Как сделать функциональное моделирование
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 04.10.2024
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Алоян Р.М., Петрухин А.Б., Опарина Л.А., Ставрова М.В.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Алоян Р.М., Петрухин А.Б., Опарина Л.А., Ставрова М.В.
Обоснование применения методологии процессного подхода к моделированию жизненного цикла энергоэффективных зданий
Научно-технический и производственный журнал
Функциональное моделирование как организационный инструмент проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий*
Ключевые слова: функциональное моделирование, организация процессов, проектирование, строительство, эксплуатация, энергоэффективные здания.
В данной статье представлены результаты функционального моделирования жизненного цикла энергоэффективных зданий, выполненного на базе ИГАСУ в рамках научно-исследовательской работы по гранту Российско-
В результате построения модели AS-IS были выявлены недостатки существующей системы организации процессов проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий, а именно:
1. Функцию управления энергетической эффективностью зданий выполняют наряду с федеральными законами организационно-методические и общие технические правила и нормы, а заказчику отведена второстепенная роль механизма, реализующего эти функции. Данный вывод следует из Закона № 261-ФЗ, который устанавливает, что «застройщики обязаны обеспечить соответствие зданий, строений, сооружений требованиям энергетической эффективности и требованиям оснащенности их приборами учета, используемых энергетических ресурсов, путем выбора оптимальных архитектурных, функционально-технологических, конструктивных и инженерно-технических решений и их надлежащей реализации при осуществлении строительства, реконструкции, капитального ремонта. здание, строение, сооружение должны соответствовать требованиям энергетической эффективности при вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации, с указанием лиц, обеспечивающих выполнение таких требований
* Статья подготовлена при финансовой поддержке РГНФ, проект № 11-32-00360а2.
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Контекстная диаграмма модели AS-IS
Рис. 2. Контекстная диаграмма модели TO-BE
2. На всех стадиях жизненного цикла отсутствуют мотивирующие механизмы достижения уровня энергоэффективности зданий как для заказчика, так и для проектных, строительных и эксплуатирующих организаций. По мнению авторов, государство должно не управлять процессом, а мотивировать заказчика на энергосбережение, а тот стимулировать проектные и строительные организации. Отсутствие мотивирующих механизмов может привести к тому, что ни застройщики, ни инвесторы, ни проектировщики и тем более строители не смогут обеспечить системного подхода к энергоэффективности зданий, так как не имеют для этого инструментов. Данные выводы можно сделать на основе Градостроительного кодекса РФ, определяющего основные контролирующие процессы строительного производства:
• государственная экспертиза проектной документации;
• государственная экспертиза результатов инженерных изысканий;
• федеральный государственный строительный надзор;
• установление перечня видов работ по инженерным изысканиям, по подготовке проектной документации, по строительству, реконструкции, капитальному ремонту объектов капитального строительства, которые оказывают влияние на безопасность объектов капитального строительства;
• контроль за соблюдением органами государственной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления законодательства о градостроительной деятельности.
Научно-технический и производственный журнал
Застройщики, проектные и эксплуатирующие организации
Рис. 3. Декомпозиция первого уровня модели TO-BE
Следовательно, данные функции должны выполняться заказчиком.
При построении модели TO-BE учтены следующие необходимые условия:
1. На функциональные блоки модели наряду с федеральными законами основное управляющее воздействие должен осуществлять заказчик, так как он является собственником зданий и заинтересован в сбережении энергоресурсов.
2. Моделируемые процессы не должны испытывать несколько управляющих воздействий, так как такой подход приводит к затруднению управления и необходимости разграничения управляющих функций. Эффективное управление должно осуществляться одним органом.
3. Наряду с мотивирующими механизмами в модели необходимы контролирующие, посредством которых государство контролирует соблюдение закона, например экспертиза проекта, заключение о соответствии, утверждение энергопаспорта. Механизмами контроля могут стать органы госэкспертизы на стадии проектирования, приемная комиссия на стадии строительства и контролирующие органы на стадии эксплуатации.
TO-BE - модель идеальной системы жизненного цикла энергоэффективных зданий в границах существующего нормативно-правового поля (рис. 2).
На контекстной диаграмме показано, что управляющее воздействие на блок АО оказывают федеральные законы и заказчики. Декомпозиция процессов позволяет разделить управление: одними блоками управляют федеральные законы, а другими - непосредственно заказчики, которые должны быть заинтересованы в повышении энергетической эффективности зданий.
