Создание 3D-моделей и 3D-печать | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Самые интересные примеры Самые юные ученые Отличные иллюстрации Актуальная тема исследования

Рубрика: Прочее

Опубликовано в Юный учёный №11 (52) декабрь 2021 г.

Дата публикации: 22.11.2021

Статья просмотрена: 739 раз

Библиографическое описание:

Болдурат, Д. А. Создание 3D-моделей и 3D-печать / Д. А. Болдурат, Е. В. Белая. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2021. — № 11 (52). — С. 87-93. — URL: https://moluch.ru/young/archive/52/2687/ (дата обращения: 14.11.2024).



В статье автор рассматривает процесс создания 3D-моделей в программе Rhinoceros. Создаёт объёмные геометрические фигуры, тренажёр для вычислений и затем распечатывает их на 3D-принтере. Полученные 3D-модели можно использовать на уроке математики в начальной школе.

Ключевые слова: 3D-модель, 3D-печать, программа Rhinoceros .

Актуальность выбранной темы обусловлена практически повсеместным использованием трехмерной графики в различных отраслях и сферах деятельности, знание которой становится все более необходимым для полноценного развития личности. Сегодня умение создавать объекты востребовано в самых разных областях: дизайне, кинематографе, производстве компьютерных игр, машиностроении, ювелирном деле, дизайне интерьера, медицине и т. д.

В наше время появляется много новых профессий, в которых можно проявить свои творческие способности. Особенно много профессий возникает на стыке искусства и компьютерных технологий. Например, художники, скульпторы и архитекторы становятся 3D-моделлерами, что открывает перед ними совершенно новые возможности. Но чтобы стать профессионалом, необходимо много и упорно работать и все время обучаться.

Мой отец занимается 3D-графикой уже много лет. Последние годы он работает над созданием 3D-моделей ювелирных изделий. Это очень увлекательно! Всегда можно проявить фантазию, но, кроме новых идей, нужны колоссальные знания в работе с программами для моделирования. Мне всегда было интересно, как создаются 3D-модели, какая программа необходима для такой работы и смогу ли я сам создать 3D-модель.

Объект исследования: 3D-моделирование и 3D-печать.

Предмет исследования: процесс создания 3D-моделей.

Наше исследование проводится с целью изучить процесс создания 3D-моделей и попытаться создать свои объемные модели. Мы предполагаем, что, даже обладая базовыми знаниями программы, к примеру, Rhinoceros, можно создать несложные объемные модели, затем распечатать их на 3D-принтере и получить предметы, которые можно использовать, к примеру, на уроке математики в начальной школе.

Мы часто слышим сочетание 3D, даже не задумываясь над смыслом. На самом деле, 3D — это сокращение английского 3-dimensional, что переводится как «три размера». Основной смысл этого термина: переход из схематического, плоского пространства в трехмерное, более реалистическое. Такая визуализация нашла свое применение в создании объемных образов. [6]

Для того чтобы понять как, умея пользоваться компьютером, создать 3D-модель, я обратился за информацией в интернет. Оказывается, существует множество программ для работы с 3D-графикой в свободном доступе. Также на приобретение некоторых из более популярных программ с широкими возможностями нужны колоссальные затраты финансов, вот некоторые из них: Maya, Blender, ZBrush, 3dsMax, Rhinoceros.

Но это еще не всё: когда программа уже приобретена и установлена на ПК (персональный компьютер), перед нами стоит сложнейшая задача — научиться обращаться с множеством инструментов и дополнений. Большинство программ для 3D-моделирования на английском языке, а как я узнал из статей, переведенные на русский язык менее удобны. Выходит, чтобы работать хотя бы в одной программе, необходимо знание английских слов, а также желание постоянно обучаться и терпение. Но прежде, чем мы приступим к практике, ознакомимся для начала с основными понятиями.

