפסת תלת מימד.
עורך תלת מימד מקוון tinkercad.com
האתר tinkercad.com, שבבעלות Autodesk, הוא הפיתרון הטוב ביותר למי שמתחיל לעשות דוגמנות תלת מימד מאפס. לגמרי חופשי. קל ללמוד, באתר ישנם מספר שיעורים המאפשרים לך להבין את הפונקציונליות העיקרית תוך שעה ולהתחיל. ממשק האתר תורגם לרוסית, אך השיעורים זמינים באנגלית בלבד. עם זאת, ידע בסיסי באנגלית מספיק בכדי להבין את השיעורים. בנוסף, לא קשה למצוא מדריכים בשפה הרוסית ותרגומי שיעורי טינקרק באינטרנט.
מספר רב של פרימיטיבים נפחיים זמינים בסביבת העבודה של האתר, כולל אלה שנוצרו על ידי משתמשים אחרים. ישנם כלים לשינוי גודל, הצמדה לרשת קואורדינטות ולנקודות מפתח של אובייקטים. ניתן להמיר כל חפץ לחור. ניתן לשלב אובייקטים נבחרים. כך מיושמת חיבור וחיסור של אובייקטים. ההיסטוריה של התמורות זמינה, כולל עבור אובייקטים שנשמרו לאחרונה, וזה מאוד נוח כשאתה צריך לחזור צעדים רבים אחורה.
לאלה שהפונקציות האלמנטריות שתוארו לעיל אינן מספיקות עבורן, קיימת פונקציונליות לכתיבת סקריפטים ובהתאם ליצירת סקריפטים מורכבים לשינוי אובייקטים.
אין כלים לחיתוך חפצים. אין מצולעים בצורתם הטהורה (המודל המצולע מיושם, במידה מסוימת, בפרימיטיבים של אובייקט מפותל). ללא מרקמים. עם זאת, tinkercad מאפשר לך ליצור אובייקטים מורכבים ואמנותיים למדי.
תומך בייבוא וייצוא של קבצים בפורמטים STL, OBJ, SVG.
SketchUp
עורך גרפי תלת מימד מקצועי למחצה מבית Trimble Inc, שנרכש לפני מספר שנים על ידי חברת Google. עלות גרסת ה- Pro 695 דולר. קיימת גרסה מקוונת בחינם עם פונקציונליות מוגבלת.
לפני שנתיים הייתה גרסת שולחן עבודה חינמית של העורך, אך כיום רק הגרסה המקוונת זמינה ללא כסף. בגרסת האינטרנט יש כלי ציור פשוטים, יצירת עקומות וכלי Extrude המאפשר ליצור מוצק מתמונה שטוחה. גם בגרסת האינטרנט ישנם שכבות ומרקמים. ישנה ספרייה של אובייקטים ומרקמים שנוצרו על ידי המשתמש.
ייבוא אפשרי לקבצים בפורמט משלו (פרויקט SketchUp). ניתן גם להוסיף קובץ.stl לסצנה כאובייקט.
קישורים עם גוגל מאפשרים ל- SketchUp להשתלב בשירותי ענקית האינטרנט. זו לא רק גישה לאחסון ענן, שם תוכלו למצוא סצנות ואובייקטים מוכנים רבים לשימוש בעבודה שלכם, אלא גם היכולת לייבא תמונות לוויין ואוויר מגוגל אדמה ליצירת סצינות מציאותיות.
באופן כללי, היכולות של הגרסה החינמית של SketchUp גבוהות באופן ניכר מהפונקציונליות הקיימת ב- tinkercad, אך לעתים קרובות אתר SketchUp מאט כשמנסים לבצע פעולות רציניות, כאילו רומזות שעדיף לעבור לגירסה בתשלום. של המוצר. הגרסה החינמית של SketchUp מעלה הצעה לשלם כסף כדי להרחיב את יכולותיה כמעט בכל צעד ושעל.
בהתחשב בכך של- SketchUp Pro יש פונקציונליות טובה והוא נמצא בשימוש נרחב, למשל, בעיצוב רהיטים או בפיתוח עיצוב פנים, אנו יכולים להמליץ על שליטה בגרסת האינטרנט החינמית של המוצר למי שרוצה לעשות צעד לעבר דוגמנות רצינית, אך עדיין לא בטוחים בחוזקות ובכדאיות שלהם במעבר לגרסאות בתשלום.
מַמחֶה
בלנדר הוא פרויקט אגדי המראה, יחד עם לינוקס או PostgreSQL, כי קהילת מתכנתים המאוחדת על ידי הרעיון של הפצת תוכנה חופשית יכולה לעשות כמעט כל דבר.
בלנדר הוא עורך גרפיקה תלת-ממדי מקצועי עם אפשרויות כמעט בלתי מוגבלות. הוא זכה לפופולריות הגדולה ביותר בקרב יוצרי האנימציה וסצינות תלת ממדיות מציאותיות. כדוגמה ליכולות של מוצר זה, אנו יכולים לצטט את העובדה שכל האנימציה לסרט "ספיידרמן 2" נוצרה בו. וגם - לא רק עבור הסרט הזה.
שליטה מלאה ביכולות של עורך הבלנדר דורשת השקעה משמעותית של זמן והבנה של כל ההיבטים של גרפיקה תלת ממדית, כולל תאורה, הגדרת במה ותנועה. יש בו את כל הכלים הידועים והפופולאריים לדוגמנות נפחית, ולכלים בלתי אפשריים או שעדיין לא הומצאו יש את שפת התכנות של פייתון, בה נכתב העורך עצמו ובו תוכלו להרחיב את יכולותיו ככל שתעזו.
קהילת המשתמשים של בלנדר מונה יותר מחצי מיליון איש ולכן לא יהיה קשה למצוא אנשים שיעזרו לשלוט בה.
עבור פרויקטים פשוטים, בלנדר הוא פונקציונלי ומורכב מדי, אך עבור מי שיעשה דוגמנות תלת מימד ברצינות, זו בחירה מצוינת.
