Проектная работа 3D моделирование и его роль в современном мире

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 4»

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

3D МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЕГО РОЛЬ В СОВРМЕННОМ МИРЕ

Автор: Рыкалов Илья Сергеевич,

Обучающийся 11-класса.

Руководитель: Пахолков Сергей Михайлович,

Учитель технологии.

Котлас, 2022г.

Оглавление

Введение

Я решил выбрать эту тему для своего проекта по причине того, что моя будущая профессия будет напрямую связана с 3D-моделингом. А также, меня сильно удивило то, что люди не знают где используют 3D графику. В современном мире почти все, что мы видим в телевизоре, в интернете или в кино создано с помощью 3D-моделинга.

Объект исследования: Информационные системы

Предмет исследования: 3D-моделирование

Цель исследования: узнать возможности и области применения 3D-моделирования

Задачи исследования:

• Узнать, что такое 3D-моделирование
• Выяснить историю 3D-моделирования
• Узнать типы 3D-моделирования
• Разузнать, в каких программах создаются 3D-модели
• Сделать 3D-модель
• Узнать плюсы и минусы 3D-моделирования

Методы исследования:

• Экспериментально-теоретический метод
• Теоретический

Что такое 3D-моделирование

3D-моделирование – это процесс создания виртуальных моделей, с помощью которого можно с максимальной точностью представить внешние характеристики объекта, такие как форма, размер, общий внешний вид. Современная трёхмерная графика позволяет воссоздать невероятно реалистичную модель, порой неотличимую от обычной фотографии. Специалисты в данной области сейчас очень востребованы на рынке, а их зарплаты в среднем колеблются от 70 до 300 тысяч рублей. Для создания 3D-модели требуются следующие шаги:

• Моделирование – создание трёхмерной модели
• Текстурирование – наложение на модель текстуры
• Освещение – установка и настройка света (для правдоподобности)
• В некоторых случаях анимация – придание движения
• В некоторых случаях динамическая симуляция – расчет взаимодействия частиц, объектов для физических или химических расчетов
• Композитинг – построение проекции и объектов
• Рендеринг – построение проекции

[Приложение: 2]

История 3D-моделирования

За кулисами 3D спрятан очень серьезный математический аппарат, реализованный в ядре графической системы и производящий трехмерные изображения. Математические зависимости, описывающие формирование цифровой модели реальных объектов, а также алгоритмы для просчета освещения трехмерных сцен (областей виртуального пространства, содержащих трехмерные объекты и источники света), были разработаны еще в 1960-х годах. Однако слабые возможности аппаратного обеспечения не позволяли в то время создавать даже совсем несложные 3D-изображения. Первые компьютерные программы, формирующие простые трехмерные модели на основе эскизов, были созданы в 1960-х годах в университете города Юты (США) Иваном Сазерлендом и Дэвидом Эвансом. Начиная с середины 1970-х годов их последователи Эд Катмулл, Джим Блинн, Би Тюн Фонг (все трое были студентами все той же кафедры компьютерной графики в Юте) продолжили развивать технологии работы с 3D-графикой и анимацией. Сначала мало кто воспринимал всерьез студенческие и аспирантские работы по формированию объемных изображений на экране компьютера. Однако фундаментальные исследования, проведенные в этот период, стали началом развития мощнейшей технологии, которая коренным образом изменила представление о возможностях применения компьютерной графики. [Приложение: 3]

Типы 3D-моделирования

В интернете встречается немало способов их классификации, одни и те же виды моделирования носят порой различные названия. Но проще всего классифицировать их по способам реализации.

1. Параметрическое моделирование – для данного вида моделирование используют САПР. Они приспособлены для проектирования деталей, двигателей, автомобилей, вертолётов и ракет, зданий, и применяются в основном в промышленности, строительстве и 3D-печати. Можно выделить поверхностные и твердотельные модели
2. Полигональное моделирование – в подавляющем числе случаев виртуальная среда и персонажи в играх, анимационных роликах и кино созданы с использованием полигонального моделирования. Полигоны — это треугольники и четырехугольники (в зависимости от программы), которые составляют сетку на поверхности объекта.
3. Воксельное моделирование — объёмные объекты, в отличие от полигональных, где полигоны составляют лишь оболочку объектов с полостью внутри. Воксельное моделирование используют в науке и в медицине: компьютерная томография, УЗИ и МРТ.
4. Сплайновое моделирование (NURBS) – 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.
5. Скульптинг – совсем не случайно понятие скульптинг прочно закрепилось в 3D-моделинге, это прямая аналогия. Если взглянуть примитивно, то создание персонажей действительно напоминает работу скульптора. По сути, это не что иное, как полигональное моделирование, но наличие дополнительных инструментов позволяет создавать персонажи и сцены с высокой детализацией и фотореалистичностью. четырехугольники (в зависимости от программы), которые составляют сетку на поверхности объекта. [Приложение: 1]

Программы для 3D-моделирования

На самом деле существует целое множество различных программ для 3D-моделирования, чтобы их перечислить, можно потратить целую вечность. Я бы хотел выделить самые известные из них.

Программа 3Ds-max является одной из самых популярных программ, в которой существуют почти все типы 3D-моделирования. Этой программой в основном пользуются почти все известные кинокомпании, компании по созданию игр, реклам и т.д.

Программа Blender тоже является довольно популярной, но в основном, ее используют новички для обучения 3D-моделингу и созданию каких-либо визуалиционных работ. В этой программе можно пользоваться многими типами 3D-моделирования, оно более простое в использовании и не такое требовательное, как 3Ds-max.

Программа ZBrush используется во всех кино сферах, игровых сферах, везде, где надо сделать модель человека или какого-либо животного. В этой программе можно использовать только скульптинговый тип моделирования.

Создание 3D-модели

Для этой части проекта я решил сам сделать 3D-модель. Для этого мне пришлось установить программу 3Ds-max. Я решил выбрать именно эту программу по причине того, что у меня уже есть опыт работы в ней.

В качестве практики в 3D сфере я решил сделать дизайн комнаты в полигональном моделировании с французским окном, мягким диваном, картиной и небольшими дополнениями для заполнения пустого пространства. В качестве второй работы я решил сделать экстерьер целого дома с полным обустройством мебели.

В качестве основы 1 модели я решил воспользоваться уже готовым вариантом основы (стены и пол). Я решил выделить лишь одну часть комнаты, с которой буду работать. Это мне поможет в более быстром и более реалистичном создании моей визуализации и моего моделирования. В этой части комнаты я решил сделать мягкий диван у окна. Также я решил добавить собаку, стол, на диване будут лежать книги для добавления оживленности моего проекта. В целом, это часть является более легкой, чем визуализация, которая будет в дальнейшем. В качестве визуализации я решил сделать эту часть комнаты более теплой и на снежном фоне, ведь такие краски вызывают более сильнее привлечение, чем один цвет.

Для своей 2 работы, как я упоминал ранее, я сделаю полный экстерьер целого дома, но это будет одноэтажный коттедж. Чертеж я решил не рисовать, а найти в интернете, я выбрал тот, в котором уже есть все размеры, от пола до потолка, от двери к окну и т.д. Теперь мне осталось лишь додумать части экстерьера, это мебель, санузел, кухня, шкафы, двери, окна. Также я бы хотел сделать работу более реалистичной, подобрав все текстуры (материал для внешних стен и т.д.) куда лучше, делать я это буду, ориентируясь на то, что видел в реальности. Саму основу сделать легко, но только надо сделать точно все размеры, иначе в будущем ничего не получится. Как я уже описывал ранее, все модели будут сделаны мной. Сам дом у меня будет из светлого кирпича, ведь такой материал используют почти все, он также хорошо заметен невооружённым взглядом на улицах. Шкаф и тумбочки у меня будут из дуба, такой материал подходит почти под любой экстерьер квартир и домов. Кухня будет сделана из крашенной фанеры и металла, плита же там будет стеклянная, раковина тоже будет из металла, так текстура выглядит куда лучше. На кухне присутствует телевизор, это единственное место, где он есть. Также в этом доме 2 спальни, для родителей и ребенка. Они будут похожи с одним но, у ребенка есть стол для учебы и компьютера, а у родителей его нет. Санузел будет современный, обычный туалет и душевая кабина, в качестве основы которой лежит дерево, металл, плиты и стекло, раковина тоже обычная. Визуализацию этой работы у меня не получилось сделать из-за больших масштабов.

Плюсы и минусы 3D-моделирования

Плюсы: разделение внешней и внутренней границы, автоматическая маскировка скрытых линий, создание 3D разрезов частей модели, возможность применения тоновых инструментов, регулирование освещения, точные весовые параметры предметов. Сферы применения и преимущества трехмерного моделирования. Метод распространен в дизайне и строительстве, промышленности, рекламе, презентациях и анимации

Минусы: к недостаткам 3D-графики можно отнести: 1. высокие требования к аппаратной составляющей компьютера: к его оперативной памяти, быстроте работы процессора и т. д., 2. необходимость больших временных затрат на создание моделей всех объектов сцены, могущих оказаться в поле зрения камеры.

Заключение

В процессе написания индивидуального проекта я выяснил, что 3D-моделирование – это процесс создания виртуальных моделей, с помощью которого можно с максимальной точностью представить внешние характеристики объекта, такие как форма, размер, общий внешний вид, узнал историю создания 3D-моделирования, выяснил типы 3D-моделирования. Также я сделал свою 3D-модель, полностью закончив работу с этой моделью. Мне удалось выяснить плюсы и минусы 3D-моделирования.

Я выяснил, что 3D-моделирование – это шаг только вперед, ведь с помощью него можно создать то, чего не существует, увидеть, как будет выглядеть что-либо своими глазам, а не в голове.

Приложения

Список использованной литературы

1. Сайт - https://webmastersam.ru/3d-modelirovanie-vidy.html#:~:text=В%20интернете%20встречается%20немало%20способов,классифицировать%20их%20по%20способам%20реализации
2. Сайт - https://ru.wikipedia.org/wiki/Трёхмерная_графика
3. Сайт - https://studwood.net/1648194/informatika/istoriya_sozdaniya_modelirovaniya_aktualnost