Также на модели TO-BE появились мотивирующие механизмы, работа которых направлена на повышение энергетической эффективности зданий на всех стадиях их жизненного цикла. Кроме того, организационно-методические и общие технические правила и нормы работают в данной модели как механизм, а не как управляющее воздействие.
Декомпозиция модели TO-BE направлена на три главных процесса жизненного цикла здания - проектирование, строительство и эксплуатацию. Модель построена в соответствии с общими целями организации жизненного цикла энергоэффективных зданий. Декомпозиция первого уровня модели представлена на рис. 3.
Построенная модель TO-BE жизненного цикла энергоэффективных зданий декомпозирована до третьего уровня, однако формат статьи не позволяет представить всю модель с имеющимся глоссарием и развернутым отчетом программы BPwin. Авторы считают, что представленные схемы позволяют увидеть преимущества функционального моделирования при решении сложной многоаспектной проблемы современной строительной отрасли - повышение энергетической эффективности зданий. Построенная функциональная модель позволяет представить все структурные элементы жизненного цикла энергоэффективных зданий, применить принципы системотехники строительства к ор-
Научно-технический и производственный журнал
ганизации процессов проектирования, строительства и эксплуатации и на их основе оптимизировать организацию достижения главной цели - повышения уровня энергетической эффективности зданий. Таким образом, функциональное моделирование является методологической и системотехнической основой проектирования, строительства и эксплуатации энергоэффективных зданий и организации процессов их жизненного цикла. Создание и внедрение функциональных моделей позволит качественно повысить уровень организации строительного производства в направлении создания энергоэффективных зданий. Созданная модель может быть использована в последующих научных исследованиях в области организации строительного производства, в качестве стандарта процессов жизненного цикла энергоэффективных зданий, базиса при формировании технических заданий на выполнение ФЦП, целевых программ, финансируемых государственными корпорациями, а также в практической деятельности предприятий архитектурно-строительного профиля.
1. Опарина Л.А. Функциональное моделирование жизненного цикла энергоэффективных зданий // Энергосбережение. 2011. № 7. С. 69-71.
2. Опарина Л.А. IDEF0-моделирование жизненного цикла энергоэффективных зданий // Жилищное строительство. 2011. № 11. С. 45-46.
На выходе функциональное моделирование (ФМ) даёт приблизительный результат (точный даст — опытная эксплуатация):
- работает ли концептуальная модель?
- соответствует ли она поставленным техническим- или бизнес-требованиям?
- какие ограничения и границы модели?
- уязвимости, ограничения, экономика проекта и др.
Должен ли владелец бизнеса ответить на те же вопросы при запуске новой системы 1С:Предприятие (1С ERP, КА, УТ и др.) да и всего остального ? Однозначно. Функциональное моделирование как раз для этого и предназначено.
Предлагаю оглавление по документу ФМ:
- Описание бизнес-процессов предприятия (As is/To be).
- Выбор решений программного и аппаратного обеспечений.
- Насколько соответствует типовое решение техническим требованиям и бизнесу?
- Какая допустимая нагрузка на систему / подсистемы?
- Какие условия информационной безопасности?
- Обзор текущей инфраструктуры.
- Какие функциональные разрывы между системой и бизнес-процессами и способы их устранения?
Вернёмся к математике, к формуле нормального распределения, график которого имеет следующий вид:
В общих словах, большие отклонения имеют малую вероятность (незаштрихованные области) и чем больше отклонение, тем реже оно встречается. Разработчик массового программного обеспечения должен укладывать функционал системы в среднеквадратическое отклонение (заштрихованную область) — в то, что с наибольшей вероятностью будет использоваться на большинстве предприятий.
Это больше чем необходимо на ФМ, но крайне важно на средних и крупных проектах (внедрения по технологиям ТБР и ТКВ). Для внедрения ТСВ (Технология стандартного внедрения) допускается не делать нагрузочное тестирование.
Результатом функционального моделирования должен стать:
- одноимённый документ, в котором описаны бизнес-процессы, поведения системы, результаты тестирования и требуемые функциональные доработки,
- база(ы) данных.
Несколько моделей предназначены для варианта нескольких кандидатов типовых/отраслевых решений Для принятия правильного решения требуется предоставить сравнительную характеристику, например SWOT-анализ.
Рабочая папка наполняется большим количеством файлов, которые созданы в работе следующим программным обеспечением:
Художник Евгений Пак, а также левел-дизайнер Денис Куандыков, делятся советами и историями о том, как сделать карьеру в 3D, и как не допустить на этом пути ошибок.
