nestandartnye_programmnye_sposoby_postroenia_3d_modeley

1 способ
3д сканирование

Итак, начнём с самого простого по навыку, но одного из сложных технически — 3D-сканирование. Фактически, от человека тут мало что зависит, некоторые профессионалы даже не считают этот способ настоящим моделированием.
Суть его в том, что создаётся множество фотографий объекта или помещения на одном и том же расстоянии, но под разными углами. После этого специальная программа анализирует фотографии и создаёт облако точек, а затем — меши. Многие из них ещё и накладывают текстуру, сформированную из фотографий.
Правда, чтобы получить хорошее качество, нужна хорошая камера, желательно лазерный сканер, мощный компьютер и специальная программа. Впрочем, есть и бюджетные версии — некоторые программы для фотограмметрии вполне совместимы с современным телефоном, и могут быть использованы на домашнем компьютере. Но будьте готовы делать по 600 фотографий одной и той же детали с разных сторон и ждать 20 часов, пока ваша модель скомпилируется. И не забудьте про расстояние — все точки фотографирования должны быть равноудалены от объекта, иначе последний будет перекошен. Ну и для работы потребуется “допилить” модель — “починить” дыры в меше, отрезать куски ненужного фона, поправить UV и т.д.

Плюсы 3д сканирования
Полное сканирование геометрии без данных САПР
Инспекция поверхности изделия и функциональных размеров
Статический контроль процессов
Универсальность
Мобильность
Высокая точность (0.06 мкм)
Полнота информации
Простота применения

Минусы
Контрастые области-Одним из первых недостатков 3D-сканирования, который приходит на ум, это сложность, а порой и невозможность сканирования объектов с контрастными областями, например, черными и белыми
Невозможность работы при минусовых температурах-Работают только при положительных температурах. Есть модели, которые выдерживают отрицательные значения, примерно до -20 °С, однако таких мало, и за счет этого они стоят дороже

3)Высокая стоимость
4)Дорогостоящий ремонт
5)Программное обеспечение для лазерных сканеров зачастую не учитывает конструктивного многообразия объектов, поэтому некоторый массив точек приходится заносить в базу данных вручную. Сами приложения автоматически конвертируют только ту часть, которая соответствует простым геометрическим формам.

Виды лазерного сканирования
1)Воздушное лазерное сканирование- применяется на крупных объектах и труднодоступных участках, конструкциях с большой протяженностью. Также используется при создании объемной цифровой модели городов.
2)Мобильное лазерное сканирование- применяется для оценки и контроля за состоянием дорожных полотен, ж/д веток, мостов, тоннелей. Также с его помощью моделируется городская инфраструктура.

3)Наземное лазерное сканирование используется для получения максимально точных снимков. В частности, при оценке степени деформации мостов, тоннелей, шахт и т. д.
Объемное моделирование применяется практически во всех областях жизни и используется повсеместно. Воздушное помогает разведать рельеф на участке, мобильное – оценить состояние ж/д полотна, наземное – просканировать и отобразить сложные геометрические сооружения

Так же
Данные, собранные воздушным и мобильным методами, благодаря использованию тахеометра и GPS-приемника могут быть дополнены и уточнены. Таким образом, уровень детализации получаемой модели измеряемого объекта повышается многократно.

Например, в случае с мобильным сканированием за счет установки опорных точек традиционными способами через каждые 50–100 м точность увеличивается до 1 см. При этом метки допустимо использовать как для уравнивания, так и в качестве контрольных, то есть применяемых в сравнительном анализе результатов.
Объемное моделирование применяется практически во всех областях жизни и используется повсеместно. Воздушное помогает разведать рельеф на участке, мобильное – оценить состояние ж/д полотна, наземное – просканировать и отобразить сложные геометрические сооружения.

Обзор популярных производителей и моделей лазерных сканеров
FARO Focus
Новая модель серии S c GPS-связью и возможностью работы при ярком освещении (солнечный день, множество отражений). Отличается легкостью, удобством транспортировки и небольшими размерами.
Модель FOCUS 3D S 150 имеет дальность 150 м и погрешность на максимальном расстоянии в 2 000 мкм. Подходит для применения в дизайне, архитектуре и строительстве, создания цифровой модели оборудования и прочих объектов простой и сложной конфигурации.

SHINING 3D
Китайский производитель портативных сканеров FreeScan X5 (X5+), FreeScan X7 (X7+), отличающихся легкостью, компактностью и широким спектром применения. Несмотря на незначительный вес (1 кг), они спроектированы для выполнения работы на профессиональном уровне.