3D-моделирование — это процесс формирования виртуальных моделей, позволяющий с максимальной точностью продемонстрировать размер, форму, внешний вид объекта и другие его характеристики. По своей сути это создание трехмерных изображений и графики при помощи компьютерных программ. Современная компьютерная графика позволяет воплощать очень реалистичные модели, кроме того, создание 3D-объектов занимает меньше времени, чем их воплощение. 3D-технологии позволяют представить модель со всех ракурсов (в том числе и в разрезе, внутренне строение) и устранить недостатки, выявленные в процессе её создания. [5]

3 D -печать — это построение реального объекта по созданному на компьютере образцу 3D-модели. Цифровая трёхмерная модель сохраняется в специальном формате, после чего 3D-принтер, на который выводится файл для печати, формирует реальное изделие. Сам процесс печати — это ряд повторяющихся циклов, которые непрерывно следуют один за другим: на первый слой материала наносится следующий, затем следующий и так до тех пор, пока на рабочей поверхности ни окажется готовое изделие. [7]

3D-моделирование играет важную роль в жизни современного общества. Трехмерные модели — это обязательный элемент проектирования современных транспортных средств, интерьеров, архитектурных моделей и т. д.

В медицине 3D-визуализация развивается в двух направлениях: компьютерная томография и протезирование. Сканирование в 3D-формате помогает обнаружить заболевания на ранних стадиях и вовремя приступить к лечению. Протезирование позволяет создавать идеальный имплант. Кроме этого, такая технология помогает смоделировать слуховой аппарат, протез конечности и даже искусственный сердечный клапан. (Рис.1) Широко используется 3D-моделирование в стоматологии. [6]

Протез руки

Рис. 1. Протез руки

3D-моделирование в архитектуре и строительстве . Наглядность — золотое правило архитектурного проектирования, а с применением 3D-технологий архитекторы получают возможность качественно улучшить, ускорить и упростить процессы моделирования. [3] (Рис.2)

Дом

Рис. 2. Дом

Если раньше иметь представление, каким, например, будет спроектированный дом и всё, что находится внутри него, можно было лишь по рисункам или же чертежам, то сегодня стало возможным создавать объемные реалистичные изображения внутреннего дизайна интерьера . И все это благодаря компьютерному 3D-моделированию, которое отличается практически фотографической точностью. [4] Можно увидеть будущее помещение в мельчайших деталях, вплоть до цвета и узоров на стенах и ковровых покрытиях. (Рис.3)

Дизайн интерьера

Рис. 3. Дизайн интерьера

В изготовлении ювелирных изделий очень важна визуализация до того, как готовое украшение попадет на витрины или же к заказчику. Помимо самого дизайна, 3D-моделирование позволяет контролировать и устранять любые погрешности, просчитывать вес и стоимость изделия до его появления на свет. (Рис.4)

Кольцо

Рис. 4. Кольцо

3D-моделирование в промышленности и машиностроении позволяет максимально точно и в любых масштабах создавать абсолютно все детали и механизмы, а анимация — воссоздавать работу и устранять возможные погрешности и ошибки. (Рис.5)

Самолет

Рис. 5. Самолет

3D-моделирование в кинематографе совершенно не требует комментариев, никого уже не удивишь «настоящими» динозаврами, космическими пришельцами с идеальной мимикой и движениями — и все это благодаря компьютерной графике. (Рис.6)

Нейтири из фильма «Аватар»

Рис. 6. Нейтири из фильма «Аватар»

3D-моделирование в создании компьютерных игр позволяет создавать совершенно уникальных или же, наоборот, всеми узнаваемых персонажей в любой фантастической локации абсолютно реалистично. (Рис.7)

Компьютерная игра

Рис. 7. Компьютерная игра

3D-моделирование как помощник в школе.

Современные компьютерные технологии предоставляют огромные возможности для развития процесса образования. Использование 3D-моделей реальных предметов — это важное средство для передачи информации, которое может повысить эффективность обучения, успешно использовать при проведении докладов и презентаций. [2] Благодаря таким наглядным примерам и пособиям ученикам намного легче представлять и понимать строение и внутреннее устройство различных предметов и живых организмов. Такие наглядные пособия в электронном варианте или напечатанные на 3D-принтере будут отличными «помощниками» для учителей, как в начальной школе, так и в старших классах.

Дети в начальной школе очень хорошо усваивают материал, когда его преподносят в форме игры. Если же, к примеру, на уроке математики проходят объёмные фигуры, многогранники, и есть возможность продемонстрировать манипуляции с этими объектами на экране монитора, подача темы будет более интересной, а усвоение материала — более эффективным. Возможность увидеть развертку фигуры, вращать ее с помощью мыши, соединять с другими фигурами, заключать одни фигуры внутрь других или же менять форму объемного тела поможет развивать пространственное мышление. (Рис.8) Также благодаря креативным идеям и новым технологиям изучение таблицы умножения и устный счет могут стать более простыми и интересными. (Рис.9)

Объемные геометрические фигуры

Рис. 8. Объемные геометрические фигуры

Тренажёр для вычислений

Рис. 9. Тренажёр для вычислений

Изучив теоретический материал, мы перешли к практическому исследованию темы. Для этого мы составили анкету для учащихся моего класса с целью определения, знают ли они, что такое 3D-моделирование и 3D-печать, и выяснить, сталкивались ли они, на их взгляд, с результатами этих процессов в своей жизни.

В нашем классе 24 ученика. Мы предложили одноклассникам ответить на 4 вопроса. В опросе приняло участие 20 человек. На вопросы предлагалось ответить «да» или «нет».

Подведём итоги по результатам опроса.

Вопрос № 1 представлен на рис. 10.

Вопрос № 1

Рис. 10. Вопрос № 1

Вопрос № 2 представлен на рис. 11.

Вопрос № 2

Рис. 11. Вопрос № 2

Вопрос № 3 представлен на рис. 12.

Вопрос № 3

Рис. 12. Вопрос № 3

Вопрос № 4 представлен на рис. 13.

Вопрос № 4

Рис. 13. Вопрос № 4

Вывод: большая часть одноклассников знакомы с понятиями современных технологий 3D-моделирование и 3D-печать и замечали трехмерные объекты вокруг себя.

Я решил создать несложные 3D-модели, чтобы применить свои знания и получить опыт. Для того чтобы полученный графический объект можно было использовать, к примеру, на уроке математики, после создания в электронном варианте их необходимо при помощи 3D-принтера распечатать из жидкого полимера.

За помощью я обратился к отцу. Так как базовые знания у меня имеются только в программе Rhinoceros , мы начали моделирование для начала геометрических фигур именно в этой программе.

Папа объяснил мне, что перед работой нам обязательно нужно знать точные размеры объекта: длина, ширина, толщина, а также все детали. Папа уточнил, что это называется ТЗ (Техническое задание). Сначала я сделал куб с гранью 50 мм (Рис.14), это оказалось довольно просто, затем — пирамиду и конус. (Рис. 15) Было увлекательно и приятно понимать, что то, что я изучал, удалось применить.

Куб

Рис. 14. Куб

Пирамида и конус

Рис. 15. Пирамида и конус

Затем задача усложнилась: мы решили создать пластиковый тренажер для устного счета и закрепления таблицы умножения, чтобы потом отправить эту не совсем простую 3D-модель на печать.

Сначала мы тщательно изучили изображение (Рис. 9) и составили ТЗ. Мы представили, как устроен тренажер и из скольких деталей он состоит. Оказалось, что тренажер представляет собой цилиндр длиной в 110 мм (11 см), по бокам его расположены колпачки-заглушки, а для выполнения вычислений нам необходимы 6 десятиугольных насадок на цилиндр.

Мы приступили к работе.

6 6

Рис. 16

Распечатка на 3D-принтере деталей из жидкого полимера для тренажёра.

7 7

Рис. 17

Вот какой тренажёр для вычислений у нас получился.

8

8

Рис. 18

Процесс создания компьютерных 3D-моделей занял около 4-х часов, само выращивание на 3D-принтере — больше 20 часов.

Мне понравилось работать над созданием 3D-моделей. Очень увлекательно видеть, как из линий при помощи необходимых инструментов появляется объемный предмет. Я планирую продолжить работу и научиться создавать более сложные 3D-модели. А еще стало понятным: если приложить определенные усилия и проявить терпение, можно научиться создавать объемные объекты на компьютере, даже будучи учащимся начальной школы.

Выводы:

Во-первых , в процессе работы передо мной стояла задача ознакомиться с информацией по данной теме. Я узнал, что существуют специальные программы для 3D-моделирования. Мне стало понятно, что для создания 3D-моделей недостаточно простых навыков работы за компьютером. Использование хотя бы одной программы требует немалых усилий, знания большого количества английских слов, умения представлять предметы в пространстве и понимания, как они устроены, а также внимания и упорства.

Во-вторых , можно сделать вывод, что занятие 3D-моделированием помогает развивать творческие способности. Также мы выяснили, что если применять новые технологии для усвоения школьной программы, развивается познавательный интерес и улучшается восприятие и усвоение материала.

В-третьих , мы сумели достичь цели нашего исследования. У нас получилось создать 3D-модели и вырастить их на 3D-принтере.

Пройдя такой путь, смело могу сказать, что увлечение 3D-моделированием повлияет на выбор моей будущей профессии.

Литература:

  1. Ермолаева, А. А. Моделирование на уроках в начальной школе. — Москва: Глобус; Волгоград: Панорама, 2009. — 144 с.
  2. Внедрение 3d моделирования в учебный процесс (на примере программы PaperFolding 3d — оригами). Электронный ресурс. Режим доступа: https://school-science.ru/3/4/33149
  3. 3D в архитектуре. Электронный ресурс. Режим доступа: https://zen.yandex.ru/media/id/5c920ee6f5689c00b3d993da/3d-v-arhitekture-5ce47535fb990000b394ce98
  4. 3D моделирование в современном дизайне интерьера. Электронный ресурс. Режим доступа: https://dekormyhome.ru/remont-i-oformlenie/3d-modelirovanie-v-sovremennom-dizaine-interera.html
  5. 3D моделирование что это и для чего нужно? Электронный ресурс. Режим доступа: https://websoftex.ru/3d-modelirovanie-chto-eto-i-dlya-chego-nuzhno/
  6. Что такое 3д моделирование, или как мечты превратить в реальность. Электронный ресурс. Режим доступа: https://proudalenku.ru/3d-modelirovanie/
  7. Центр Магеллан. Электронный ресурс. Режим доступа: http://parusa-magellana.ru/3d-tehnologii


Ключевые слова

3D-модель, 3D-печать, программа Rhinoceros

Похожие статьи

О моделировании объектов для 3D-принтера

3D-печать — один из главных образовательных трендов последних лет. Школы и университеты в России и по всему миру отчетливо понимают, что без использования 3D-принтеров сегодня нельзя обеспечить школьникам и студентам по-настоящему всестороннюю подгот...

Методика создания трехмерных моделей топографических поверхностей

В статье предлагается методика выполнения инженерных решений при построение топографических поверхностей на автоматизированной системе AutoCAD, а также рассмотрена новые методы обучение начертательной геометрии и компьютерной графики.

Основные принципы создания 3D-моделей. Понятия и методы оптимизации в трёхмерной графике

В статье ставится задача рассмотреть основные виды оптимизации инструментов и технологий для создания трехмерных моделей.

Разработка интерактивной презентации 3D модели для предприятия

В статье рассмотрено программное обеспечение для создания 3D моделей и интерактивной презентации, поэтапно рассмотрен процесс создания 3D моделей и импорт их в игровой движок для создания демонстрационной интерактивной презентации предприятия.

Компьютерное моделирование гидравлических систем

Построена математическая модель типовой гидравлической системы, Построение и исследование программных моделей выполнено с использованием Matlab/ Simulink r2015b и его расширения — SimScape/SimHydraulics. Разработан графический интерфейс в Matlab для ...

Реализация процессов обратного инжиниринга при обучении на примере пятигранной режущей пластины

Представлена структура шагов, охватывающих этапы с момента оцифровки твердотельного объекта пьезосканирующей головкой до разработки управляющей программы по сгенерированным траекториям обработки CAD-модели в CAM-модуле.

Повышение эффективности использования программ трехмерного моделирования в проектировании

В статье приводится анализ эффективности использования программ трехмерного моделирования при эскизном проектировании объектов архитектуры, выявляется ее зависимость от степени сложности 3D-модели.

Трёхмерное моделирование LEGO-роботов в Studio 2.0

В статье рассматривается возможность автоматизированного проектирования LEGO-роботов в Studio 2.0 для использования в образовательной робототехнике.

Методические возможности физического симулятора Algodoo как помощника в изучении раздела «Механика» школьного курса физики

В статье рассматривается пример использования новых информационных технологий, а конкретно физического симулятора Algodoo при изучении раздела «Механика» школьного курса физики.

Выбор оптимального маркера для 3D-сканирования с возможностью захвата цветной текстуры

В статье рассматривается вопрос использования маркеров в 3D-сканировании и выбор их оптимальных вариантов для применения в работе со сканерами, захватывающими текстуру.

Похожие статьи

О моделировании объектов для 3D-принтера

3D-печать — один из главных образовательных трендов последних лет. Школы и университеты в России и по всему миру отчетливо понимают, что без использования 3D-принтеров сегодня нельзя обеспечить школьникам и студентам по-настоящему всестороннюю подгот...

Методика создания трехмерных моделей топографических поверхностей

В статье предлагается методика выполнения инженерных решений при построение топографических поверхностей на автоматизированной системе AutoCAD, а также рассмотрена новые методы обучение начертательной геометрии и компьютерной графики.

Основные принципы создания 3D-моделей. Понятия и методы оптимизации в трёхмерной графике

В статье ставится задача рассмотреть основные виды оптимизации инструментов и технологий для создания трехмерных моделей.

Разработка интерактивной презентации 3D модели для предприятия

В статье рассмотрено программное обеспечение для создания 3D моделей и интерактивной презентации, поэтапно рассмотрен процесс создания 3D моделей и импорт их в игровой движок для создания демонстрационной интерактивной презентации предприятия.

Компьютерное моделирование гидравлических систем

Построена математическая модель типовой гидравлической системы, Построение и исследование программных моделей выполнено с использованием Matlab/ Simulink r2015b и его расширения — SimScape/SimHydraulics. Разработан графический интерфейс в Matlab для ...

Реализация процессов обратного инжиниринга при обучении на примере пятигранной режущей пластины

Представлена структура шагов, охватывающих этапы с момента оцифровки твердотельного объекта пьезосканирующей головкой до разработки управляющей программы по сгенерированным траекториям обработки CAD-модели в CAM-модуле.

Повышение эффективности использования программ трехмерного моделирования в проектировании

В статье приводится анализ эффективности использования программ трехмерного моделирования при эскизном проектировании объектов архитектуры, выявляется ее зависимость от степени сложности 3D-модели.

Трёхмерное моделирование LEGO-роботов в Studio 2.0

В статье рассматривается возможность автоматизированного проектирования LEGO-роботов в Studio 2.0 для использования в образовательной робототехнике.

Методические возможности физического симулятора Algodoo как помощника в изучении раздела «Механика» школьного курса физики

В статье рассматривается пример использования новых информационных технологий, а конкретно физического симулятора Algodoo при изучении раздела «Механика» школьного курса физики.

Выбор оптимального маркера для 3D-сканирования с возможностью захвата цветной текстуры

В статье рассматривается вопрос использования маркеров в 3D-сканировании и выбор их оптимальных вариантов для применения в работе со сканерами, захватывающими текстуру.

Задать вопрос