3D-моделирование: сферы применения, этапы, тонкости и ньюансы

Где можно изучить 3д моделинг

Изучение трехмерного моделирования отличается от изучения графического искусства, так как включает в себя освоение достаточно сложных программ.

Новички очень часто бросают обучение 3d моделированию только из-за сложности. Но если смогли преодолеть все трудности и справились с программой выбранного курса, то создают анимацию различного уровня, структурную визуализацию и графику видеоигр.

Самые популярные курсы:

Программа рассчитана на 12 месяцев. За это время каждый студент гарантированно научится работать в самых популярных программах и создаст портфолио из 10 проектов. После завершения обучения будет выдан диплом. Кроме этого, каждый выпускник будет трудоустроен. Это гарантировано договором обучения.

Обучение длится 2 месяца в удобном для студентов формате. Все практические уроки направлены на изучение ZBrush. Каждый студент научится создавать характерных 3д персонажей различной сложности, оживлять их и добавлять соответствующее окружение.

Программа длится 2 месяца и направлена на изучение возможностей AutoCAD. Студенты на практике осваивают все тонкости создания грамотных и понятных чертежей по всем требованиям.

После завершения обучения выпускники могут работать с интерьерами, экстерьерами, строительными проектами на профессиональном уровне.

Обучение длится 5 месяцев и проходит в удобное время. Все материалы курса остаются в бессрочном доступе. Каждый студен на практике учится создавать качественные визуализации, неотличимые от фотографий. Во время обучения будет создано 5 работ для портфолио.

Курс подходит начинающим дизайнерам, так как помогает освоить самые популярные программы с нуля. Теория и практика коснется тем: визуализация различных интерьеров, моделирование по готовым чертежам, настройка света, самостоятельное создание интерьеров на заказ.

Кроме этого, для действующих студентов и выпускников существует бизнес-клуб, в рамках которого проводятся закрытые встречи с профессионалами. Во время обучения каждый студент выполняет задания в своем темпе.

Самые популярные методы изготовления 3D-изделий

Лазерная стереолитография (Stereolithography, LSA) — самая первая технология 3D-печати, когда модели изготавливаются из жидких фотополимерных смол с помощью ультрафиолетового лазера или его аналога.

Методом стереолитографии производят для ювелирного дела сложные изделия с уникальным дизайном

(Фото: form3.artsupport.ch )

Послойное наплавление (Fused Deposition Modeling, FDM) — самая простая и распространенная технология. Она поддерживается всеми программами для проектирования. Трехмерный объект «выращивается» из нагретой пластиковой нити. Недорогие домашние 3D-принтеры обычно работают на этой технологии.

Селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting, SLM) — это самый распространенный метод ЗD-печати металлом. Используя порошки из стали, титана, алюминия или других металлов, можно изготовить геометрически сложные изделия, детали машин и двигателей для промышленности.

Винт из металлического порошка, напечатанный на 3D-принтере

(Фото: youtube.com)

BlocksCAD

Программа BlocksCAD является одним из самых простых в использовании в качестве бесплатного программного обеспечения для 3D-моделирования. Предназначенная для образовательного сектора, платформа во многом напоминает систему LEGO, поскольку она основана на построении различных блоков для получения более сложных конечных деталей. Онлайновое программное обеспечение состоит из сложения и вычитания геометрических фигур на плане с 3 основными осями (x, y, z). Для этого рисунки, действия и параметры должны быть размещены в левой части экрана, чтобы впоследствии они отображались на плане справа. Одним из его преимуществ является то, что оно совместимо с программным обеспечением OpenSCAD, программой с открытым исходным кодом, более продвинутой, чем эта, поэтому созданные рисунки можно перенести в другую программу, как только пользователь приобретет больше опыта. Без сомнения, BlocksCAD является идеальным решением для начала работы с программным обеспечением для 3D-моделирования, и это бесплатно!

