Maneno "3D" ni kifupi cha "mwelekeo wa 3" wa Kiingereza, ambayo ni, "vipimo 3". Alama "3D" (katika fasihi ya Kirusi, kifupi "3d" pia hutumiwa mara nyingi) zinaonyesha kuwa kitu au teknolojia hutofautiana na zingine kwa kuwa ina vipimo zaidi ya mbili.
Aina za 3D ni za nini?
Vitu vyote katika ulimwengu wa kweli vina vipimo vitatu. Wakati huo huo, katika idadi kubwa ya kesi, kuwakilisha vitu vyenye pande tatu, tunatumia nyuso zenye pande mbili: karatasi, turubai, skrini ya kompyuta. Mchongaji huunda takwimu za pande tatu, lakini kabla ya kuanza kuchonga sanamu kutoka kwa granite, anaunda michoro ambayo kazi ya baadaye inaonyeshwa kwa maoni kadhaa - kutoka pande zote. Vivyo hivyo, mbuni au mbuni hufanya kazi kwa kuonyesha maoni gorofa ya bidhaa iliyoundwa au majengo kwenye karatasi ya Whatman au kwenye skrini ya kompyuta.
Somo la "kuchora" katika mfumo wa elimu ya lazima inakusudia kufundisha uundaji wa pande tatu - maelezo halisi ya vitu ambavyo vina ujazo, juu ya uso wa gorofa, pande mbili, wa karatasi. Kwa kuongezea, watoto hufundishwa uundaji wa sura tatu katika madarasa ya uundaji wa plastiki katika shule ya chekechea na shule ya msingi. Makini sana kwa modeli ya 3D katika mchakato wa elimu sio bahati mbaya. Katika shughuli yoyote ya kuunda vitu halisi, lazima uwe na wazo nzuri ya jinsi kitu hiki kitaonekana kutoka pande zote. Mbuni na mbuni wa nguo lazima ajue jinsi suti au mavazi yatakavyostahili kwa mtu mwenye umbo fulani. Mwelekezi wa nywele hutengeneza kukata nywele na nywele ambazo zitakuwa na ujazo na kuonekana tofauti na pembe tofauti. Vito vya mapambo vito vyake. Daktari wa meno lazima sio tu ajenge jino zuri bandia, lakini pia azingatia eneo lake lililohusiana na meno mengine ya mgonjwa. Fundi seremala lazima aweze kutoshea viungo vya sehemu zenye pande tatu haswa. Pia angependa kuibua kuona jinsi samani anazobuni zitakuwa rahisi kutumia na jinsi itakavyofaa ndani ya mambo ya ndani.
Kwa muda mrefu, wawakilishi wa fani anuwai wametumia michoro, iliyo na aina nyingi, kwa modeli ya pande tatu. Pamoja na kuenea kwa kompyuta za kibinafsi, iliwezekana kupeana sehemu ya jukumu la kuunda modeli-tatu za programu. Mifumo ya usanifu wa uundaji (CAD) walikuwa wa kwanza kujumuisha utendaji wa onyesho lenye nguvu la vitu vilivyoundwa pande tatu kwenye ndege ya skrini. Neno "nguvu", katika kesi hii, linamaanisha uwezo wa kuzungusha picha ya kitu chenye pande tatu kwenye skrini na kukiona kutoka pande zote. Walakini, mienendo ya modeli ya 3D pia inaweza kumaanisha uwezo wa modeli kubadilisha umbo lake na kusonga. Waundaji wa katuni na michezo ya kompyuta wana hitaji la utendaji kama huo.
Katika nusu ya pili ya karne ya ishirini, hata katika enzi ya kabla ya kompyuta, teknolojia za matibabu ya uso wa pande tatu zilionekana. Muda mfupi baada ya kumalizika kwa Vita vya Kidunia vya pili, Jeshi la Anga la Merika lilifadhili kazi ya Parsons Inc kuunda mashine ambazo zinaweza kusaga sehemu ngumu kulingana na algorithm iliyotolewa. Kazi hizi zilisababisha kuundwa kwa darasa zima la zana za mashine za kudhibiti nambari za kompyuta (CNC). Kubuni algorithms ya kazi kwa mashine za CNC ni kazi nyingine kutoka kwa uwanja wa uundaji wa 3D.
