Что такое 3d-моделирование?
3D-моделинг (3D-моделирование) — процесс создания трехмерных объектов разных конфигураций с применением компьютерной графики. Итог моделинга может применяться как техническая инструкция для печати на 3D-принтере, рендеринга либо анимации.
История зарождения.
История 3d индустрии берет свое начало с 1960-1970 годов. 1-е векторные изображения состояли из множества точек и кривых, заданным математической формулой. Айван Сазерленд и Дэвид Эванс основали 1-ю в мире кафедру компьютерной графики в институте Юты, США. Одним из основателей 3d-графики считается Иван Сазерленд, который, будучи аспирантом, написал программу Sketchpad, позволявшую создавать простейшие трехмерные объекты.
В каких сферах применяется 3d-моделирование?
1. Разработка игр
Пожалуй самой интересной сферой, где применяется 3д-моделирование – сфера компьютерных игр, с помощью него создают персонажей, объекты, ландшафт местности, точку освещения. Все что визуально вы видите в современных компьютерных играх - объемные модели, с четкими текстурами и прорисовкой - творения, реализованные благодаря программам для создания 3d моделей.
2. Медицина
3д технологии совершили настоящую революцию в медицине. С помощью моделирования в медицинской сфере решается ряд задач: визуализация изменений в косметологии и пластической хирургии; моделирование протезов и имплантатов с анатомической точностью; при работе с 3д сканами и данными компьютерной томографии проектирование операций; объемное моделирование работы отдельных органом и систем организма; моделирование ортопедической обуви, ушных вкладышей и тд.
3. Архитектура
Визуализация архитектурных объектов – это их блестящая демонстрация и презентация, которые являются нужным условием в проектировании разновидных сооружений и комплексов и их реализации для продажи и инвестирования. Множество архитектурных агентств и компаний применяют для этого 3D технологии и в особенности 3D моделирование. Таким образом, ключевые превосходства применения 3D моделирования в архитектуре – это:
· оперативность – все работы выполняются качественно и в самые сжатые сроки;
· точность – все замеры максимально точны;
· изготовление на базе смоделированных объектов точной проектной документации;
· возможность оперативного внесения изменений;
· возможность детальной проработки макета любого масштаба.
4. Промышленность
Промышленность – область, для которой реализация моделей предметов, узлов, отдельных деталей имеет наибольшее значение. Сложно избежать ошибок, изготавливая продукт по чертежам либо схемам. На этапе проектирования нереально оценить финальные свойства. Инновационное программное обеспечение разрешает ускорить процесс разработки и внедрения новой продукции. Нереально построить здание, изготовить непростой механизм без знания пользоваться умениями о формах, размерах, объемах, свойствах материалов. 3D визуализация индустриальных объектов расширяет возможности архитекторов, конструкторов, дизайнеров. Применение объемного моделирования ускоряет проектирование и ввод в производство новой продукции готовая модель позволяет:
- оценить внешний вид;
- проанализировать прочностные характеристики;
- удостовериться в соответствие эргономических свойств;
- отпечатать прототип на 3D принтере;
- разработать формы для литья.
Программное обеспечение
1. Autocad и компас.
Autocad и Компас 3D - это две программы, используемые в инженерном проектировании. Обе программы используются для создания трехмерных моделей и плоских чертежей. Они также обеспечивают возможности для работы с множеством форматов файлов, анализа и тестирования моделей, имеют возможность совместной работы в команде и создание документации проекта. Кроме того, они используются в различных отраслях, таких как машиностроение, архитектура, электроника и другие. Autocad можно рассматривать как "азбуку" геометрического моделирования (как в 2D, так и в 3D), являющийся своего рода стандартом компьютерного проектирования. Если Вы научитесь работать в Autocad-е, то, при необходимости, сможете легко освоить и другие программы. Также немаловажным преимуществом программ от Autodesk-а является наличие бесплатных образовательных лицензий, как для студентов и преподавателей, так и для компьютерных
Так что лучше "Автокад" или "Компас 3D"? Относительно 3D моделирования лучше всего подойдет первая утилита. В отличие от "Компас 3D", у "Автокада" намного больше функционал. Однако если вы хотите работать с понятным интерфейсом, то тут непременно выигрывает "Компас 3D".
Что касается быстроты реализации проектного плана с предельной ясностью, то тут выигрывает вышеназванная утилита. Как только вопрос затронет качество проектного плана, а еще его многозадачность - выбирайте "Автокад". Это мировой эталон. "Компас 3D" применяется в основном для проектирования чего-либо на территории Российской федерации.
2. Maya
Autodesk Maya занимает 1-е место в рейтинге наилучших программ для 3D-моделирования, составленном множеством художников. Программа предлагает художникам наилучший комплект функций и инструментов. Это сильное ПО не для новичков, так как требует много времени для постижения и освоения. Maya безупречно подходит для моделирования, текстурирования, освещения и рендеринга. Её функционал включает инструменты для работы с частицами, физикой твердых тел, жидкостями, волосами, тканью, и анимацией персонажей. Из минусов можно почеркнуть лишь цены $ 215 / £ 246в месяц, $ 4590 / £ 1968 в год и сложность в обучении.
3. ZBrush
Программа ZBrush от организации Pixologic – это сильный высокопрофессиональный инструмент для производства и редактирования трехмерной графики. В 1-ю очередь программа направлена на работу с так именуемой «цифровой глиной», из которой можно дословно вылепливать объекты с поддержкой многообразных инструментов. Аналогов такому подходу фактически нет в других пакетах для 3D моделирования, правда кое какие приложения (например, Maya) делают предложение особые инструменты для скульптинга. Такая цифровая лепка безукоризненна для производства людей, звериных, и вообще всего органического. Тем не менеё, ZBrush может применяться для твердотельного 3D моделирования и оборудован для этого особыми инструментами. Громадный комплект особых кистей направлен на достижение максимальной реалистичности при реализации 3D моделей, а инструменты наложения текстур и визуализации дополняют функционал программы. 3D модели, сделанные в этой программе, востребованы в 1-ю очередь в кино- и игровой индустрии, где исключительно значимы детализация и реалистичность. С ее помощью создавались персонажи и признаки многих известных компьютерных игр и фильмов, в том числе анимационных Пожалуй главным минусом является лишь цена, на сегодняшний день она в районе 91 036 рублей.
4. 3ds Max
3Ds Max используется художниками и профессионалами в области визуальных эффектов в кино- и телеиндустрии, а также разработчиками и дизайнерами игр для создания игр виртуальной реальности. Программное обеспечение очень полезно для проектирования зданий, инфраструктуры и строительства, а также для разработки продуктов и планирования производства.
Кроме того, 3DS Max помогает пользователям создавать массивные игровые миры, детализированных персонажей, настраивать окружение здания, создавать сцены, в которых много людей, имитировать физические свойства жидкостей, таких как вода, масло и лава. Кроме того, в 3ds Max есть контроллеры анимации, которые пользователи могут создавать, изменять и делиться ими. Стоит уточнить, что эта программа является профессиональной, поэтому сложность в обучении соответствующая, а составляющие вашего компьютера должны быть достаточно мощными, как мы уже понимаем, цена лицензии тоже кусается.
5. Blender
Blender 3D ― это многофункциональный профессиональный софт для создания и редактирования трехмерной графики. Его функционал невероятно огромен, но он может уступать от своих конкурентов, например maya, хотя с другой стороны стоит учитывать, что данный софт прогрессирует намного быстрее, чем вышеупомянутые программы. В программе есть возможность делать модели путем скульптинга, с ZBrush ему не сравниться, но такая функция зачастую отсутствует в иных 3д редакторах. В программе можно создавать анимации любой сложности ― для этого в Blender предусмотрено множество инструментов, позволяющих анимировать практически любой параметр и любое свойство объектов. Для продвинутых анимаций (вроде анимации персонажа) существует риггинг ― это процесс, в котором создается скелет персонажа. Риггинг также можно сделать целиком и полностью, не выходя из Blender. В «Блендере 3Д» можно накладывать текстуры. Они создаются как в самой программе, так и импортируются из других источников. На объекты можно накладывать скачанные текстуры, создавать их самостоятельно с помощью ручного рисования (hand-paint) или процедурно (с помощью очень мощной системы нодов). Для правильного наложения текстур можно создавать и использовать UV-развертки. Пожалуй самое важное то, что программа является БЕСПЛАТНОЙ и не требует высокой производительности вашего ПК, а система нодов, с которой придется разобраться, может решить невероятное количество проблем с текстурированием.
Основные этапы создания 3д модели
1. Создание 2д композиции.
На этом этапе за основу берется фотография будущей модели или же 2д-художник отрисовывает концепт будущего трехмерного объекта, делая так называемый референс.
2.Скульптинг
На основе референса моделлер приступает к скульптингу, начиная с объемных геометрический фигур(сфера, цилиндр, тетраэдр и др) он путем вытягивания и втягивания определенных частей простейшей фигуры придает им формы, которые со временем будут походить на объемный вариант референса.
3. Текстурирование.
Не менее важный процесс создания 3д модели, он отвечает за весь внешний вид объекта, придает модели определенные качества предмета, которого моделлер пытается сотворить, например, старой канализационной трубе – текстуру металла, из которого сделана труба, текстуру ржавчины, потертостей, царапин, покрытия зеленоватостями (мхом), создание текстуры человеческой кожи отличается особыми трудностями, следует учесть возраст, пол, расовую принадлежность и многие другие качества присущие разновидностям кожи, например, цветовое различие пигмента гладкой кожи от шрамированной. Для текстурирования я рекомендую использовать специализированные программы – substrance painter или quixel
На данном этапе основное создание 3д модели заканчивается, остается лишь выбрать точки наблюдения и настроить освещение, сделать трехмерную визуализацию и рендеринг, но я также дополню этот процесс анимированием объекта.
4. Риггинг. Риггинг – это процесс создания скелета модели, он предназначен для того, чтобы объект мог анатомически точно двигать конечностями( если мы говорим о модели человека). Это очень кропотливый процесс, нужно учитывать множество мелочей: в каких направления сгибаются суставы, под каким углом они могут это делать; как различаются эти параметры у детей и у взрослых, женщин и мужчин, худощавых и полных людей.
5. Анимация. Данный этап является ключевым в придании жизни объекту. Придается физика движения персонажа при его ходьбе, беге, приседе, прыжке; такое охарактеризование движений в последующем может быть использовано для зацикленной анимации или же полноценного перемещения по местности.
Помимо этих основных этапов есть еще множество промежуточных процессов, например:
- Репотология - оптимизация модели после скульптинга путем уменьшение количества полигонов. Полигональная сетка - это совокупность вершин, рёбер и граней, которые определяют форму многогранного объекта в трёхмерной компьютерной графике и объёмном моделировании.
- Развертка - процесс разворачивания всех деталей объекта для того, чтобы все текстуры легли ровно и швы были скрыты.
- Запекание - процесс конвертирования модели из неоптимизованного в оптимизованный вид.
Тем не менее, учитывая лишь основные 5 этапов, можно сделать полноценную любительскую анимацию.
С чего начать? Сколько учиться? Какие курсы выбрать?
Сперва вы должны определиться, в какой сфере вы ходите продвигаться.
Если вы, будучи школьником, мечтаете стать инженером или техническим архитектором, то в первую очередь стоит присмотреться к автокаду и компасу, выучив базовые навыки этих софтов, вам будет куда легче при изучении их в вузе, получая при этом уже сугубо профессиональные навыки.
В случае, если ваши интересы падают на творческие сферы, то советую попробовать blender, ведь это бесплатный софт с невероятными возможностями. Видно, что его создатели заинтересованы в продвижении и улучшении данного ПО, ведь с каждым обновлением, blender все ближе приближается к возможностям своих очень недешевых конкурентов. Многие студии по созданию компьютерных игр и фильмов с использованием графики все чаще ищут специалистов по blender'у - спрос на таких специалистов соответственно растет. В нем есть все базовые возможности, которые удовлетворят потребности не только новичков, но и более продвинутых в этой сфере людей. Благодаря инвестициям от Apple, Netflix и других компаний Blender активно развивается и с каждым обновлением становится всё лучше. Плюс ко всему Blender простой в освоении и имеет дружелюбный интерфейс, поэтому отлично подходит тем, кто только начинает свой путь в 3D.
По своему личному опыту, могу посоветовать курс "самый лучший курс по блендеру" https://bestblendercourse.com/. Курс очень точечно освещает тему освещения, текстурирования, проработке частит, волос и шерсти. Не менее важным можно отметить курс "Супер bender" https://cloudlessons.ru/v/415/. Курс предлагает 52 занятия и поможет вам сделать 7 работ, который уйдут в портфолио и помогут вам трудоустроится, этот курс уделяет большое внимание системе нодов и имеет огромное количесво положительных отзывов.
А чтобы просто попробовать себя в роли 3д моделлера, могу вам предложить сделать вашу первую самую базовую модель в этой сфере, эту вещь сравнивают с первой программой программистов, впервые зашедших в их среду разработки, которая выдает "Hello world!". И эта вещь - пончик, для его создания не потребуются профессиональные навыки, но вы поймете, как устроено моделирование в целом и сможете оценить, нравится ли вам оно. https://youtu.be/IjuClfr8SYA - автор за 15 минут смог простым язык объяснить как сделать объект, выставить свет и показал работу нодов.
В случае если вам понравилось, но вы пока не хотите покупать платные курсы - обратитесь к плану изучения 3д моделирования на доске miro. https://miro.com/app/board/uXjVOR8hRhI=/ Автор сделал план по становлению специалистом с этой сфере в различных направлениях - GameDev, motion desing, blender cinema и так далее. Он приложил бесплатные видеоуроки, посвященные еще и photoshop'у и некоторым программам, которые сделают из вас настоящего профессионала, с возможностью трудоустройства.
Можно ли создавать 3d графику, используя только один язык программирования? Как программирование связано с 3d моделированием?
На таких языках как Java, C#, C++ было написано немало игр и графических интерфейсов. Поскольку многим интересно, как можно сделать что-либо графическое используя лишь программирование, я попытаюсь показать простейший пример, я продемонстрирую графическую объемную модель, используя лишь один язык программирования. Для этого мы воспользуемся С++ c библиотекой OpenGL, это основная библиотека для работы с графикой. https://youtu.be/faUVucdIFFY в данном видео можно посмотреть, как подключать OpenGL, автор очень грамотно и подробно объяснил каждый шаг.
С помощью одного лишь кода мы получили сетчатый квадрат, который вращается вокруг своей диагональной оси(ссылка на код: https://yadi.sk/d/t57HQ2sADf6j2g)
Данный пример я показал, чтобы увидеть, что с графикой можно работать не только в соответствующих программах, но и прописывать ее в формате кода, более опытные специалисты в силах писать полноценные игры 3д формата с управлением и передвижением.
С помощью программирования можно улучшать анимации, писать скрипты, прописывать физические свойства движения в blender, maya, 3ds max и др.
Подробнее о программирование на python для blender’a вы можете узнать в этой статье: https://blender3d.com.ua/category/scripting/