Работа из портфолио Евгения Пака
Как прийти в 3D-моделирование
Работа из портфолио нашего преподавателя
Иногда к изучению 3D подталкивает создание модификаций. Например, модер понимает, что нужной ему модели нигде нет, и выход один: сделать её самому.
Денис Куандыков, левел-дизайнер VOID Interactive:
Для меня 3D не было самоцелью. Изначально я делал модификации для игр, потому что жил в деревне и мне не во что было играть — сам себя так развлекал. В основном делал моды для Far Cry, там был клёвый редактор уровней.Когда подрос скилл в создании уровней, я начал набирать авторитет в сообществе моддеров и понял, что мне не хватает моделей, которые уже были в движке. Поначалу я моделировал не обстановку, а геймплей, на базовых формах, прямо внутри движка. А потом я пришёл к тому, что хочу использовать не тот кирпич, что есть, например, в Crysis, а свой кирпич. Мне нужен был новый инструмент, чтобы делать что-то круче и интереснее. Получается, я пришёл в 3D, чтобы стать сильнее в левел-дизайне.
Каким бы путём художник ни пришёл в 3D-графику, ему придётся освоить незнакомый инструментарий — это нелегко даже для модеров и специалистов смежных дисциплин. Выход — знакомиться с технической частью постепенно.
Евгений Пак, художник по окружению в People Can Fly
Если вы в самом-самом начале, то наиболее эффективный способ найти себя в 3D — это пропустить через себя много информации и попробовать разные программы. Я не призываю полностью изучать — но попробовать всегда стоит.Ведь 3D — это не просто одна какая-то ниша, оно делится на очень много уровней. Тут есть motion-design, есть продакшн для фильмов, реклама, геймдев, интерьерка. Всё сразу не изучить.
Работа из портфолио Евгения Пака
Когда 3D-художник уже освоил базовый набор инструментов, он сталкивается с вопросом: как продолжить развиваться.
Каждый моделер рано или поздно закрепляется на какой-то позиции: например, в должности вечного аутсорсера. Или становится известен как человек, который быстро и красиво рисует, к примеру, автомобили. Это нормальный, даже важный этап карьеры, но, в определённый момент от него нужно отказываться.
Преподаватель XYZ, 3D-художник
Когда-нибудь вы окажетесь на каком-то маленьком и неинтересном проекте, и у вас будет вариант пойти дальше. Взять что-то большее, но для этого приложить какие-то усилия. И это ответственность, которую страшно на себя брать. Некоторые люди берут её, а некоторые — сдаются, пугаются.
Кругозор расширяется, но постепенно у моделера всё равно может сложиться впечатление, что он занимается примерно одним и тем же. Чтобы выйти из такого состояния, нужно осознать, что 3D-моделирование — это ещё и творчество.
Работа из портфолио нашего преподавателя
Как стать творцом
У моделера, который просто механически осваивает создание объёмных моделей, есть предел развития. Он наступает, когда художник может выполнить любой заказ быстро и качественно.
Но чтобы развиваться дальше нужен внутренний запал. Он будет двигать художника вперёд и не даст его тяге к саморазвитию угаснуть.
Преподаватель XYZ, 3D-художник
На самом деле, я никогда не хотел быть трёхмерщиком, а хотел делать мультфильмы и снимать кино. И я снял несколько фильмов и мультфильмов! Правда они все отстойные, был молод и не умел ни черта. 3D было лишь инструментом в этой работе. Я никогда не целился в моделинг, просто начал за него довольно рано получать деньги, да и дело интересное. Хорошая комбинация.
Даже когда перед художником стоит простая задача — например, нарисовать стол, — к ней можно подойти с фантазией. Дать волю внутреннему дизайнеру, поэкспериментировать с формой столешницы, с количеством её ножек. Или ещё лучше: сразу представить себе целую комнату, в которой этот стол будет стоять, и только потом начинать его рисовать, — как элемент композиции, а не как отдельный объект.
Денис Куандыков, левел-дизайнер VOID Interactive
Я не делаю шейдеры, чтобы сделать шейдеры, и модели, чтобы сделать модели. Я иду от обратного: у меня есть идеи каких-то игр или каких-то отдельных сцен, которые сами по себе что-то рассказывают. И уже под эти задачи я понимаю, какие нужно сделать модели.Держу в голове цель, и она основана на моих имеющихся навыках; на том, что я уже умею делать в движке. А уже в процессе реализации этой цели я учусь чему-то новому, при этом не создавая контент в пустоту.