Mnamo 1986, mhandisi wa Amerika Charles W. Hall aliunda printa iliyochapisha vitu vyenye pande tatu kwa kutumia ubaguzi wa picha. Baadaye, wachapishaji wa 3D walionekana, wakichapisha bidhaa zenye mwelekeo-tatu kutoka kwa vifaa anuwai, pamoja na printa za kuchapisha viungo vya binadamu, au, kwa mfano, printa ambazo zinachapisha mapambo ya keki na chakula tayari. Leo, printa rahisi, lakini inayofanya kazi kabisa ya 3D inaweza kununuliwa kwa bei ya smartphone, na kuchapishwa juu yake vitu vya volumetric kwa nyumba, au maelezo ya mifano na vifaa anuwai. Printa zote za 3D za kuchapa hupokea mfano wa pande tatu kama pembejeo katika muundo maalum.
Kanuni za kimsingi za uundaji wa 3D
Sharti la uundaji wa 3D ni uwepo wa mawazo ya anga. Ni muhimu kuwa na uwezo wa kufikiria matokeo ya baadaye ya kazi, kuzunguka kiakili na kuichunguza kutoka pande zote, na pia kuelewa ni vipi vitu vinavyojumuisha modeli, ni fursa gani zinazotolewa na ni vizuizi vipi vinavyoweka. Kwa asili, mawazo ya kila mtu ya anga yamekuzwa kwa viwango tofauti, hata hivyo, kama kusoma na kuandika au sikio la muziki, inaweza kuendelezwa. Ni muhimu usikate tamaa, ukijiambia kuwa hakuna kitu kinachofanya kazi, lakini kupata uzoefu kwa kutengeneza mifano rahisi mwanzoni, polepole ikienda kwa ngumu zaidi.
Ikiwa katika programu yoyote ya CAD unachora mistatili mitatu na kuipanga kulingana na sheria za kuchora, basi moduli ya onyesho la mfumo wa pande tatu wa programu hiyo itaweza kuunda na kuonyesha kwenye skrini parallelepiped sambamba na makadirio haya matatu. Vivyo hivyo, kwa kufuata sheria za kuchora, unaweza kuunda mfano wa karibu sehemu yoyote.
Programu zote za uundaji wa 3d ni vector. Hii inamaanisha kuwa wanaelezea vitu sio mkusanyiko wa vidokezo tofauti, lakini kama seti ya fomula na hufanya kazi tu na vitu kamili. Ikiwa unahitaji kubadilisha au kuhamisha nusu tu ya kitu, basi italazimika kuikata (ikiwa kuna zana ambayo hukuruhusu kufanya hivi) na kurekebisha nusu kama vitu vipya. Kufanya kazi na mhariri wa vector, sio lazima kabisa kujua kanuni za kihesabu, zimejumuishwa katika programu hiyo. Matokeo muhimu na muhimu ya njia hii ni kwamba kitu chochote kinaweza kuhamishwa, kubadilishwa na kupunguzwa bila kuathiri ubora. Kwa upande mwingine, mpango hautakuelewa ikiwa utajaribu kuteka mstatili, kwa mfano, kwa kuweka alama nyingi kando ya mipaka yake ambazo zinagusana. Kwa programu, itakuwa tu alama nyingi, sio mstatili. Hataweza kufanya vitendo vyovyote na hii, kwa maoni yako, mstatili. Ili kuunda mstatili, unahitaji kuchagua zana inayofaa na uitumie. Halafu programu itakuruhusu kufanya vitendo vyovyote na kitu kilichoundwa: ibadilishe, isonge kwa hatua uliyopewa, kunyoosha, kunama, nk. Pia, programu nyingi za uundaji wa 3d hazitaweza kufanya kazi na picha katika muundo wa raster (bmp, jpg, png, gif, nk) zilizopatikana, kwa mfano, kutoka Photoshop.