Программное обеспечение для 3D-моделирования

В настоящее время применяются разнообразные программы для 3D-моделирования. С каждым годом их становится все больше, так как производители программного обеспечения стремятся удовлетворить потребности широкого круга пользователей, поэтому при возникновении новых запросов они выпускают новые продукты. Встречаются как платные, так и бесплатные программы для 3D-моделирования. Изучим более подробно наиболее популярные из них:

3D Max – широко распространенная программа, подходит для профессиональной работы и предоставляет внушительный функционал. С ее помощью можно создавать анимацию и трехмерную графику, имеются возможности для рисования сложных моделей. Получаемые в результате объекты детально проработаны и затем могут анимироваться. Кроме платной версии программы есть бесплатная версия для студентов.
Maya – профессиональная программа, используемая при съемках фильмов и создании игр. Она обладает широкими возможностями для создания реалистичных моделей высокого качества.
AutoCad – инструмент для эффектного 2D и 3D-моделирования, имеет многоязычный интерфейс, разобраться в котором можно даже без специальных навыков. С его помощью можно вначале нарисовать двухмерную модель, а затем перевести ее в трехмерное изображение. Также можно создавать отдельные объекты и большие конструкции, а также игровые текстуры.
Cinema 4D – многофункциональная программа для трехмерного моделирования и анимации. Отличается понятным интерфейсом и также переведена на русский язык, благодаря чему получила распространение в русскоязычной среде.
Компас 3D – программное обеспечение для создания объемных моделей. Оно основано на математических расчетах и является отличным вариантом для осуществления инженерных проектов. Возможности программы включают не только построение модели, но и математические расчеты для последующего ее изготовления.
Rhinoceros – применяется в архитектуре, кораблестроении, дизайне, а также мультимедийных технологиях. Получила распространение вследствие объемного функционала и возможности импорта и экспорта разнообразных типов файлов.
Blender – программа, позволяющая проводить рендеринг, анимацию, монтаж и последующую обработку. Представленный функционал можно расширить с использованием плагинов. Годится для обучения основам 3D-моделирования.
Wings 3D – элементарная программа для трехмерного моделирования, позволяющая работать с простыми моделями. Простой и незамысловатый интерфейс серьезно упрощает задачу начинающим специалистам. Также исходный код программы открыт для модификации.
Google SketchUp – позволяет создавать и изменять множество видов моделей, дополняя их новыми элементами и текстурами. Имеет обширный функционал для работы над объектами различной сложности.

Где учиться на 3D-моделлера

В кино, игровой индустрии или анимации никто не спрашивает диплом. Здесь смотрят на портфолио и навыки. Всё это можно получить, отучившись на очных или онлайн-курсах. Научиться основам 3D-моделирования можно и самому.

‍

В российских вузах нет факультетов и курсов, где учат именно 3D-моделированию. Если вы хотите работать в этой сфере и при этом получать высшее образование, ищите факультеты, где обучают смежным специальностям. Например:

‍

Художественные вузы и факультеты.

3D-моделлеру нужно разбираться в технике рисования и скульптуры, понимать, что такое размер, объёмы, форма и перспектива. Работе в специальных программах для 3D-моделирования можно научиться за 4–5 месяцев, а вот художественные навыки нарабатываются гораздо дольше.

‍

Художественный вуз будет огромным преимуществом, когда вы придёте в эту профессию.

‍

Факультеты дизайна и компьютерной графики

Непосредственно моделированию там не учат, но дают знания по смежным темам. После окончания такого факультета в дипломе у вас будет указана общая специальность — например, «дизайнер».

‍

Технические и инженерные факультеты

Это направление для тех, кто хочет работать 3D-моделлером в промышленном дизайне: создавать модели машин и зданий.

‍

Очные школы и курсы 3D-моделирования

Школ много, их легко найти в интернете. Преимущества очного обучения:

‍

вы знакомитесь с разными направлениями и можете выбрать, что вам интересно;
в школе преподают практикующие специалисты из разных студий;
вы знакомитесь с преподавателями и сокурсниками из индустрии — в дальнейшем связи помогут найти работу.

‍

Недостатки очной школы — длительность обучения (2 года) и высокая стоимость.

‍

Онлайн-курсы 3D-моделирования

На таких курсах можно быстро и относительно недорого получить начальные навыки. Но если вы слабо разбираетесь в этой сфере и не понимаете, чем конкретно хотите заниматься, есть риск выбрать не совсем тот курс и потерять на этом время и мотивацию.

‍

Самостоятельное обучение

Если вы уже знаете, чего хотите, можно выбрать онлайн-курс и учиться самостоятельно. Если нет, то полезно найти человека, который этим занимается. Он расскажет о разных направлениях, поможет изучить программы, даст обратную связь.

‍

Методы визуализации в 3D-моделировании

Scanline

Сканлайн рендер благодаря своей скорости применяется в видеоиграх и интерактивных сценах. При наличии мощного видеоадаптера с его помощью можно получить четкое изображение с частотой больше 30 кадров в секунду.

Raytrace (метод трассировки лучей)

Целью данного метода является получение изображения с максимальным разрешением подробной детализацией. При этом рендеринг занимает много времени и не подходит для создания анимированной графики в реальном времени.

При использовании рейтрейс-метода от виртуальной камеры для каждого пикселя на воображаемом экране проводятся лучи до ближайшего трехмерного объекта. Цвет точки определяется исходя из того, с каким объектами сталкивается воображаемый луч.

Raycasting (метод бросания лучей)

При этом способе происходит то же самое, что и в предыдущем случае, но здесь рассчитывается только первая поверхность, на которую упадет луч. В зависимости от характеристик объекта и освещенности определяется цвет пикселя изображения. Дальнейшая обработка отраженных от объекта лучей в таком случае не происходит.

Методы визуализации в 3D-моделировании

Radiosity

Смысл такого рендеринга состоит в том, что поверхность объекта освещается не только прямыми источниками света, но и остальными поверхностями, отражающими свет. При этом точка обзора не имеет значения, что увеличивает нагрузку, но полученное изображение характеризуется высоким качеством и реалистичностью. Наилучшего результата можно достичь, используя для рендеринга методы Radiosity и Raytrace одновременно.

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.

Этапы 3D-моделирования

Создание 3D-модели состоит из нескольких этапов.

Создание геометрии модели

На первом этапе создается пространственная геометрическая модель объекта, не учитывающая его физические характеристики. Производятся расчет размеров и построение формы предмета. Используются методы вращения, выдавливания, наращивания, полигонального моделирования.

Создание текстуры объекта

На данной стадии определяется, из каких материалов будет построен объект, разрабатывается его текстура. Именно в этот момент задается степень реалистичности создаваемой модели.

Выбор освещения

На данном этапе возникают сложности, поскольку от указанных параметров зависит восприятие модели, насколько она будет правдоподобной. Указываются тон освещения, степень яркости, резкости, насыщенность теней.

На заключительной стадии 3D-моделирования осуществляется уточнение настроек отображения модели, в частности, добавление специальных эффектов вроде бликов, тумана и т.д. При наличии анимации корректируются ее параметры. Также определяются параметры визуализации (число кадров в секунду, формат конечного видео). Если в результате получается двухмерное изображение, следует выбрать его формат и разрешение.

Постпродакшн

По окончании процесса 3D-моделирования в готовый материал можно включить спецэффекты с использованием программных средств, таких как Adobe Photoshop, Adobe Premier Pro, Adobe Illustrator и т.д. Другими словами, происходит постпродакшн, когда итоговый результат улучшается с применением различных технологий.

3D-моделирование для начинающих

Для создания 3D-моделей при работе с отсканированными данными требуется специализированное ПО. Набор программных продуктов Geomagic для образования позволяет эффективно и легко заниматься реверс-инжинирингом и контролем геометрии. Он поможет обучить будущих технических специалистов современным технологиям проектирования и оценки качества производства, а также усовершенствовать и упросить само обучение работе с программами.

Образовательный комплект Geomagic включает в себя:

ПО Geomagic для SolidWorks – модуль для рабочей среды, позволяющий создавать точные 3D-модели на основе данных объемного цифрового сканирования;
ПО Geomagic Design X – комплексное ПО для трехмерного обратного проектирования;
ПО Geomagic Control X – программная платформа для контроля геометрии и качества при работе с 3D-моделями и CAD-моделями;
техническое обслуживание всех программ на 3 года;
обучающие материалы для студентов в формате видеоуроков;
лицензии на 20 рабочих мест;
бесплатное обучение для преподавателя. Дистанционный курс в формате видеоуроков от центра обучения iQB Technologies рассчитан на 16 часов для каждого продукта.

Пакет программ от Geomagic помогает упростить и ускорить цифровое воспроизведение и проектирование на основе реальных объектов, обеспечивая высокую точность результатов. С его помощью учащиеся смогут сократить время создания сложных 3D-моделей реальных объектов и контроля целостности изготовленных деталей.

Выбираем инструмент для 3D моделирования

Работа в системе САПР требует специфических знаний. Понимание программного обеспечения для 3D моделирования по мнению специалистов приходит не ранее чем через год регулярных занятий. Огромное количество функций, каждая из которых заслуживает детального изучения требует от обучающегося терпения, желания и способностей. Не всегда продукт предлагается на русском языке, что также осложняет процесс усваивания информации.

Простые программы по 3D моделированию для дизайна помещений можно бесплатно скачать и установить на свой компьютер. Практически все они русифицированы и не представляют особых сложностей при изучении. Особой популярностью пользуются пакеты «Дизайн интерьера 3D», Sweet Home 3D 5.6. Растет спрос на программное обеспечение для принтеров объемной печати. Это направление активно развивается, вовлекая все больше новых участников движения. Для них предназначены приложения для 3D моделирования TinkerCAD, 3DSlash, 123D Design, Sketchup и особенно Blender, где есть расширенные возможности для редактирования модели. Не трудно найти обучающие видео с подробным описанием разработки и печати 3D объектов.

Создание деталей на принтере не ограничивается хобби для любителей. Технология используется для изготовления высокоточных деталей и элементов в производстве, медицине

Важно, что полную информацию об объекте печати можно легко передать в интернете в любую точку мира, а затем воспроизвести ее в реальном исполнении

Профессиональные программы проектирования просчитывают огромное количество параметров и характеристик объекта. Поэтому затрачивается большое количество системных ресурсов. Облегчить нагрузку на процессор, разгрузить оперативную память помогают специальные форматы, разработанные производителями программ. Поверхностям назначают качество фактуры, рисунок, шероховатость. Однако они отражаются лишь условно. Получить реалистичную картинку или анимацию можно посредством установки дополнительного программного обеспечения визуализации.

Лидерами на рынке в области вывода специальных расширений в общепринятые форматы являются продукты V-Ray и Corona. Интегрируются они почти во все качественные программы 3D. Процесс реалистичной визуализации проекта получил название рендеринг. После обработки, которая в некоторых случаях может длиться часами, получают детализированное изображение высокого качества. Трудно однозначно сказать, какие продукты лучшие для рендеринга 3D моделей.

По общему объему использования лидирует V-Ray. Однако некоторые функции и скорость обработки некоторых проектов (превью) выше у Corona. Важнее мастерство проектировщика. Используя любой их этих продуктов, специалист получит изображение не уступающего по качеству фотографии в высоком разрешении. Развивается и направление независимого рендеринга, программного обеспечения, которое не надо интегрировать в стандартные 3D пакеты. Например, Octane Render работает самостоятельно.

Этап 5: Печать 3D-объекта

Важнейшими элементами 3D-принтера являются рабочая платформа и печатающая головка. На рабочей платформе происходит формирование готового объекта. Во время работы платформа двигается вверх и вниз по оси Z. Печатающая головка выдавливает на рабочую платформу расплавленную полимерную нить, слой за слоем формируя готовый объект. Печатающая головка 3D-принтера движется по горизонтали и вертикали (оси X, Y).