Работа из портфолио Дениса Куандыкова
Идеи появляются, когда художник сталкивается с чем-то новым. Например, моделеру могут предложить поработать в новой для него стилистике, а художнику по персонажам — нарисовать необычный интерьер. К сожалению, обеспечить себе такой творческий подход можно не всегда, поэтому 3D-художники часто сталкиваются с рутинной работой.
Уставшему от одинаковых моделей художнику лучше сторониться проектов-блокбастеров — тех самых The Elder Scrolls, Call of Duty и Grand Theft Auto, над которыми многие так хотят работать. Облик AAA-игр определяют арт-директора и старшие художники, в то время как их подчинённые просто выполняют задачи, которые им выдают. Творческий процесс в таких условиях сводится к нулю.
Денис Куандыков, левел-дизайнер VOID Interactive
Чем больше проект, тем больше вы в нём растворяетесь и тем сильнее теряется ценность вашей работы. Вы делаете не целиком солдата, а лишь одну его лямку. Или делаете не танк, а только его третий уровень детализации, например. И это всё дико теряется на фоне всей остальной работы, потому что над такими играми работают тысячи людей.
Чтобы вырваться из этой атмосферы подойдут небольшие инди-проекты. На них 3D-моделер может не только быстро набить руку, но и проявить себя как художника. В таких проектах редко бывают большие отделы, отвечающие за создание 3D-графики — как правило, всё ограничивается несколькими людьми. И это значит, что у каждого из них куда больше возможностей проявить свой уникальный стиль.
Subnautica. Работа из портфолио Евгения Пака
Работает этот способ и когда нужно создать, например, макет локации, в которой стоит человек с ружьём. Если цель задания — показать конкретного персонажа, то нужно рисовать уникального человека с уникальным ружьём. Но если цель — показать локацию, то можно обойтись и заранее заготовленной моделью, чтобы не тратить впустую время и силы.
Subnautica. Работа из портфолио Евгения Пака
Ещё одна хитрость: можно подойти к знакомой задаче или приевшейся модели с новым инструментом. Это может быть незнакомая программа, неосвоенный движок, а иногда и просто новая кисть, найденная в уже изученном интерфейсе.
Евгений Пак, художник по окружению в People Can Fly:
Все 3D-программы очень схожи по своей философии — когда знаешь много программ, начинаешь это понимать. Новичку кажется, что каждая программа уникальна и по-своему сложна, но я бы сказал, что стоит просто попробовать и убедиться, что полигоны везде одинаковые, да и многие инструменты тоже.Еще есть такая вещь как learning curve [кривая обучаемости]: когда начинаешь что-то новое, то учишься быстро, и твоё развитие поднимает боевой настрой. Это такой лёгкий лайфхак — начать заниматься 3D и сразу получить бонус к пониманию и к смелости. Можно поставить себе цель: замоделить стакан и карандаш во всех программах, какие получится найти. Ну и после такого сразу станет понятно, какой софт нравится больше.
Всегда важно быть открытым к новому, а не ограничиваться одним досконально изученным инструментарием. Но здесь тоже есть своя опасность, на этот раз — чисто технического характера.
Как не запутаться в инструментах
Преподаватель XYZ, 3D-художник
Работа из портфолио нашего преподавателя
Евгений Пак, художник по окружению в People Can Fly
Профессиональный подход — это осваивать не всё и сразу, а постепенно, решая за раз конкретную проблему. Например, на работе вам точно нужно будет придерживаться обшего рабочего процесса, а значит и инструментов. Ведь чем уникальнее к вам нужен будет подход, тем дороже вы будете обходиться студии.
Незнакомый инструмент порой мешает творческой стороне процесса, засоряя голову ненужной информацией. К тому же заказчика доскональным знанием возможностей той или иной программы не обрадуешь — ему нужно, чтобы вы просто быстро и качественно выполнили работу в привычной среде.
Денис Куандыков, левел-дизайнер VOID Interactive
Если у вас широкий кругозор — это хорошо, но расширяя его, вы тратите время. Например, мне нужно что-то затекстурить, и я вспоминаю, что многие хвалят 3D-Coat за текстуринг. И вот я сижу, изучаю текстуринг в новом софте и понимаю, что мне на изучение 3D-Coat потребуется гораздо больше времени, чем затекстурить прямо сейчас в Blender. Потому что у меня рука на нём набита. 3D-Cocat - нструмент хороший, но мне сейчас не подходит. Лучше изучать всё под себя.