Mfano wa 3d kutoka "matofali"
Idadi kubwa ya maelezo ya kiufundi ni mchanganyiko wa viunga vya volumetric: parallelepipeds, mipira, prism, na kadhalika. Chombo chochote cha modeli ya 3d kina maktaba ya vitangulizi vya volumetric na ina uwezo wa kuzaliana, kwa kuzingatia vigezo vilivyoainishwa na mtumiaji. Ili, kwa mfano, kuunda mfano wa silinda, inatosha kuchagua zana inayofaa katika programu na kuweka kipenyo na urefu. Pia, programu zote za muundo wa pande tatu zina uwezo wa kufanya angalau shughuli mbili za kihesabu na takwimu za pande tatu: kuongeza na kutoa. Kwa hivyo, kwa mfano, kwa kuunda mitungi miwili kutoka kwa mali ya kwanza: moja na kipenyo cha cm 5 na urefu wa 1 cm, na ya pili na kipenyo cha cm 3 na urefu dhahiri kuwa mkubwa kuliko 1 cm, unaweza kuzichanganya mhimili wa kati na toa ya pili kutoka kwa silinda ya kwanza (kubwa).. Matokeo yake ni washer nene 1 cm na kipenyo cha nje cha cm 5 na kipenyo cha ndani cha cm 3. Ikiwa, kwa mfano, seti tofauti ya vitu tofauti: "kichwa bila masikio na pua", "pua", " sikio la kushoto "na" sikio la kulia ", basi unaweza kuziunganisha na kuziongeza ili kuunda kitu kipya" kichwa na masikio na pua ". Ikiwa una maktaba ya masikio, pua na vichwa vya maumbo tofauti, basi unaweza, kwa kupitia, kuunda mfano wa kichwa cha rafiki yako (au yako mwenyewe). Kisha, kwa kuondoa kitu cha "kinywa" kutoka kwa kichwa kinachosababisha, unaweza kupata kichwa na mdomo. Kuunda mfano wa 3d kutoka "matofali", vitu vinavyopatikana kwenye maktaba ya programu au kupakiwa kwenye programu kutoka nje, ni njia rahisi na moja wapo maarufu.
Kwa kweli, hakuna "vizuizi vya ujenzi" kwa visa vyote katika mpango wowote. Walakini, vitu vingi vinaweza kuundwa kwa kusogeza vitu vingine angani au kwa kuzirekebisha. Kwa mfano, unaweza kuunda silinda sawa mwenyewe kwa kuchukua mduara kama msingi na kuusogeza juu, ukiweka kila hatua kwa kuongeza nafasi kwenye kitu kimoja. Ikiwa programu ina zana kama hiyo, basi itafanya kila kitu yenyewe, unahitaji tu kutaja: kando ya njia ipi na umbali gani unahitaji kusonga msingi. Kwa hivyo kutoka kwa washer iliyoundwa kulingana na teknolojia iliyoelezwa hapo juu, unaweza kuunda kitu kipya - bomba. Ikiwa ni pamoja na - bomba na bends nyingi za curvature yoyote ile. Jambo muhimu: kwa hili, mduara lazima uwe wa pande tatu mwanzoni. Wacha - na unene wa kupuuza, lakini sio sawa na sifuri. Ili kufanya hivyo, programu lazima iwe na zana ya kubadilisha kielelezo gorofa na unene wa sifuri kuwa ya pande tatu na unene wa kupuuza, lakini maalum.
Mfano wa 3d kutoka kwa polygoni
Programu nyingi za uundaji wa 3D hufanya kazi na aina maalum ya vitu vinavyoitwa "meshes". Mesh ni mesh ya polygonal, au mkusanyiko wa vipeo, kingo, na nyuso za kitu cha 3D. Ili kuelewa kitu kilicho na meshes, unaweza kuangalia, kwa mfano, kwenye roboti iliyoundwa kutoka sehemu za Lego. Kila kipande ni matundu tofauti. Ikiwa saizi ya wastani ya sehemu ya Lego ni 1 cm, na unakusanya roboti urefu wa 50 cm, basi itawezekana kutambua picha (ya mtu, kwa mfano) ambayo umeweka ndani yake. Walakini, ukweli wa sanamu kama hiyo utakuwa wa kijinga sana. Mazungumzo mengine, ikiwa utaunda roboti kilomita 50 kutoka sehemu zilizo na saizi ya wastani ya 1 cm. Ukienda umbali mzuri kuona sanamu kubwa kubwa, hautaona angularity ya uso na roboti inaweza kuonekana kama mtu aliye na ngozi laini.