Конструктивные элементы FDA-принтера

Сам по себе процесс трёхмерной печати довольно прост. Печатающая головка выдавливает в рабочую зону первый слой расплавленного пластика, после чего платформа опускается вниз на толщину слоя и начинается формирование следующего слоя, который накладывается поверх предыдущего. После завершения печати каждого слоя платформа опускается вниз, так происходит на протяжении всего цикла печати, пока на платформе не появится готовый объект.

3D-печать: принтер наносит на платформу первые слои изделия

Печать объекта продолжается. На фото хорошо видны слои, которые наносит печатающая головка

3D-печать на завершающем этапе

Чтобы напечатать трёхмерную модель, принтеру требуется несколько часов, в зависимости от сложности изделия.

Безусловно, у разных моделей 3D-принтеров есть свои особенности функционирования, но базовые принципы остаются неизменными.

3D-печать

3D-печать — это радикально новый подход к воспроизведению объектов, будь то модели и формы для литейного производства, сооружения или человеческие органы. Она выполняется с помощью 3D-принтера — специального станка с программным управлением. 3D-печать может решать некоторые инженерные задачи: например, если создать прозрачную конструкцию, это позволяет увидеть все детали работы механизма.

«Применение 3D-печати будет становиться дешевле и популярнее. Например, если сейчас распечатать металлическую деталь для самолёта очень дорого, то в ближайшем будущем подобные задачи будут всё доступнее».

Кирилл Резниченко, CEO студии RainStyle games

Модели Warhammer 40KФото: Calibanite Lion / Dakka Dakka

«3D-печать находит всё более широкое применение — от косплея до создания устройств и станков. Например, когда Games Workshop перешла с ручной работы на 3D-печать, произошёл резкий скачок в качестве моделей настольной Warhammer 40К. Внешний вид и тактильные ощущения от моделей колоссально выросли, когда их стали моделировать в ZBrush и печатать. Существует 3D-печать домов — конечно, это пока подходит только для тёплых стран. Создающие целые дома огромные принтеры могут решить проблемы целых стран и народов».

Антон Морозов, креативный директор BH Studio

3D-печать используется и в медицине. Один из лидеров 3D-биопринтинга — Organovo. Это медицинская исследовательская компания, проектирующая и разрабатывающая трёхмерные модели человеческих органов.

Демонстрация 3D-биопринтинга человеческого сердца Изображение: NCBI

Organovo использует эту технологию как при терапевтических обследованиях, так и для печати искусственных органов. Она стала первой компанией, которая запустила 3D-биопринтинг как платную услугу.

Кто такой 3d-моделлер

Если не вдаваться в тонкости, 3d-шник – это человек, который занимается созданием моделей и текстур на заказ. Моделлеру дают фото или рисунок и просят сделать также, но в 3d-формате. Конечная работа должна соответствовать заданным требованиям клиента.

3d-технологии используются в виртуальной и дополненной реальности, визуализации интерьеров, киноиндустрии, анимации, рекламном дизайне, создании масок для социальных сетей и т.д. Сложно выделить самую нужную или перспективную сферу, ведь все они по-своему хороши. Создатель 3d-объектов без работы точно не останется – настолько велик спрос.

При этом 3d-моделлер, получив знания по данной специальности, вполне может переключится на любое смежное направление. Он настолько глубоко знает компьютерную графику, что будет в состоянии уйти, например, в рекламный дизайн. Постепенно специфику 3d-работы осваивают дизайнеры и художники, ведь дело вполне прибыльное.

Раньше, чтобы визуализировать, например, проект инфраструктуры жилого комплекса, нужно было делать самый настоящий макет – выпиливать, склеивать, вырезать. Сейчас классическое моделирование тоже применяется, но уже с помощью 3d-печати (в которой опять же используется 3d-моделирование). Или же клиент довольствуется виртуальным дизайном. Аналогичным образом происходит визуализация будущего облика здания или интерьера.

Программы, технологии и процесс 3D-моделирования

Популярные программы для трехмерного моделирования

Где можно изучить 3д моделинг

Самые популярные методы изготовления 3D-изделий

BlocksCAD

Программное обеспечение для 3D-моделирования