Создание 3D моделей, на данный момент, является самым простым способом посмотреть на изделие (здание, механизм и многое другое) и изучить его характеристики в виртуальной среде, прежде чем запускать производство. В ходе данной работы была разработана 3D модель нефтеперабатывающего завода с возможностью 3D печати.
Ключевые слова: информационные технологии, компьютерная графика, моделирование, программное обеспечение, 3D модель.
Моделирование трехмерных объектов в наше время имеет крайне большое распространение. 3D моделирование используется при проектировании зданий и сооружений, в архитектуре и дизайне. Средствами 3D моделирования создаются различные объекты, способствующие развитию новых технологий. Также 3D моделирование используется в медицине и обучении.
В настоящее время одной из актуальных задач 3D моделирования заключается в том, чтобы дать наиболее полное представление о несуществующем на данный момент объекте, создание которого планируется в ближайшем будущем. Широкое и практически повсеместное использование данной технологии обусловлено необходимостью понимать, что именно требуется изготовить, какими параметрами и характеристиками должен обладать проектируемый объект, и его конструктивные особенности.
3D графика — это область компьютерной графики, в котором с помощью разных методов создаются изображения или видео путём моделирования объектов в трёхмерном пространстве [1].
3D моделирование — это процесс создания трёхмерного изображения или видео каким-либо способом.
3D объект — отрендеренное (обработанное) трёхмерное изображение объекта.
Рассмотрим поэтапное создание трехмерного изображения.
Создание модели, то есть создание с цены с объектом или объектами, созданными с помощь какого — либо способа моделирования.
Постановка освещения — выстраивается постановка света, для отображения объектов при обработке изображения. От правильной постановки света зависит реалистичность картины, правильное расположение света обеспечит более красивые тени, отбрасываемые объектами или объектом тени, блики, отсвечивающие от этого света и общую красивую картинку.
Наложение текстур — настройка объекта, что бы он отображал блики, прозрачность, отражение или шершавость, как на реальном объекте. Для прозрачных объектов даже существует настройка IOR, с помощью которой можно настроить прозрачность, то есть для бокалов, бутылок существует одно значение, с которым объект будет выглядеть более качественно и реалистично. Для воды, масла, яблочного сока, и других различных жидкостей будет уже другое значение, которое лучше всего к ним подходит и реалистично их отображает [3].
Также существуют готовые текстуры. Они бывают: низко полигональными, средне полигональные и высоко полигональные. Различаются они по качеству, соответственно, что высоко полигональные текстуры будут выглядеть более качественно.
Полигон — это участок, объекта с которым можно проводить разные манипуляции: растягивать, перемещать, окрашивать, делить на другие полигоны, соединять с другими полигонами. Чем больше полигонов на объекте, тем качественней он выглядит, но при этом требуется больше вычислительных ресурсов компьютера [2].
Цель научно-исследовательского проекта состоит в разработке 3D модели нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) и прилегающей к нему инфраструктуры.
Исходя из данной цели можно обозначить задачи работы:
- изучить методы 3D моделирования объектов,
- выполнить анализ программного обеспечения для работы с 3D графикой,
- выбрать инструмент для выполнения работы,
- спроектировать основные объекты НПЗ,
- дополнить основу НПЗ инфраструктурой,
- наложить текстуры на полученные объекты.
Практическая значимость исследования заключается в том, что данный проект 3D модели будущего нефтеперерабатывающего завода в г. Хабаровске позволит в подробностях продемонстрировать то, что на данный момент существует только в виде чертежей. Восприятие же такой визуализации намного более простое, чем, например, профессионально выполненных инженерных чертежей. 3D модель создает яркий, запоминающийся и понятный заказчику образ. Кроме того, визуализация происходит достаточно быстро, при необходимости существует возможность внесения определенных коррективов, причем даже этот процесс не требует особого времени и дополнительных финансовых затрат. Для создания визуализации программное обеспечение, обладает внушительным функционалом, который позволяет настроить или изменить при необходимости такие параметры как ракурс, освещение, прозрачность предметов, палитру цветов и многое другое.
Рассмотрим программные средства для 3D моделирования (таблица 1).
В архитектуре и дизайне трехмерное моделирование используется уже давно, намного проще и дешевле моделировать в программе на компьютере, нежели закупать специализированы материалы для физического моделирования, в совокупности с 3D-принтером — это экономит много денежных средств.
С помощью трехмерной графики можно моделировать сложнейшие анимационные сцены с максимальной достоверностью анимации.
Таблица 1
Сравнительный анализ программного обеспечения для 3 D моделирования
|
Наименование |
Преимущества |
Недостатки |
|
Blender |
Бесплатное распространение Открытый код Объемное количество функций из «коробки» |
Нет возможности асинхронной подгрузки уровней |
|
3D max |
Множество плагинов от сторонних разработчиков Самая распространённая программа для трехмерного моделирования Гибкий инструментарий для тонкостенного моделирования |
Сложность освоения Требователен к ресурсам персонального компьютера |
|
TinkerCad |
Бесплатное распространение Не требует инсталляции на компьютер пользователя Крайне простая в освоении Вывод на 3D-печать |
Малый набор функционала Необходимость подключения к интернету |
|
SolidWorks |
В программный комплекс входит все необходимое для инженерного моделирования |
Сложность освоения Крайне большая цена на лицензионную копию |
На основании проведенного анализа, выявлено, что наиболее оптимальным программным средством для реализации проекта по разработке 3D моделей является программа — 3D Max, разработчик компания Autodesk. Предметная область проекта — нефтеперерабатывающий завод (НПЗ), для переработки сырья разного вида топлива для технических средств.
Для создания нефтеперабатывающего завода (НПЗ) и прилегающей инфраструктуры былa использована программа 3Ds Max, для непосредственного моделирования был использован комплекс функций который имеет 3Ds Max такие как Bevel, Extrude, Cap, Move, Rotation, Scale, все модели были выполнены из стандартных примитивов которые были обработаны модификаторами и вышеперечисленными инструментами.
В ходе выполнения практической реализации проекта получилась готовая 3D модель нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), которую можно использовать для целей презентации и для строительных нужд, для работы была использована программа 3D Max, так как данная программа является промышленный стандартом и лучше всего подходит для архитектурной визуализации, в ходе работы были получены ценные навыки в области 3D моделирования которые не раз будут использованы в будущих проектах, во время работы были приобретены и укреплены знания о том как моделировать комплексные объекты, как работать с модификаторами, сплайнами, и чертежами, моделирование НПЗ предоставило возможность наглядно продемонстрировать то, что в данный момент существует только на чертежах.
Восприятие 3D моделей создает яркий, запоминающийся и понятный заказчику образ. Кроме того, визуализация происходит достаточно быстро, при необходимости существует возможность внесения определенных коррективов, причем даже этот процесс не требует особого времени и дополнительных финансовых затрат. 3D модель помогает создать представление о необходимых материалах, размерах и прочих характеристиках будущего объекта, представить его в комплексе с другими объектами.
Трехмерная графика — это целая наука, область, в которой можно совершенствовать свои знания и умения на протяжении всей жизни. Создание 3D объектов очень интересное занятие и в тоже время очень сложное. Если приложить достаточно усилий, то можно научиться создавать очень качественные и детализированные объекты, анимации и изображения, в том числе и объекты промышленного назначения [4].
Литература:
- Растровая и векторная графика [Электронный ресурс] https://turbologo.ru/blog/rastr-i-vector/ (21.02.2020)
- Способы представления изображений. [Электронный ресурс] http://compgraph.tpu.ru/Picture_in_PC.htm (21.02.2020)
- 3D графика в современном мире [Электронный ресурс] https://klona.ua/blog/3d-modelirovanie/trehmernaya-grafika-v-sovremennom-mire (21.02.2020)
- Виды 3D моделирования [Электронный ресурс] https://3d-modeli.net/uroki-3d/6175-vidy-3d-modelirovaniya.html (21.02.2020)