Mesh inaweza kuwa ndogo kama unavyotaka, ambayo inamaanisha unaweza kufikia laini yoyote ya kuona ya uso wa mfano. Kimsingi, kujenga kitu kutoka kwa meshes ni sawa na sanaa ya pikseli kwenye picha ya 2D. Walakini, tunakumbuka kuwa seti ya alama katika umbo la mstatili sio kitu cha "mstatili". Hii inamaanisha kuwa ili picha iliyoundwa kutoka kwa meshes iwe kitu cha pande tatu, mtaro wake lazima ujazwe na ujazo. Kuna zana za hii, lakini mara nyingi husahauliwa na wageni kwenye modeli ya 3D. Kama ukweli kwamba ili uso (tufani, kwa mfano) ugeuke kuwa takwimu ya volumetric, lazima ifungwe kabisa. Inastahili kuondoa nukta moja (matundu moja) kutoka kwenye uso uliomalizika wa kufungwa, na programu hiyo haitaweza kuibadilisha kuwa kitu cha 3D.
Harakati na kuonekana kwa mtindo wa 3D
Fikiria kuunda kitu cha gari kutoka kwa meshes, au kwa njia nyingine yoyote. Ikiwa katika programu ya uundaji wa tatu-tatu unaweka trajectory na kasi ya harakati ya hatua yoyote ndani ya kitu na fomula, ukiweka hali ya kwamba alama zingine zote zitasonga sawasawa, basi gari litaendesha. Ikiwa, wakati huo huo, magurudumu ya gari huchaguliwa kama vitu tofauti na trajectories tofauti za harakati na mzunguko zimetengwa kwa vituo vyao, basi magurudumu ya gari yatazunguka njiani. Kwa kuchagua mawasiliano sahihi kati ya harakati ya mwili wa gari na magurudumu yake, unaweza kufikia uhalisi wa katuni ya mwisho. Vivyo hivyo, unaweza kusonga kitu cha "binadamu", lakini hii inahitaji uelewa wa anatomy ya binadamu na mienendo ya kutembea au kukimbia. Na kisha - kila kitu ni rahisi: mifupa imeundwa ndani ya kitu, na kila sehemu yake imepewa sheria zake za harakati.
Kitu kilichoundwa katika mpango wa uundaji wa pande tatu unaweza katika fomu zake kurudia kabisa sampuli halisi kutoka kwa maisha au fantasy ya muumba, inaweza kusonga kiuhalisi, lakini bado itakosa tabia moja zaidi ya kuilingana kikamilifu. Tabia hii ni muundo. Rangi na ukali wa uso huamua maoni yetu, kwa hivyo wahariri wengi wa 3d pia wana zana za kuunda maumbo, pamoja na maktaba ya nyuso zilizotengenezwa tayari: kutoka kwa kuni na chuma hadi muundo wa nguvu wa bahari yenye ghadhabu katika mwangaza wa mwezi. Walakini, sio kazi zote za uundaji wa 3D zinahitaji utendaji kama huo. Ikiwa unaunda mfano wa kuchapisha kwenye printa ya 3D, basi muundo wa uso wake utaamuliwa na nyenzo itakayochapishwa. Ikiwa unabuni baraza la mawaziri katika CAD kwa watengenezaji wa fanicha, basi, kwa kweli, itakuwa ya kupendeza kwako "kuvaa" bidhaa hiyo katika muundo wa spishi za kuni zilizochaguliwa, lakini itakuwa muhimu zaidi kufanya hesabu za nguvu katika mpango huo.
Fomati za faili katika uundaji wa 3d
Programu ya kuunda, kuhariri na utengenezaji wa vitu 3d huwasilishwa kwenye soko na kadhaa ya programu na vifurushi. Watengenezaji wengi wa programu kama hizo hutumia fomati zao za faili kuokoa matokeo ya kuiga. Hii inawaruhusu kutumia vyema bidhaa zao na kulinda miundo yao kutokana na matumizi mabaya. Kuna zaidi ya miundo mia moja ya faili za 3D. Baadhi yao yamefungwa, ambayo ni kwamba, waundaji hawakuruhusu programu zingine kutumia fomati zao za faili. Hali hii inachanganya sana mwingiliano wa watu wanaohusika katika modeli ya 3d. Mpangilio au mfano ulioundwa katika programu moja mara nyingi ni ngumu sana au haiwezekani kuagiza na kubadilisha katika programu nyingine.
Kuna, hata hivyo, fomati za faili za picha za 3D zilizo wazi ambazo zinaeleweka na karibu programu zote za kufanya kazi na 3d:
. COLLADA ni fomati ya ulimwengu inayotegemea XML iliyoundwa mahsusi kwa kubadilishana faili kati ya programu kutoka kwa watengenezaji tofauti. Muundo huu unasaidiwa (katika hali nyingine, programu-jalizi maalum inahitajika) na bidhaa maarufu kama Autodesk 3ds Max, SketchUp, Blender. Pia, muundo huu unaweza kuelewa matoleo ya hivi karibuni ya Adobe Photoshop.
. OBJ - Iliyotengenezwa na Teknolojia za Wavefront. Umbizo hili ni chanzo wazi na limepitishwa na watengenezaji wengi wa wahariri wa picha za 3D. Programu nyingi za uundaji 3d zina uwezo wa kuagiza na kusafirisha faili za.obj.
. STL ni fomati iliyoundwa kwa kuhifadhi faili zilizokusudiwa kuchapisha kwa kutumia stereolithography. Printa nyingi za 3d leo zinaweza kuchapisha moja kwa moja kutoka kwa.stl. Inasaidiwa pia na vipande vingi - mipango ya kuandaa uchapishaji kwenye printa ya 3D.
Mhariri wa 3d mkondoni tinkercad.com
Tovuti tinkercad.com, inayomilikiwa na Autodesk, ndio suluhisho bora kwa wale ambao wanaanza kufanya modeli ya 3D kutoka mwanzoni. Bure kabisa. Rahisi kujifunza, wavuti ina masomo kadhaa ambayo hukuruhusu kuelewa utendaji kuu ndani ya saa moja na kuanza. Muonekano wa wavuti umetafsiriwa kwa Kirusi, lakini masomo yanapatikana tu kwa Kiingereza. Walakini, ujuzi wa kimsingi wa Kiingereza ni wa kutosha kuelewa masomo. Kwa kuongezea, sio ngumu kupata miongozo ya lugha ya Kirusi na tafsiri za masomo ya tinkercad kwenye mtandao.
Idadi kubwa ya milipuko ya volumetric inapatikana katika eneo la kazi la wavuti, pamoja na zile zilizoundwa na watumiaji wengine. Kuna zana za kuongeza, kupiga gridi ya kuratibu na kwa vitu muhimu vya vitu. Kitu chochote kinaweza kubadilishwa kuwa shimo. Vitu vilivyochaguliwa vinaweza kuunganishwa. Hivi ndivyo nyongeza na utoaji wa vitu hutekelezwa. Historia ya mabadiliko inapatikana, pamoja na vitu vipya vilivyohifadhiwa, ambayo ni rahisi sana wakati unahitaji kurudi nyuma kwa hatua nyingi.
Kwa wale ambao kazi za kimsingi zilizoelezewa hapo juu hazitoshi, kuna utendaji wa maandishi ya maandishi na, ipasavyo, kuunda hati ngumu za kubadilisha vitu.
Hakuna zana za kukata vitu. Hakuna polygoni katika fomu yao safi (mfano wa polygonal unatekelezwa, kwa kiwango fulani, katika vitambulisho vya vitu vya curvilinear). Hakuna maandishi. Walakini, tinkercad hukuruhusu kuunda vitu ngumu na vya kisanii.
Inasaidia kuagiza na usafirishaji wa faili katika muundo wa STL, OBJ, SVG.
Mchoro
Semi-mtaalamu mhariri wa michoro ya 3d kutoka Trimble Inc, iliyopatikana miaka kadhaa iliyopita na Google Corporation. Toleo la Pro linagharimu $ 695. Kuna toleo la bure mkondoni na utendaji mdogo.
Miaka michache iliyopita kulikuwa na toleo la bure la mhariri, lakini leo tu toleo la mkondoni linapatikana bila pesa. Toleo la wavuti lina zana rahisi za kuchora, zinaunda curves na zana ya Extrude, ambayo hukuruhusu kuunda dhabiti kutoka kwa picha tambarare. Pia katika toleo la wavuti kuna tabaka na maumbo. Maktaba ya vitu iliyoundwa na mtumiaji inapatikana.
Kuingiza kunawezekana kwa faili za muundo wake (Mradi wa SketchUp). Unaweza pia kuingiza faili ya.stl kwenye eneo kama kitu.
Viunga na Google huruhusu SketchUp kujumuika na huduma za kampuni kubwa ya mtandao. Huu sio ufikiaji tu wa uhifadhi wa wingu, ambapo unaweza kupata pazia na vitu vingi vilivyotengenezwa tayari katika kazi yako, lakini pia uwezo wa kuagiza picha za setilaiti na angani kutoka Google Earth ili kuunda picha halisi.
Kwa ujumla, uwezo wa toleo la bure la SketchUp ni kubwa zaidi kuliko utendaji unaopatikana kwenye tinkercad, lakini wavuti ya SketchUp mara nyingi hupunguza kasi wakati wa kujaribu kufanya shughuli kubwa, kana kwamba inadokeza kuwa ni bora kubadili toleo lililolipwa. ya bidhaa. Toleo la bure la SketchUp linakuja na ofa ya kulipa pesa ili kupanua uwezo wake karibu kila hatua.
Kwa kuzingatia kuwa SketchUp Pro ina utendaji mzuri na inatumiwa sana, kwa mfano, katika muundo wa fanicha au ukuzaji wa muundo wa mambo ya ndani, tunaweza kupendekeza kudhibiti toleo la bure la wavuti ya bidhaa kwa wale ambao wanataka kuchukua hatua kuelekea modeli nzito, lakini bado hawana uhakika wa nguvu zao na ufanisi. mpito kwa matoleo ya kulipwa.
Blender
Blender ni mradi wa hadithi ambao unaonyesha, pamoja na Linux au PostgreSQL, kwamba jamii ya watunga programu waliounganishwa na wazo la usambazaji wa programu huria wanaweza kufanya karibu kila kitu.
Blender ni mhariri wa picha wa 3d aliye na uwezekano karibu na ukomo. Alipata umaarufu mkubwa kati ya waundaji wa uhuishaji na picha za kweli za 3d. Kama mfano wa uwezo wa bidhaa hii, tunaweza kusema ukweli kwamba uhuishaji wote wa sinema "Spider-Man 2" iliundwa ndani yake. Na - sio tu kwa filamu hii.
Kusimamia kikamilifu uwezo wa mhariri wa Blender inahitaji uwekezaji mkubwa wa wakati na uelewa wa nyanja zote za picha za 3D, pamoja na taa, uwekaji wa hatua na harakati. Inayo zana zote zinazojulikana na maarufu za uundaji wa volumetric, na kwa zana isiyowezekana au bado haijabuniwa kuna lugha ya programu ya Python, ambayo mhariri yenyewe imeandikwa na ambayo unaweza kupanua uwezo wake kadiri unavyothubutu.
Jamii ya watumiaji wa Blender ina zaidi ya watu nusu milioni na kwa hivyo haitakuwa ngumu kupata watu ambao watasaidia kuijua.
Kwa miradi rahisi, Blender inafanya kazi kupita kiasi na ngumu, lakini kwa wale ambao watafanya modeli ya 3d kwa umakini, ni chaguo bora.