Creaform
Компания известна тем, что выпускает качественное оборудование для сканирования, которым можно начинать пользоваться сразу. Простота эксплуатации и высокие характеристики HandySCAN 3D, MetraSCAN 3D дополняются портативностью. С их помощью можно выполнять лазерное сканирование зданий и их отдельных сегментов, крупных и малых объектов разной сложности.

Вывод:
лазерное сканирование в геодезии и инженерии является перспективным направлением. По сравнению с традиционными приспособлениями для измерения объектов оно точнее, надежнее и быстрее, а получаемая цифровая модель может использоваться во множестве современных компьютерных программ по проектированию. Безусловно, такой тип сканирования стоит дороже, однако именно благодаря ему результаты не требуют переоценки и существенно экономят время.

2 способ
3д скульптинг

Скульптинг (англ. Sculpting) — разновидность компьютерного 3D-моделирования объектов из виртуального материала, напоминающего глину, путем его растягивания, сжатия, разглаживания и других манипуляций. Он позволяет создавать высокополигональные (до сотен миллионов полигонов) трехмерные модели с высоким уровнем детализации.

Плюсы
Простота работы. Скульптинг напоминает лепку из обычной глины, поэтому рабочий процесс будет понятен не только профессиональному 3D-дизайнеру, но и новичку. Кроме того, пользователь может сразу наблюдать результат каждого совершённого действия и корректировать работы.
Высокая детализация. 3D-скульптинг позволяет создавать высокополигональные реалистичные объекты. Это требует меньше времени, чем традиционное 3D-моделирование.

3)Оптимизация. В традиционном моделировании компьютер просчитывает каждый полигон. Если их много, создается большая нагрузка на процессор и видеокарту. В скульптурном моделировании кисть «захватывает» сразу множество полигонов или вокселей для их единовременной трансформации, упрощая расчеты.
4)быстрая разработка модели с возможностью передачи высокой детализации объекта

5)быстрые сроки печати
6)возможность печати любого количества идентичных экземпляров по одной разработанной цифровой модели;
7)низкая стоимость распечатанной модели, относительно скульптуры, выполненной скульптором традиционными методами.

Минусы
1) на данный момент трехмерные принтеры для домашнего использования хоть и становятся все более доступными, но существует масса трудностей в их обслуживании. Поэтому более полноценно данный вариант, по преобразования цифровой скульптуры в материальную, пока доступен только на промышленном уровне.

Виды 3д скульптинга
1) Полигональный- работа ведется с трехмерной моделью, которая представляет собой плоскую поверхность или сетку из многоугольников (полигонов). Скульптор деформирует ее, делая выпуклой или вогнутой, задает определенную форму. Проблема технологии заключается в том, что она работает фактически с полыми объектами, созданными замкнутой полигональной плоскостью. С ее помощью трудно реалистично имитировать воду, почву, объекты с внутренним наполнением

2)Цифоровой- представляет собой компьютерную имитацию обычной лепки из настоящей глины, выполняемой с помощью специализированного 3D-редактора. Виртуальный материал с изначально заданной формой (обычно простой) сжимается, вытягивается и т.д. с помощью кистей и других инструментов, входящих в функционал программы. 3D-скульптор сначала придает ему общую форму, затем постепенно «вылепливает» более мелкие детали.

3)Воксельная- Воксел — это трехмерный аналог обычного пикселя, состоящий из шести квадратных полигонов. Если полигональная сетка (плоскость) окружает пустое пространство, то объекты из вокселей полностью состоят из них. Такая технология дает 3D-скульптору максимальную свободу в редактировании формы. Работа практически не отличается от создания скульптуры из натуральной глины. Можно реалистично имитировать воду, грунт, горы, объекты с внутренним наполнением.

Программы для 3D-скульптинга
1)Autodesk Mudbox — программа для моделирования и текстурирования, создания карт неровностей, нормалей и замещения, отличающаяся простым и интуитивно понятным интерфейсом
2)ZBrush — приложение с широкими возможностями интеграции с 2D-программами, большим набором кистей, функциями текстурирования

3)Blender — скульптинг дополнен рендерингом, созданием анимаций, постобработкой, видеомонтажом.
Также похожие функции встречаются в «классических» программах для 3D-моделирования, таких как 3ds Max, Maya, SketchUp, Cinema 4D и т.д. Однако в них можно работать только с низкополигональными моделями.

Вывод:
3D-скульптинг сегодня считается одной из самых перспективных технологий в трехмерном моделировании. Ее возможности позволяют создавать детализированные сцены, объекты и персонажей, что востребовано в эпоху развитой виртуальной реальности и кинематографичных видеоигр.

3 способ
Скелетное моделирование
(каркасное )

Скелетное моделирование (разновидность нисходящего проектирования) — это метод, который облегчает централизованные критерии проектирования и создает компоненты, которые ссылаются на эти критерии.