Работа из портфолио нашего преподавателя
При этом иногда освоиться в незнакомой среде бывает полезно — если есть время и желание. Художнику по анатомии будет здорово посмотреть уроки по созданию растительности, а художнику по интерьерам — наоборот, поэкспериментировать с человеческим телом. Главное — всегда помнить о творческой стороне моделирования.
Преподаватель XYZ, 3D-художник
Сесть просто так и что-то замоделировать — это не задача. Изучать кнопки — это уже задача, но довольно скучная и быстро надоедает. А вот создать, например, сферу дайсона, зомби-утку, магазинчик комиксов, любимого персонажа, оружие любимого персонажа — вот это прикольные задачи. За этими задачами очень легко учить кнопки.А есть задачи ещё интереснее. Рассказать историю в картинке? О да! Напугать своих друзей жутким кадром? Тоже классная цель! Сделать кадр, как из фильма? Отлично! В путь!В конце концов, арт — это способ невербального общения, а 3D — один из его языков. Просто так учить слова, буквы и правила скучно и сложно. А общаться на этом языке с другими людьми, в процессе во всём разбираясь — куда интереснее!
3D-модели окружают нас повсюду. Они являются основой любого физического объекта, который мы видим и используем в повседневной жизни. В этом руководстве мы расскажем о самых популярных методах 3D-моделирования: от построения модели с нуля до оцифровки физического объекта с помощью 3D-сканера.
Параметрическое моделирование, полигональное моделирование, цифровое скульптурирование, 3D-сканирование, фотограмметрия
Введение
Если вы никогда не задумывались о том, сколько 3D-моделей вас окружает, то теперь начнете видеть окружающий мир в совершенно новом свете. 3D-модели есть на телевидении, в фильмах и мультфильмах, рекламе, видеоиграх, социальных сетях, мобильных приложениях, приложениях виртуальной реальности и т. п. Но это далеко не только виртуальные объекты, которые можно увидеть на экране. Чашка, которую вы держите в руках, ручка на столе, ваш автомобиль и стул — это всё когда-то было 3D-моделями, как и многие другие современные объекты.
Но как эти модели были созданы?
В этой статье мы раскроем основы процесса 3D-моделирования и посмотрим на самые популярные способы создания 3D-моделей: от САПР (CAD) и полигонального моделирования до 3D-сканирования. Мы также пройдемся по самым распространенным программам для моделирования и поделимся советами, которые помогут вам понять, когда лучше создавать модели с нуля, а когда — использовать 3D-сканер.
Что ж, начнем с самого главного.
Что такое 3D-модель?
3D-модель механической детали в программе для моделирования
В компьютерной графике под 3D-моделью понимается цифровое представление поверхности или объекта, созданное в специализированной программе. Модель передает параметры физического тела с помощью набора точек в 3D-пространстве, объединенных в различные геометрические объекты: треугольники, линии, изогнутые поверхности и т. д. В некоторых случаях 3D-модель может передавать размер, форму и текстуру объекта. Процесс создания этого представления называется 3D-моделированием.
Где и как используются 3D-модели?
3D-модели являются неотъемлемой частью многих творческих профессий. Инженеры и дизайнеры используют 3D-модели в процессе проектирования для создания новых продуктов либо для изменения конструкции существующих объектов. Архитекторы строят 3D-модели для визуализации зданий, ландшафтов и интерьеров вместо или как дополнение к созданию традиционных архитектурных моделей.
Разработчики игр широко используют 3D-моделирование для создания 3D-объектов и персонажей для консольных, компьютерных и мобильных игр.
Австрийский актер Петер Симонишек осматривает отпечатанную на 3D-принтере предельно точную 3D-модель самого себя, созданную на основе 3D-скана
Киностудии применяют 3D-модели для создания спецэффектов, персонажей и различных объектов в анимационных и художественных фильмах.
В медицине 3D-модели нужны для визуализации анатомии человека, создания индивидуальных медицинских изделий (например, протезов, ортопедических приспособлений, зубных имплантов), для демонстрации ожидаемых результатов пластической операции и т. д.
Оцифровка костей ноги тираннозавра рекс с помощью 3D-сканера
В сферах науки и образования они также используются в самых разных целях: от сохранения исторических и археологических ценностей до визуализации химических соединений, геологических моделей и многих других объектов.
Два основных способа создания 3D-моделей
Хотя существует довольно много способов создания 3D-моделей, наиболее популярны два: построение модели в программе для 3D-моделирования и использование объекта из реального мира для создания его цифровой модели с помощью 3D-сканера. Взглянем на достоинства и недостатки обоих методов и узнаем, как определить наиболее подходящий для конкретных задач.
Способ № 1: 3D-моделирование
Промышленный дизайнер работает над прототипом нового продукта
Первый способ создать 3D-модель — это начать с нуля, используя специализированное программное обеспечение для 3D-моделирования. Этот способ широко используется специалистами в самых разных отраслях: инженерами, промышленными дизайнерами, архитекторами, художниками компьютерной графики и многими другими.
Если вам необходимо спроектировать что-то совершенно новое, что еще никогда не было создано, 3D-моделирование станет идеальным способом, который позволит дать волю воображению и воплотить в жизнь все идеи.
Этот метод примечателен тем, что позволяет создавать принципиально новое и уникальное: новый компонент автомобиля или фантастическое существо в видеоигре, или же что-то, что уже существует, но недоступно для сканирования.
Например, если вам нужна модель известного на весь мир здания, расположенного слишком далеко от вас, может быть намного проще и дешевле создать его 3D-модель с нуля, пользуясь справочными материалами (фотографиями, видео), а не ехать туда, где оно находится, и организовывать 3D-сканирование (когда речь идет об исторических зданиях, эта задача сама по себе может оказаться проблематичной). Или же, если вам необходимо создать что-то совершенно новое, что еще никогда не было разработано, 3D-моделирование станет отличным способом воплотить в жизнь все ваши идеи и замыслы.
Существуют разные технологии 3D-моделирования и разнообразные программы, в которых можно создать модель с нуля. Выбор во многом зависит от конкретного объекта, который необходимо создать, и его предполагаемого применения.
Параметрическое моделирование
Параметрическое 3D-моделирование, CAD-среда или система автоматизированного проектирования (САПР) является основным способом, которым пользуются инженеры и дизайнеры для создания реалистичных компьютерных моделей будущих деталей и сборных изделий. Практически каждый современный продукт, с которым мы ежедневно взаимодействуем, был создан с помощью 3D-моделирования в CAD-среде.
Построение 3D-модели в CAD-программе (САПР)
С помощью этого метода дизайнер создает 3D-модель объекта, который может иметь точно такие же параметры, как у имеющегося предмета: материал, вес, размер, оптические, физические параметры и т. д. Эти модели можно затем распечатать на 3D-принтере или изготовить на фрезерном станке, а также использовать в сложных симуляциях и тестах. Например, можно создать совокупность деталей и посмотреть, как они примыкают друг другу, проверить, как они реагируют на внешнее воздействие, проследить, как их будут обтекать жидкости, оценить способ их производства с помощью симуляций и многое другое.
Полигональное моделирование
Эта техника моделирования лежит в основе практически каждой видеоигры или научно-фантастического фильма. Полигональная модель состоит из полигонов — плоских двумерных форм, треугольников или четырехугольников, из которых моделер строит 3D-сетку. В отличие от моделирования в CAD-среде, или среде САПР, эта техника больше подходит для воплощения идей и концепций, нежели для измерений. Анимационные студии и разработчики видеоигр используют полигональное моделирование для создания самых разных объектов: от персонажей фильмов и игр до различных 3D-предметов, включая оружие, обмундирование, транспортные средства и даже целые виртуальные миры.
Модель автомобиля из полигональной сетки
Цифровое скульптурирование
Этот метод, который также используется 3D-художниками в играх и анимационных фильмах, лучше всего подходит для создания гиперреалистичных объектов с органическими, естественными формами. Он также используется для создания моделей-прототипов для дизайна, набросков и 3D-печати. Этот процесс очень похож на создание скульптур из таких привычных материалов, как глина или камень. Используя похожий на кисть инструмент, можно изменять полигональную сетку объекта, вытягивать ее, углублять, закручивать или добавлять дополнительные элементы, которые будут имитировать органическую структуру. Цифровое скульптурирование требует еще больше художественных навыков, чем полигональное моделирование, и является более трудоемким и долгим процессом. Именно поэтому во многих случаях эти методы используются вместе: сначала моделируется объект, а затем его отправляют 3D-скульптору для добавления деталей, после чего он приобретает окончательный вид.
Создание персонажа для телесериала в программе цифрового скульптурирования
Каким бы способом вы ни решили воспользоваться, очень важно правильно подобрать программу для моделирования, в которой будут все необходимые инструменты для создания 3D-модели.
Лучшие программы для 3D-моделирования базового уровня
Если вы только начинаете свой путь в этой сфере и хотите найти лучшую программу для 3D-моделирования, мы дадим несколько рекомендаций.
Прежде всего, попробуйте программу Blender. Она не только бесплатная, но еще и предлагает множество учебных материалов, доступ к сообществу пользователей и вообще идеально подходит для новичков. Эта программа для компьютерной 3D-графики с открытым исходным кодом может применяться для самых разных целей: создания спецэффектов, печати 3D-моделей, разработки интерактивных приложений и видеоигр.
Для профессиональных и более продвинутых пользователей больше подойдут программы с расширенным функционалом для каждого этапа постобработки данных. Обратите внимание на Autodesk Maya, которую чаще называют просто Maya. Благодаря удобному настраиваемому интерфейсу эта программа является популярным инструментом в индустрии видеоигр, а также в 3D-моделировании и 3D-анимации. Вы сможете бесплатно попробовать поработать в ней в течение месяца и только потом принимать решение о покупке.
3D-модель дракона в ZBrush
Как вариант, попробуйте еще 3ds Max, эта программа также предлагает один месяц бесплатного использования. Она отличается высокой скоростью и простотой работы и предназначена для создания персонажей, анимации и гиперреалистичного отображения отсканированных объектов.
Если вы ищете программное обеспечение для цифрового скульптурирования, попробуйте ZBrush. В этой программе можно обрабатывать модели, состоящие из очень большого числа полигонов, и она идеально дополняет программу Artec Studio. Похожими альтернативами являются 3D-Coat или Autodesk Mudbox.
Если вам требуется программа для моделирования в среде САПР, обратите внимание на SOLIDWORKS, которая является отраслевым стандартом в области проектирования различных изделий. Инженеры и дизайнеры используют SOLIDWORKS для моделирования деталей и компонентов в сборе. Она оснащена функцией симуляции и инструментами для построения чертежей и осуществления сборки. Также для работы в САПР можно рассмотреть AutoCAD, Fusion 360 или Rhinoceros.
Эти варианты также являются стандартными для многих студий, и если вы захотите создать 3D-модель, то, скорее всего, будете работать с одной из перечисленных программ.
Способ № 2: 3D-сканирование
3D-сканирование коленвала двигателя внутреннего сгорания с помощью 3D-сканера на базе технологии структурированной подсветки
Второй способ создать 3D-модель — это сканирование. В отличие от полигонального или CAD-моделирования, которое позволяет полностью построить модель с нуля, этот метод помогает получить точную цифровую копию имеющегося объекта, человека или панорамы с помощью 3D-сканера. Этот способ можно использовать отдельно, но чаще всего его применяют совместно с другими методами моделирования: например, сначала сканируют объект, а затем загружают данные в CAD-программу для дальнейшего изменения конструкции или проверки качества, или же в программу для полигонального моделирования или скульптурирования для дальнейшего преобразования.
В отличие от полигонального моделирования, которое позволяет создать модель с нуля, 3D-сканирование помогает получить точную цифровую копию имеющегося объекта, человека или панорамы. Этот способ можно использовать отдельно, но чаще всего его применяют совместно с другими методами моделирования.
Процесс 3D-сканирования зависит от технологии, на основе которой разработан сканер. Есть 3D-сканеры со структурированной подсветкой, лазерные сканеры на основе триангуляции, лазерные сканеры на базе технологии ToF и другие. Некоторые современные смартфоны и планшеты тоже можно использовать как сканеры благодаря встроенным или накладным датчикам, которые позволяют им видеть мир в 3D. Какая бы технология ни использовалась, итоговый результат работы 3D-сканеры всегда один — 3D-модель имеющегося объекта, которую можно использовать в самых разных целях: САПР, реверс-инжиниринга, контроля качества, сохранения культурного наследия, компьютерной графики и т. д.
Давайте взглянем на несколько примеров того, как 3D-сканирование можно использовать в сочетании с традиционным 3D-моделированием.
3D-сканирования для САПР
Одним из способов использования 3D-сканирования является получение точной геометрической информации об объекте, который необходимо проанализировать, подвергнуть реверс-инжинирингу или проверить на наличие дефектов или отклонений от оригинальной CAD-модели или чертежа. Оно особенно полезно в тех случаях, когда у вас нет доступа к изначальным 3D или 2D-CAD-файлам этого объекта. Вместо того, чтобы тратить долгие часы на создание модели с нуля, можно просто отсканировать предмет и увидеть его на экране компьютера уже через несколько минут. Это будет не только быстрее, но и точнее, чем использовать традиционные способы моделирования или контактные методы измерения, такие как КИМ.
Сканирование механической детали для реверс-инжиниринга с помощью поворотного столика и 3D-сканера
Кроме способности копировать объект в 3D, 3D-сканеры также позволяют нам создавать индивидуальные решения, которые невозможно получить традиционными способами моделирования. Например, врачи и медицинский персонал используют 3D-сканирование для разработки изделий для своих пациентов на основе индивидуальных особенностей тела. Это могут быть инвалидные кресла на базе скана позвоночника пациента, индивидуальные стельки или протез ноги, идеально прилегающий к телу.
3D-сканирование для полигонального моделирования и скульптурирования
3D-сканеры также оказываются оптимальным инструментом, когда необходимо добиться высокой степени фотореалистичности, которую не всегда можно получить с помощью полигонального моделирования или скульптурирования. Многие игровые студии, которые специализируются на спортивных играх, используют 3D-сканеры для оцифровки лиц известных атлетов, чтобы их 3D-персонажи выглядели максимально реалистично. Киностудии пользуются 3D-сканерами, когда необходимо получить такие гиперреалистичные 3D-объекты как оружие или транспортные средства, или же если нужно создать персонажа, похожего на настоящего актера. Вместо того, чтобы много часов тратить на отрисовку этих объектов с нуля, можно отсканировать имеющиеся объекты или людей, а затем загрузить модели для дальнейшего редактирования в одной из программ для 3D-дизайна.
Редактирование 3D-модели персонажа видеоигры, оцифрованного с помощью 3D-сканера
Фотограмметрия
В некоторых случаях в дополнение к 3D-сканированию и 3D-моделированию некоторые профессионалы применяют еще один способ моделирования — фотограмметрию. Этот метод очень близок к 3D-сканированию, поскольку позволяет создавать 3D-модель чего-то или кого-то путем получения множества фотографий объекта камерой (или несколькими камерами) и объединения снимков между собой.
Пример фотограмметрического решения с несколькими десятками камер для 3D-сканирования человека в полный рост
Однако если сравнивать этот процесс с 3D-сканированием, то он является более долгим: приходится делать сотни снимков объекта со всех ракурсов. Кроме того, фотограмметрия не строит модель в режиме реального времени, как это делают 3D-сканеры, поэтому невозможно проверить, все ли участки поверхности отсняты, и не нужно ли внести изменения.
Основным преимуществом фотограмметрии является возможность передать объект с максимально возможным качеством текстуры — лучше, чем может большинство 3D-сканеров. Однако недостатком является то, что этот способ не настолько точный. Чтобы получить максимально высокое качество текстуры и геометрии, рекомендуется использовать сразу два типа оборудования: 3D-сканеры и фотограмметрию.
Маркетплейсы для хранения и продажи 3D-моделей
Как только ваша 3D-модель будет готова, ее можно будет использовать и распространять множеством способов. Если вы создаете модель для собственного пользования, вы можете хранить ее на своем компьютере или загрузить на файлообменник, например, Dropbox. Однако если вы хотите поделиться моделью с человеком, у которого может не быть совместимой 3D-программы для просмотра, то загрузите ее на веб-сайт, где можно не только хранить результаты своего труда, но и позволять другим людям просматривать и скачивать их.
Существует много веб-сайтов для хранения и продажи 3D-моделей. Некоторые из них, такие как Sketchfab или Kraken компании Turbosquid, позволяют создавать собственные коллекции моделей как для частного, так и для публичного просмотра. Например, в Sketchfab можно не только загрузить модель в ее изначальном виде, но еще и настроить освещение и другие параметры, а также получить код для встраивания, который можно загрузить на веб-сайт, как YouTube-видео или твит.
Некоторые из этих платформ, включая Sketchfab, Turbosquid, CGTrader и Quixel, позволяют не только хранить 3D-модели, но и продавать их людям, которые могут быть заинтересованы в них. Такие игровые движки, как Unity и Unreal Engine, имеют собственные маркетплейсы для 3D-моделей, где разработчики игр могут покупать 3D-объекты для своих игр.
Разработчики самых популярных программ для 3D-моделирования и дизайна (например, Autodesk) имеют собственные сайты для 3D-просмотра, на которые также можно загружать 3D-модели прямо из программы. Точно такими же функциями обладает программа для 3D-сканирования Artec Studio, которая позволяет сохранять готовые 3D-модели на собственном сайте для их просмотра под названием ViewShape
Читайте также: