Полигональное моделирование: технология, виды, методики

Существует несколько способов 3Д моделирования, которые использует 3Д моделлер: полигональное, сплайновое и NURBS моделирование. Они могут применяться как отдельно, так и комплексно.

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование – это вид 3Д моделирования, который появился в то время, когда для определения местонахождения точки необходимо было вручную вводить ее координаты по осям X, Y, Z. Если три точки координат задать как вершины и соединить их ребрами, то получится треугольник, который в 3Д моделировании называют полигоном.

Полигон с тремя вершинами называется триангулированным полигоном, с четырьмя вершинами – квадриангулированным полигоном.

Если посмотреть на модели, созданные с помощью полигонов, то можно заметить, что большинство из них созданы именно полигонами с четырьмя и тремя вершинами.

Каждый полигон может иметь собственную текстуру и цвет, а объединив несколько полигонов можно получить модель любого объекта. Соединенные между собой полигоны образуют полигональную сетку или полигональный объект.

Для того, чтобы края модели не имели граненого вида, необходимо, чтобы полигоны были малого размера, а поверхность объекта состояла из маленьких плоскостей.

Если предполагается точное моделирование объекта (высокополигональное моделирование), либо в дальнейшем увеличение его изображения, то необходимо строить модель с большим количеством полигонов, хотя, если на модель объекта смотреть издали без приближения, достаточно будет небольшого количества полигонов. Такие модели будут называться высокополигональными и низкополигональными соответственно.

Несмотря на то, что полигональное моделирование используется довольно таки часто, особенно в создании трехмерных компьютерных игр реального времени, в последнее время наблюдается переход от моделирования полигонов к работе со сплайнами (сплайновое моделирование).

Сплайновое моделирование

Сплайновое моделирование – это вид 3Д моделирования, при котором модель создается при помощи сплайнов (Сплайн − от англ. spline – гибкое лекало, в 3D – это трехмерная кривая).

Линии сплайнов задаются трехмерным набором контрольных точек в пространстве, которые и определяют гладкость кривой.

Все сплайны сводятся к сплайновому каркасу, на основе которого уже будет создаваться огибающая трехмерная геометрическая поверхность.

Кроме того, в сплайновом моделировании используются сплайновые примитивы (параметрические объекты, используемые для моделирования объекта). Базовыми сплайновыми примитивами являются:

1. Линия (Line);
2. Дуга (Arc);
3. Спираль (Helix).
4. Окружность Circle (Circle);
5. Кольцо (Donut);
6. Эллипс (Ellipse);
7. Прямоугольник (Rectangle);
8. Многоугольник (NGon);
9. Многоугольник в виде звезды (Star);
10. Сечение (Section);
11. Сплайновый текст (Text).

В различных программах, позволяющих работать со сплайнами, есть и другие более сложные сплайновые объекты. Преимущество сплайновых объектов в том, что они обладают гибкими настройками и всегда можно вернуться к изменению их формы.

Сплайновое или полигональное моделирование?

Сплайновое моделирование – более точное, и при масштабировании (приближении) качество объекта не меняется. При сплайновом моделировании форма кувшина описывается множеством кривых по экватору шара. Поверхность, построенную с помощью сплайнов можно масштабировать и изготавливать с такой точностью, которая необходима и которую можно задать на этапе прототипирования.

Формы кувшина, созданные с помощью полигонов, имеют различную степень детализации между плоскостями.

Изделие с 260 полигонами имеет степень детализации 35 градусов, с 520 полигонами – 25 градусов, с 1280 полигонами – 10 градусов между гранями.

Несмотря на то, что издалека изделие кажется гладким, а количество полигонов более 1000, при изготовлении такого объекта будут небольшие шероховатости, поскольку даже на маленьком объекте заметен угол в 10 градусов между плоскостями.

Полигональное и сплайновое моделирование можно сравнить с помощью растрового и векторного изображений: векторное изображение можно масштабировать в любых пределах и его качество не будет теряться, а при увеличении растрового изображения будет теряться качество линий. Более наглядно на картинке:

3Д модели, созданные с помощью сплайнового или полигонального моделирования, сохраняются, как правило, в двух форматах: форматы IGES и STL соответственно. Чаще всего на установках прототипирования используются форматы STL, но с помощью специальных программ формат IGES можно перевести в STL. Обратите внимание, что обратное преобразование невозможно.

Частным случаем сплайнового моделирования, который уже стал отдельным видом 3Д моделирования, является NURBS моделирование.

NURBS моделирование

NURBS моделирование или технология Non-Uniform Rational B-Spline – это технология неоднородных рациональных В-сплайнов, создание плавных форм и моделей, у которых нет острых краев, как у полигональных моделей. Именно из-за этой отличительной черты технологию NURBS применяют для построения органических моделей и объектов (растений, животных, людей).

NURBS-кривые, используемые в данном моделировании, бывают двух видов: Р (Point) кривые и CV (Control Vertex) кривые. Point кривые управляются вершинами, находящимися непосредственно на самой линии или объекте, а Control Vertex кривые управляются точками, лежащими за пределами линии или объекта. Разницу наглядно видно на иллюстрации:

Программы для 3Д моделирования

• Autodesk 3d max (с помощью данной программы были созданы некоторые сцены таких фильмов, как «Матрица», «Парк юрского периода», «Лара Крофт» и другие);

• Autodesk Maya (очень популярная программа в кинематографе. С помощью нее были созданы персонажи Голлум («Властелин колец»), мышонок Литтл Стюарт и даже Шрек);

• Autodesk Softimage (с помощью данной программы создавались рекламные ролики M&M's и Coca-Cola, фильмы «Город грехов», «Аватар», «Братья Гримм»);

• Autodesk Mudbox – программа, специализирующаяся на высокополигональном моделировании;
• ZBrush от Pixologic – программа специально созданная для высокополигонального моделирования и 3Д скульптинга;
• Houdini от компании Side Effects Software;
• Lightwave 3D от компании NewTek;

• Modo от компании Luxology;

• Rhinoceros 3D – программа, специализирующаяся на NURBS моделировании;
• Cinema 4d от компании Maxon;
• прочие.

Команда 3Д дизайнеров и моделлеров KOLORO обладает большим опытом в создании 3Д моделей, мы используем различные виды моделирования и различные программы для моделирования объектов. К каждому заказчику у нас индивидуальный подход, и в процессе работы с ним, мы оказываем необходимую поддержку, консультируем по спорным и сопутствующим вопросам. Мы гарантируем высокое качество выполненных нами работ и четкое соблюдение условий и требований клиента.

Свяжитесь с нами по телефону или заполните форму обратной связи для того, чтобы мы могли предложить Вам оптимальную схему выполнения вашего проекта. Отправьте нам свою 3Д модель для просчета стоимости. Консультации и просчет стоимости — бесплатно!

Наши контакты: +38(057)-760-26-05; +38(057)-760-26-06; +38(099)-618-87-50; [email protected].

Источник: https://koloro.ua/blog/3d-tekhnologii/vidy-3d-modelirovaniya-poligonalnoe-splajnovoe-i-nurbs-modelirovanie.html

Основные принципы моделирования различных объектов с полигональной структурой. Часть 1

В этой статье попробуем разобрать основные моменты при моделировании различных объектов в среде полигонального моделирования на примере пакета 3ds max. И хотя о 3d моделинге сказано очень и очень много: вы с легкостью можете отыскать самые разные уроки в виде статей или видеоуроков на специализированных форумах и блогах.

Тем не менее все же до сих пор наблюдается немного печальная тенденция в среде тех, кто недавно взялся за освоение столь не простого ремесла. Я уверяю Вас, что при должном уровне трудолюбия вы научитесь моделить даже не самые простые формы достаточно быстро. Давайте разберем ряд основных подводных камней, о которых новички не знают, либо не хотят погружаться в тему глубоко, а зря…

Сюда же мы относим и художественно-технологический этап лайт-сетапа (настройки освещения) и рендеринга (визуализации). Шейдинг – это по сути покраска 3d-модели с назначением ей различных оптических свойств.

Наиболее ярким примером могут послужить коэффициент преломления света, что отвечает в итоге за прозрачность объекта и коэффициент отражения, что отвечает за блики, отражательную способность.

Многие новички наивно полагают, что строение полигональной сетки не столь важно, как сама форма объекта. Они заблуждаются. Рассмотрим на примере:

 

Обратите внимание на иллюстрацию выше. На ней изображены три совершенно одинаковых объекта. Это обыкновенные боксы на виде сверху. Я построил один бокс, а два других просто скопировал и расставил по порядку.

Далее я все три объекта конвертировал в Editable Poly, чтобы можно было редактировать их на уровне отдельных вершин и ребер.

На первом объекте я просто нарезал дополнительных перпендикулярных ребер в двух направлениях, создав на поверхности несложную сеточку из дополнительных полигонов, второй объект остался полностью неприкосновенным, ну а на третьем я нарезал инструментом Cut дополнительных ребер в хаотичном порядке.

Когда включаешь отображение полигональной сетки во вьюпорте такие различия в строении сетки очень хорошо отслеживаются, но если отключить отображение сетки, оставив отображение лишь материалов, то поверхности становятся чисто визуально абсолютно идентичными. Корректной же с точки зрения топологии полигональной сетки является только первая.

Я хочу сделать одну существенную оговорку: принципы топологии, о которых я пишу справедливы лишь для высокополигонального моделинга.

Если же вы ограничиваетесь низкополигональным моделирование, то можете и не преследовать указанные правила столь ревностно.

Обратите внимание на первый объект. За счет добавленных ребер вся поверхность сформирована из отдельных квадратных полигонов (их квадратность также очень важна), но кроме того на кромках нанесены дополнительные ребра, которые обозначены красным цветом. Это так называемые Эйдж-Лупы и в высокополигональном моделинге они имеют критическую важность.

Вторая болванка хоть и имеют такую же в точности форму как предыдущая, но она не имеет в своем строении квадратных полигонов, и что еще хуже она не имеет защитных эйдж-лупов, корректно сгладить такую поверхность у вас попросту не получится.

Третья же болванка – это полное безобразие, только если вы не моделите битое стекло, хотя опять же геометрически поверхность полностью идентична двум предыдущим.

Избегать топологических ошибок следует по причине некорректного шейдинга. Дело в том, что все среды полигонального моделирования, умеющие рендерить, в частности 3DS Max или Maya из-за некорректной топологии реализуют те же блики на одной и той же поверхности неправильно.

Фактически вы рискуете получить к примеру внезапное преломление в отражении на казалось бы однородной гладкой поверхности. Я часто наблюдал как многие новички страдают от этого, не понимая, почему вылезают ошибки на визуализации.

На простых поверхностях как на иллюстрации выше конечно все отобразится без погрешностей, но как только вы столкнетесь с поверхностями, имеющими плавное искривление, например при моделинге кузова автомобиля вы почувствуете, насколько это важно.

Резюме: при моделинге стремитесь к равномерной топологии даже на абсолютно ровных поверхностях, тем самым вы убережете себя от артефактов при шейдинге и ренедеринге

2. Сабдивайдинг

Для начала поясню тем, кто не знает, что такое сабдивайдинг. Это по сути просто под-разбиение имеющихся полигонов какой-то модели на более мелкие с целью уменьшения размера каждого и повышения их общего количества. Т.е.

В 3DS Max это достигается в первую очередь модификатором TurboSmooth, а в Maya командой Smooth.

Насколько важна топология в этом вопросе. Ее важность зиждется на двух ключевых моментах: первый момент – защитные петлевые ребра на кромках, т.н. эйдж-лупы. Без них вы не сможете сгладить корректно даже самый элементарный кубик:

Конечно, вы можете возразить, а зачем вообще отвлекаться на все это? Неужели просто нельзя создать куб, если он нужен и оставить как есть. Да можно и так поступить, и в архитектурном моделинге именно так зачастую и поступают.

Однако если говорить о высокополигональном моделинге, то нужно наполнять модель дополнительными эйдж-лупами и корректно сглаживать модель.

Просто посмотрите на разницу между сглаженным кубом профессионала и обычным кубом новичка в 3d-моделинге:

Ощущается ли разница? Не правда ли на первой иллюстрации куб выглядит как реальный, а на второй очень понятна, даже обывателю синтетическая внешность куба.​

Еще один момент, касающийся сабдивайда это текстурирование. И хотя напрямую текстуринга мы в данной статье не касаемся, тем не менее топология с текстурированием имеет связь.

Дело в том, что в последние года художники плотно используют мощные пакеты 3d-текстурирования, что избаляет от больных вопросов пакинга текстуры: мы не думаем о швах на uv-карте, в процессе текстурирования по поверхности в 3d пространстве их попросту не возникает. Один из моих любимых пакетов для текстурирования – это Zbrush.

У этой программы есть интересная особенность, которая особо проявляет себя при текстурировании. Мы импортируем какую-то модель внутрь вместе с нужной текстурой, которая представляет из себя обыкновенную jpeg-картинку и производим перенос изображения на поверхность 3d-объекта.

Но ZBrush не просто красит поверхность, он закрашивает каждый отдельный полигон, слагающий вкупе со своими собратьями текстурируемую поверхность. Поэтому при работе в ZBrush крайне важна топология, если полигонов будет мало, то даже очень качественная текстура перенесенная на плохую поверхность будет выглядеть как размазня с низким разрешением.

Если полигоны, слагающие поверхность будут не квадратными, а прямоугольными или безобразно разными, то опять-таки с текстурой ничего не выйдет, она растянется в одну сторону или ляжет не равномерно. Эти принципы заложены в механизм т.н. полипэйнта (PolyPaint – окраска полигонов). Об этом более подробно поведаю в другой статье.

Резюме: защищайте кромки объектов эйдж-лупами если планируете получить качественную Hi-Poly модель, а также насыщайте максимально квадратными полигонами те поверхности, которые планируете текстурировать полипэйнтом в Zbrush

Продолжение следует…

Источник: http://mach-digital.ru/articles/osnovnye-principy-modelirovaniya-razlichnyx-obektov-s-poligonalnoj-strukturoj-chast-1/

Editable poly в 3ds max: полигональное моделирование

Метод полигонального моделирования основан на манипуляциях с гранями, вершинами и ребрами объектов. Именно с помощью editable poly в 3d max создается и редактируется большинство моделей, которые мы используем в интерьерах и экстерьерах. В сегодняшнем уроке мы рассмотрим основные инструменты полигонального моделирования.

Что такое полигоны

Итак, каждый трехмерный объект состоит из плоскостей: полигонов. А они в свою очередь разбиты на треугольники: Faces, однако, последние для нашего удобства скрыты и не отображаются в видовом окне по умолчанию.

Да и речь сегодня пойдет не о них. А вот чтобы яснее понять, что такое polygons, создадим бокс, разобьем его на любое количество сегментов и переведем его в Editable Poly. Жмем на него ПКМ/Convert to/Convert to Editable Poly.

Именно с этого всегда начинается работа с полигонами.

Также, к объекту можно просто применить модификатор Edit Poly из выпадающего списка модификаторов. При таком способе всегда можно будет вернутся к изначальной форме. Однако, это слегка нагружает компьютер, потому лучше использовать первый способ.

Заметим, что справа в окошке появилось название модификатора. Если отжать плюсик, то мы увидим его подобъекты, которые можно редактировать.

Среди них:

• вершины (vertex) или точки;
• ребра (edges);
• границы (border);
• полигоны (polygons);
• элемент (element).

Border же на этом скриншоте мы не увидим, так как это край, граница объекта. Я отредактировала бокс, чтобы показать, что имеется ввиду под «границей».

Подобъекты дублируются внизу в свитке Selection, как иконки. Удобно и то, что за ними закреплены горячие клавиши 1, 2, 3, 4 и 5 — соответственно их порядку в списке.

Свиток Selection

Под иконками, в свитке Selection, можно также найти способы выделения для каждого из подобъектов:

• By Vertex (по вершине) — выделяются ребра или полигоны (не работает с вершинами), которые включают в себя выбранную точку;

• Ignore Backfacing (игнорировать задний план) — при выборе будут игнорироваться vertex (edges, polygons), которые не видно на данном ракурсе;
• By Angle (по углу) — работает только в режиме Polygons и выделяет все полигоны, находящиеся в пределах заданного угла;

А теперь о кнопках:

• Grow — выделяет все полигоны, окружающие выделенный;
• Shrink — действует противоположно;

• Ring — работает с edge. Выделяет цепочку ребер;

• Loop — также выделяет цепочку, но по другому принципу.

Все эти элементы (vertex, polygons, edges и др.) можно редактировать, передвигать, увеличивать, разрезать и проделывать множество других операций. Для того чтобы это сделать, для каждого подобъекта есть кнопки. Они находятся в свитке внизу. Давайте кратко разберем их.

Vertex. Edit Vertices

Переходим в режим Vertex или жмем 1 на клавиатуре.

• Remove – с помощью кнопки можно удалить вершину.

Чтобы удалить точку, можно воспользоваться кнопкой backspace на клавиатуре. А вот delete удалит не только вершину, но и поверхности, примыкающие к ней.

• Break — команда разъединяет вершины в данной точке;

• Extrude — выдавливает точку, при этом получается зубец, пирамида;

• Weld — одна из самых полезных кнопок. Позволяет соединить (склеить) вершины, находящиеся на заданном расстоянии;

• Chamfer — образует срез на вершине;

• Connect — с помощью этой кнопки можно добавить ребро между двумя выбранными вершинами.

Edges. Edit Edges

Переходим в режим Edges или жмем 2 на клавиатуре.

• Remove – удаляет эйдж;
• Split – делает разрез по линии ребра;
• Extrude – выдавливает или вдавливает эйдж, аналогично инструменту в Vertex;
• Weld – помогает объединить, «спаять» ребра на заданном расстоянии;
• Chamfer — срезает или (при высокой сегментации) сглаживает ребра формы;

• Bridge – позволяет соединить ребра полигонами;

• Connect – очень важная и нужная кнопка. Если выделить два противоположных ребра на одном полигоне, и нажать на нее, четко посередине создается дополнительное ребро. Таким образом плоскость можно разбить на равные части по горизонтали или вертикали. Изменить количество и расстояние между новыми ребрами можно, нажав на квадратик рядом с кнопкой (по умолчанию создается 1 ребро).

Border. Edit Borders

Переходим в режим Edges или жмем 3 на клавиатуре.

• Extrude – выдавливает грань;
• Chamfer – аналогично одноименному инструменту в Edges;
• Cap – создает «крышку»;

• Bridge – образует соединение между кромками;
• Connect – аналогично инструменту в Edges.

Polygon. Edit Polygons

Переходим в режим Polygons или жмем 4 на клавиатуре.

• Extrude – позволяет выдавливать или вдавливать полигон на заданную величину;
• Outline – расширяет/сужает полигон;

• Bevel – похож на Extrude, но позволяет кроме высоты выдавливания/вдавливания задать площадь скоса;

• Inset – создает на поверхности полигон меньшего размера;

• Bridge – создает мостик между полигонами;
• Flip – позволяет вывернуть полигоны наизнанку.

Вот и все основные кнопки, помогающие создавать и редактировать полигональные объекты. Кстати, всегда стоит помнить, что добавление полигонов в большом количестве неизбежно приводит к перегрузке сцены и ее торможению.

Потому все лишнее лучше удалять, упрощая модель. Посмотреть количество полигонов в сцене можно нажав клавишу 7 на клавиатуре. Счетчик показывает и количество точек — Verts. Отключается его отображение той же кнопкой.

Свиток Edit Geometry

Этот свиток есть в режиме редактирования любого подобъекта, так как относится к редактированию общей геометрии. В нем есть и еще несколько интересных кнопок:

• Attach/Detach – присоединяет или отсоединяет одну модель к другой. Элементы такой «сборной» модели затем можно выделять в режиме Element.
• Slice Plane – отображает плоскость, которой можно нарезать поверхность.
• Cut – с помощью инструмента можно разрезать полигон в заданном направлении, манипулируя мышью;
• X, Y, Z – кнопки помогают выровнять vertex (edges, polygons) в одном положении на оси.

Автор урока: Алиса Куб

(7

Источник: https://repetitor3d.ru/3dsmax/editable-poly-poligonalnoe-modelirovanie-v-3d-max

Виды 3d моделирования

В данной статье рассмотрены основные виды трехмерного моделирования и области их применения. Статья рассчитана на новичков в области 3D-графики и дает подробное представление об основных существующих методах и техниках 3D моделирования.

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование дает возможность производить различные манипуляции с сеткой 3d объекта на уровне подобъектов: вершин, ребер, граней. Сам полигон состоит из граней, но в системах, которые поддерживают многосторонние грани, полигоны и грани будут равнозначны.

Это самый первый и основной вид моделирования, так как при помощи его можно создать объект любой сложности путем соединения групп полигонов.

Полигональное моделирование подразделяется на три типа: низкополигональное, среднеполигональное и высокополигональное.

1. низкополигональное моделирование (Low-Poly) предназначено для создания объектов с небольшим числом полигонов, обычно, для экономии ресурсов, когда не требуется высокая детализация, а так же для создания низкополигональных иллюстраций, которые набирают большую популярность в последнее время;
2. среднеполигональное моделирование (Mid-Poly) ориентировано, обычно, только на необходимый результат при рендеринге, то есть при моделировании нужной геометрии, например, с применением булевых операций; над полигональной сеткой никакие работы по её оптимизации не производят, или они минимальны;
3. высокополигональное моделирование (High-Poly) представляет собой создание объекта с большим числом полигонов, обычно, точной его копии.

Стандартная схема High-Poly моделирования происходит с постепенным наращиванием уровня детализации 3d объекта:

• первый уровень является базовым, и представляет собой общую форму объекта;
• на втором уровне происходит уточнение базовой формы, обычно, путём добавления фасок;
• третий уровень завершающий, то есть на нем производится четкая детализация объекта, обычно, путем применения плагинов сглаживания.

На рисунке представлены все вышеперечисленные уровни при High-Poly моделировании на примере теннисного мяча.

Сплайновое моделирование

Сплайновое моделирование представляет собой создание 3d объектов при помощи кривых линий (сплайнов). Сплайнами могут выступать линии различной формы: окружности, прямоугольники, дуги и т.д. Объекты при этом получаются плавной формы, в связи с чем, данный метод получил широкое применение в создании органический моделей, таких как растения, люди, животные и т.д.

Преимущество данного метода в гибкости изменения формы сплайна.

Данный вид моделирования часто сравнивают с полигональным, как векторную графику с растровой. Преимущество векторной графики в том, что при увеличении объекта, его качество не изменяется, в отличие от растрового, где становятся видны пиксели. Так же и при увеличении объекта, созданного сплайнами, его качество останется неизменным, а при полигональном моделировании будут уже видны полигоны.

На рисунке показан пример построения бейсбольной биты при помощи сплайнов с последующей конвертацией в полигональную сетку.

Также вы можете изучить подробный урок по полигональному моделированию покебола в бесплатной программе Blender.

NURBS моделирование

NURBS расшифровывается как «Non-Uniform Rational B-Spline», и представляет собой технологию создания 3d объектов при помощи специальных кривых, которые называются B-сплайнами. Некоторые специалисты выделяют данный вид моделирования в отдельный, а некоторые – в подвид сплайнового моделирования.

Принцип моделирования состоит в следующем: при помощи B-сплайнов, расположенных по вертикали и горизонтали, строится нужная форма объекта, а затем все это соединяется при помощи полигонов.

Существуют две разновидности этого моделирования:

1. при помощи P-кривых (Point), форму которых можно изменять при помощи вершин, которые расположены непосредственно на самой линии;
2. при помощи CV-кривых (Control Vertex), форму которых можно изменять при помощи вершин, которые расположены за пределами линии.

• На рисунке приведен пример биты, созданной при помощи P-кривых методом NURBS с последующей конвертацией в полигональную сетку.
• NURBS моделирование применяется почти во всех популярных программах 3d моделирования совместно с другими видами.
• В качестве же примеров программ, которые используют моделирование кривыми как основной метод, можно привести «Rhinoceros», «Autodesk Alias», «MOI 3D», «SolidThinking».
• На сайте есть урок с примером NURBS моделирования шторы в программе 3ds Max.

3d-скульптинг

3d-скульптинг он же «цифровая скульптура» представляет собой имитацию процесса «лепки» 3d модели, то есть деформирование её полигональной сетки специальными инструментами – кистями. Можно провести аналогию с лепкой фигур руками из пластилина или глины. Только в программах 3d моделирования пальцы заменены на инструмент «кисть», а «пластилином» является полигональная сетка.

Программами-представителями данного вида моделирования являются «ZBrush», «Sculptris», «Autodesk Mudbox» и др.

На рисунке представлен интерфейс бесплатной программы для скульптингового 3d моделирования «Sculptris». Примером подобной техники моделирования может послужить 3D-модель персонажа Тролль.

Промышленное моделирование

Системы Автоматизированного Проектирования (САПР) и или по-английски CAD (Computer-Aided Design) применяют для создания 3d моделей в первую очередь промышленного назначения. Они предназначены для создания точных копий реальных объектов.

При данном виде моделирования учитываются не только малейшие зазоры, но и свойства материала моделируемого объекта. В связи, с чем данный вид моделирования нашел широкое применение в инженерном деле. Особенность этого моделирования в том, что для создания модели не используют полигоны, а цельные формы.

Промышленное моделирование можно разделить на следующие подвиды: параметрическое, твердотельное и поверхностное.

Параметрическое моделирование

Параметрическое моделирование осуществляется путем введения требуемых параметров элементов модели, а так же соотношение между ними. Иными словами создается математическая модель с нужными параметрами, изменяя которые можно создать различные комбинации модели и тем самым избежать ошибок, внеся необходимые корректировки.

Является достаточно старым и самым простым способом проектирования промышленных деталей и механизмов.

Твердотельное моделирование

Если при полигональном моделировании куб разрезать пополам, то там внутри будет пустота. При твердотельном моделировании, если разрезать куб, то там не будет пустоты, как если бы разрезали реальный твердый предмет.

При построении модели работают сразу со всей оболочкой, а не с отдельными поверхностями. Сначала создается простая форма оболочки, например, сферы, а затем к ней применяют различные операции: резка, объединение с другими телами, булевые операции и др.

Твердотельное моделирование идеально подходит для создания твердых 3d моделей несложной формы: шестеренок, двигателей, и т.д., но не применим к созданию мягких: мятой одежды, животных и т.д.

Поверхностное моделирование

Поверхностное моделирование, обычно, используется для создания поверхностей сложных форм: автомобилей, самолетов и т.д.

Модель строится из различных поверхностей, которым придают нужную форму, а затем соединяют между собой, например, плавными переходами, а лишнее обрезают. Таким образом, форма нужной оболочки объекта собирается из нескольких поверхностей.

Примерами программ для промышленного моделирования являются: «Compas-3D», «SolidWorks», «Solid Edge» и т.п.

Моделирование метасферами

Так же следует упомянуть о таком моделирования как «Metaball», то есть моделирование метасферами.

Аналогично сплайновому или NURBS моделированию данный вид позволяет создавать модели сглаженной формы. Его особенность в том, что модель строится из 3d объектов сглаженной замкнутой формы (метасфер), которые при соприкосновении друг с другом автоматически сливаются частями соприкасающихся поверхностей. Метасферы как бы притягиваются друг к другу подобно каплям воды или ртути.

1. На рисунке показаны метасферы до соприкосновения и после.
2. При помощи «Metaball» легко создавать, например, капли росы на листьях деревьев, различные кочки или прыщи на коже персонажа.
3. Примером программы, в которой возможно моделирование метасферами является Blender.

Вывод

Таким образом, можно сделать следующий вывод. При создании моделей не сложной формы лучше использовать полигональное моделирование. Для получения гладкой формы несложных объектов – сплайновое или NURBS моделирование, либо полигональное с использованием инструментов сглаживания.

При создании сложных биологических организмов удобнее использовать 3d-скульптинг. Когда же необходимо создать точную модель с необходимыми зазорами и учетом физических свойств материала, то здесь наиболее подходят методы промышленного моделирования.

При создании сложных моделей вышеописанные методы моделирования часто используются совместно, так как это ускоряет процесс моделирования. Так, например, при создании персонажа для игр используется 3d-скульптинг, с помощью которого прорисовываются необходимые мелкие детали, а затем на её основе создается Low-Poly модель полигональным моделированием.

Во многих пакетах 3d моделирования есть инструменты почти для всех видов моделирования, например, в «Blender», «Modo». Но, «На вкус и цвет товарищей нет», поэтому встречаются и такие специалисты, кто моделирует в одной программе, скульптинг делает в другой, а ретопологию в третьей и т.д.

Если вы серьезно собирайтесь заняться созданием моделей для игровых движков, рекомендуем ознакомиться со статьей на эту тему: https://3dd-modeli.com/uroki-videokursi/3d-grafika/6041-osobennosti-sozdaniya-3d-modeley-dlya-igrovyh-dvizhkov.html

Перепечатка и использования данного материала без прямой обратной ссылки категорически запрещена!

Источник: https://3dd-modeli.com/uroki-videokursi/3d-grafika/6175-vidy-3d-modelirovaniya.html

Способы 3D моделирования. Какой выбрать новичку? — Школа современного ювелирного дизайна J-design.pro

Для тех, кто только начал осваивать ювелирное 3D моделирование неразрешимой проблемой часто становится выбор способа, или подход к созданию той или иной формы. А ведь правильный подход — это чуть ли не самое главное в создании 3d модели. Сейчас вы узнаете, какие бывают приемы моделирования, и какие лучше использовать для ювелирных форм.

На сегодняшний день существует всего 4 метода моделирования:

NURBS моделирование или векторное моделирование

Широко используется в точном машиностроении, поскольку каждая линия или поверхность является функцией координат, и эту функцию можно точно вычислить в любой точке поверхности.

Это позволяет создавать максимально точную форму модели независимо от её физического размера. В ювелирном 3D моделировании такой метод применяется очень широко.

Можно создавать большое количество разнообразных геометрических, органических и бионических форм.

Программы: Rhinoceros, Catia, Solidworks, ProE, Unigraphics, Fusion 360…

 Полигональное моделирование

С него всё началось. Это самый старый метод моделирования, с помощью которого можно создать абсолютно любую форму, но это не всегда это быстро и легко.

Полигональное моделирование экономит ресурсы компьютера, поэтому модели, созданные таким способам чаще используются для 3D визуализации и в играх. Но и для ювелирного моделирования активно применяют этот метод.

Однако, точность такого метода очень низкая, и модельеру приходится большую часть работы делать просто «на глаз».

Программы: 3DS Max, Maya, Modo, Cinema 4D, Blender, T-splines, Fusion 360

Скульптурное моделирование

После появления технологии пиксолей (пикселов с координатой высоты) стало возможно разбивать полигональную модель на очень большое количество граней, и работать с ней как с настоящей глиной или воском.

Этот метод позволяет создавать мельчайшие детали на трехмерной модели, и чаще применяется для создания органических форм с высокой детализацией, а также для создания текстур нормалей.

В ювелирном 3D моделировании такой метод позволяет дорабатывать геометрические формы, накладывать объемную текстуру на поверхности и придавать моделям естественные искажения, как после обработки. Точность и задание размеров в таком методе находятся на условном уровне.

Программы: ZBrush, 3D Coat, Mudbox

Комбинированный метод

К такому способу моделирования можно отнести приемы создания 2,5D формы на плоскости из заранее прорисованных векторов или черно-белого изображения. Такой способ применяется для моделирования специфических моделей под фрезер и имеет много ограничений. Хорошо подходит для создания  плоских орнаментов и барельефов.

Программы: ArtCAM, Rhino Emboss.

Итак, какой же метод выбрать?

Для начинающих самым простым и быстрым методом работы будет NURBS моделирование. Его можно легко освоить, и сразу создавать большое количество разных форм украшений. Но для профессиональной работы также потребуется изучить ещё и скульптурное и полигональное моделирование. Это позволит вам свободно создавать практически любую, даже очень сложную форму украшения.

Источник: https://j-design.pro/sposoby-3d-modelirovaniya-chto-vybrat/

Полигональное моделирование: значение, особенности, рекомендации в работе

Существуют несколько видов трехмерного моделирования: каркасное, твердотельное, поверхностное, генеративное и полигональное. Объемная визуализация с использованием полигонов является самой первой разновидностью 3D-моделирования. Полигональное моделирование 3d max имеет свои нюансы и сложности, однако данный метод по-прежнему пользуется огромной популярностью в сфере 3D-технологий.

• Что такое полигональное моделирование
• Полигональное моделирование  – низкоуровневое моделирование, которое позволяет визуализировать объект с помощью полигональной сетки.
• Полигональные сетки состоят из таких подобъектов:

•вершина – точка соединения ребер, их может быть сколько угодно; •ребра – линии, выступающие границами граней; •грани или полигоны – ячейки сетки, участки плоскости, которые имеют чаще всего треугольную или четырехугольную форму. Полигональная сетка может состоять из огромного количества одинаковых ячеек.

Для создания трехмерной модели объекта необходимо работать с подобъектами. Можно менять их масштаб и форму, вращать, объединять и делить, а также применять другие операции, которые позволяют специальные компьютерные программы.

Полигональное моделирование выполняется в таких программах:

•    3ds Max; •    Maya; •    Alias;

•    Rhino.

Полигональные сетки представляют собой совокупность полигонов, из которых формируются контуры, оболочка будущего объекта.

Кажется, что с ними несложно работать, они имеют четко определяемые внешнюю и внутреннюю область, не нужно делать никаких дополнительных параметров и вычислений.

  Однако этот метод требует терпения и усидчивости, поскольку для создания даже самой простой трехмерной модели необходимо сделать тысячи кликов мышью. Наименьшая ошибка может свести всю работу не «нет», так как переделать готовый объект очень сложно.

Методики и способы построения полигональных моделей

Существует три основных методики создания полигональных моделей, которые чаще всего используются в объединенном варианте, однако могут применяться и в чистом виде.

1. С помощью примитивов – когда за основу берутся готовые геометрические фигуры (например, куб или цилиндр), затем конструируется нужная модель путем вытягивания подобъектов, деления существующих граней.
2. Вытягиванием из полигона-исходника новых граней, когда каждый подобъект появляется из предыдущего.
3. Вручную, без исходников и примитивов, когда все подобъекты прорисовываются, а не вытягиваются.

Полигональное моделирование предусматривает три основных способа построения объектов визуализации.

1. Моделирование при помощи вершин – проводятся манипуляции с вершинами, их перемещение, удаление и т.д.
2. Моделирование при помощи ребер – для придания нужной формы объекту меняется положение ребер, их размеры.
3. Моделирование при помощи полигонов – грани используются для более сложных операций, например, придания формам выпуклости или наоборот заостренности, сглаживание или вдавливание поверхности, здесь ведется работа с плоскостями.

Рекомендации при создании полигональных моделей

1. Лучше использовать четырехугольные геометрические фигуры. Они проще деформируются, что позволяет не тратить время на ненужные манипуляции. Рекомендуется применять как можно меньше треугольников.

2. Не стоит использовать сложные геометрические фигуры, с большим количеством углов и ребер, это может привести к деформации текстуры.

3. При создании полигональной модели нужно визуализировать только необходимые элементы, построение дополнительных конструкций усложняет саму модель, если это мелкие детали, их можно сделать, используя текстуры.

Полигональное моделирование рассчитано в первую очередь на создание объемных моделей объектов с точными формами и четкими контурами. Объекты складываются из полигонов – крошечных граней, которые имеют форму и цвет. Данный метод на сегодняшний день чаще всего применяется в промышленном дизайне.

Источник: https://klona.ua/blog/3d-modelirovanie/poligonalnoe-modelirovanie-znachenie-osobennosti-rekomendacii-v-rabote