В чем польза скелетной модели?
Каркасные модели обеспечивают упрощенный интерфейс между компонентами в сборке. Это позволяет инженерам начать с концепции, разбить проект на каркасные модели, а затем собрать компоненты относительно этих каркасов.

Что означает скелет дизайна?
Когда вы используете модель скелета, вы задаете дизайн и цель движения в начале процесса проектирования детали или подсборки. Каркасная модель, помещенная в сборку и распространяемая вместе с ней, может быть разработана независимо от сборки и легко вставлена ​​в любое время.

Плюсы
1)Занимает немного места
2) поскольку скелет представляет собой некую иерархию костей, то имеется возможность использовать инверсную кинематику.
3)Кости двигаются независимо.
4)Аниматору нужно управлять меньшим количеством характеристик модели

Минусы
Не обеспечивает реалистичного движения мышц и кожи
Небольшое увеличение объема данных.
Дополнительное создание скелетных эскизов.

Где применяется скелетное моделирование?
Скелетную анимацию применяют разработчики компьютерных игр, а также мультипликаторы и создатели трехмерных роликов. Она дает возможность управлять движениями и мимикой персонажа за счет манипулирования отдельными костями и суставами, мышцами на лице (скиннинг). Работать с риггингом можно в Blender, Autodesk Maya и других программах для 3D-моделирования.

Программы для скелетного моделирования

Blender
Вот уже 20 лет Blender остается одним из самых потрясающих инструментов для 3D-анимации. При этом совершенно бесплатных! Это, пожалуй, лучший инструмент для создания инди-игр с 3D-графикой. Функционал Blender включает: моделирование, создание UI-интерфейсов, быстрый риггинг, GPU-рендеринг и т.д.

Плюсы:
Богатый функционал. Позволяет создавать, текстурировать и анимировать 3D-модели.
Часто именно с помощью Блендера делают модели для 3D печати.
Очень большое и развитое комьюнити авторов и художников. Найдете ответ на любой вопрос.
Весит около 150 Мб.

Доступна для:
Windows
macOS

Daz 3D Studio
Бесплатная программа для 3D-анимации с внушительным каталогом готовых моделей. Причем не какие-то простенькие мультяшки, а 3D-модели людей в фотореалистичном качестве. Если вы аниматор-любитель и хотите создавать несложные, но красочные 3D-фильмы и ролики, не погружаясь в моделинг (как самостоятельная функция он тут отсутствует) — Daz 3D ваш выбор.
Инструмент постоянно развивается. В последней версии появились расширенные возможности для текстурирования и лайтнинга. Персонажей и их внешний вид можно всячески видоизменять.

Плюсы
Широкий выбор готовых моделей с высоким уровнем детализации.
Контент можно импортировать в известные программы по работе с 3D-графикой, вроде Maya, Mudbox и 3DS Max всего в пару кликов.
Серия подробных обучающих роликов прямо на сайте.

Доступна для :
Linux
MacOS
Windows

Cinema 4D
Мощнейшая программа для с 3D моделирования и анимации от компании Maxon. Профессионалы ценят его за широкий функционал и универсальность, любители — за дружественный, интуитивно-понятный интерфейс. В отличие от большинства инструментов, представленных в списке, инструмент и обучающие материалы с официального сайта доступны на русском языке.

Плюсы
Подходит для работы как с фотореалистичными, так и с абстрактными мультяшными моделями.
Можно делать динамическую анимацию (сжатие, растяжение) и симуляцию веществ (вода, огонь, дым).
современный интуитивно понятный интерфейс.
Очень развитое комьюнити и целая вселенная из обучалок и туториалов.

Доступна для:
Windows
MacOS
Linux

Autodesk Maya
программа для 3Д персонажного моделирования и анимации. Широкий спектр возможностей. Любимый инструмент для создателей видеоигр из-за того, что позволяет создавать и анимировать 3D-персонажей в реалистичном качестве. Помимо этого, позволяет создавать фотореалистичные пейзажи и сложные процедурные эффекты. Такой набор возможностей позволяет назвать Maya можно смело назвать программой №1 для профессионалов 3D-анимации.

Плюсы
Широкий спектр возможностей по 3D-моделированию, текстурированию и анимации 3D-персонажей.
Отдельный пакет для создания VFX-эффектов
Развитое русскоязычное комьюнити и много обучалок, включая популярную книгу Сергея Цыпцына “Понимая Maya”.
Есть бесплатная версия для студентов.

Достпуна для
Windows
MacOS
Linux

Словарь умных и непонятных слов
САПР (Система Автоматизации Проектных Работ)- организационно-техническая система, предназначенная для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.
Тахеометр-инструмент для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов