В мире трехмерной графики создание 3D моделей может показаться сложным и дорогостоящим процессом. В этой статье мы рассмотрим несколько лучших бесплатных программ для создания 3D моделей.
Cодержание
В мире трехмерной графики создание 3D моделей может показаться сложным и дорогостоящим процессом, особенно для новичков. Однако существует ряд бесплатных программных инструментов, которые помогут вам войти в мир 3D-моделирования и освоить его. В этой статье мы рассмотрим несколько лучших бесплатных программ для создания 3D моделей.
TinkerCAD
TinkerCAD - это одна из самых доступных программ для 3D-моделирования, которую можно использовать прямо в браузере. Разработанная компанией Autodesk, TinkerCAD идеально подходит для начинающих и детей, а также для обучения 3D-печати. С ее помощью вы можете создавать детализированные 3D-модели, используя базовые формы и соединяя их вместе.
Процесс обучения в TinkerCAD намного проще, чем в других программных инструментах. С помощью перетаскивания и масштабирования каждой фигуры вы можете легко создавать и редактировать модели. Вы можете создавать сложные 3D-модели, объединяя несколько форм вместе. TinkerCAD также позволяет создавать геометрические фигуры в 2D и преобразовывать их в 3D-модели.
Однако, у TinkerCAD есть некоторые ограничения по функционалу, поэтому для более сложных проектов, возможно, вам понадобится перейти на более продвинутые инструменты. Но для начинающих и людей без опыта в 3D-моделировании, TinkerCAD является идеальным выбором.
FreeCAD
FreeCAD - это бесплатная программа с открытым исходным кодом, предназначенная для 3D-моделирования. Она предоставляет широкий спектр инструментов и функций для создания сложных 3D-моделей. FreeCAD поддерживает множество форматов файлов, что делает ее удобной для работы с другими программами и печати на 3D-принтере.
С помощью FreeCAD вы можете создавать модели с нуля или редактировать существующие модели. Она предлагает различные инструменты для создания и редактирования геометрических форм, а также инструменты для создания 3D-сборок. FreeCAD также поддерживает создание параметрических моделей, что позволяет легко изменять параметры модели и вносить изменения.
См. также
MatterControl 2.0
MatterControl 2.0 - это "все в одном" программное обеспечение для управления и контроля 3D-печатью. Она предлагает инструменты для моделирования, нарезки моделей и прямого управления печатью, когда ваш 3D-принтер подключен через USB. MatterControl 2.0 обладает интуитивным интерфейсом и хорошо структурированным набором инструментов.
С помощью MatterControl 2.0 вы можете создавать новые модели с нуля и нарезать их для печати. Она также предлагает возможность добавлять вспомогательные структуры к моделям, чтобы создавать сложные модели с настраиваемыми поддержками. MatterControl 2.0 также предлагает расширенные настройки для печати и функцию просмотра слоев.
Для управления вашим 3D-принтером через MatterControl 2.0 вам потребуется модуль Wi-Fi или подключение к компьютеру через USB.
Вывод
В мире 3D-моделирования доступно множество бесплатных программных инструментов для новичков. TinkerCAD, FreeCAD и MatterControl 2.0 - это лишь несколько из них. Эти программы предоставляют возможность создавать качественные 3D-модели, экспортировать их и печатать на 3D-принтере. Они идеально подходят для начинающих и людей без опыта в 3D-моделировании, и помогут вам освоить эту увлекательную область.
Что нам скажет Википедия?
Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объектов в трёх измерениях.
3D-моделирование — процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования — разработать зрительный объёмный образ желаемого объекта. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).
Графическое изображение трёхмерных объектов отличается тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Однако с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.
Применение
Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например, в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации.
Самое широкое применение — во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.
Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трёхмерной информации в объёмном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трёхмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трёхмерные дисплеи. Но, чтобы насладиться объёмной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Шаг вправо, шаг влево, равно как и неосторожный поворот головы, карается превращением трёхмерности в несимпатичное зазубренное изображение. Решение этой проблемы уже созрело в научных лабораториях. Германский Институт Фраунгофера демонстрировал 3D-дисплей, при помощи двух камер отслеживающий положение глаз зрителя и соответствующим образом подстраивающий изображение, в этом году[когда?] пошёл ещё дальше. Теперь отслеживается положение не только глаз, но и пальца, которым можно «нажимать» трёхмерные кнопки. А команда исследователей Токийского университета создали систему, позволяющую почувствовать изображение. Излучатель фокусируется на точке, где находится палец человека, и в зависимости от его положения меняет силу акустического давления. Таким образом, становится возможным не только видеть объёмную картинку, но и взаимодействовать с изображёнными на ней предметами.
Однако и 3D-дисплеи по-прежнему не позволяют создавать полноценной физической, осязаемой копии математической модели, создаваемой методами трёхмерной графики.
Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твёрдого тела (воксельная модель).
Создание
Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:
Моделирование
Моделирование сцены (виртуального пространства моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:
Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.
Назначение материалов: для сенсора реальной фотокамеры материалы объектов реального мира отличаются по признаку того, как они отражают, пропускают и рассеивают свет; виртуальным материалам задаётся соответствие свойств реальных материалов — прозрачность, отражения, рассеивания света, шероховатость, рельеф и пр.
Наиболее популярными пакетами сугубо для моделирования являются:
Для создания трёхмерной модели человека или существа может быть использована как прообраз (в большинстве случаев) скульптура.
Текстурирование
Текстурирование подразумевает проецирование растровых или процедурных текстур на поверхности трёхмерного объекта в соответствии с картой UV-координат, где каждой вершине объекта ставится в соответствие определённая координата на двухмерном пространстве текстуры.
Освещение
Заключается в создании, направлении и настройке виртуальных источников света. При этом в виртуальном мире источники света могут иметь негативную интенсивность, отбирая свет из зоны своего «отрицательного освещения». Как правило, пакеты 3D-графики предоставляют следующие типы источников освещения:
Существуют также другие типы источников света, отличающиеся по своему функциональному назначению в разных программах трёхмерной графики и визуализации. Некоторые пакеты предоставляют возможности создавать источники объёмного свечения (Sphere light) или объёмного освещения (Volume light), в пределах строго заданного объёма. Некоторые предоставляют возможность использовать геометрические объекты произвольной формы.
Анимация
Одно из главных призваний трёхмерной графики — придание движения (анимация) трёхмерной модели, либо имитация движения среди трёхмерных объектов.
Универсальные пакеты трёхмерной графики обладают весьма богатыми возможностями по созданию анимации. Существуют также узкоспециализированные программы, созданные сугубо для анимации и обладающие очень ограниченным набором инструментов моделирования:
Рендеринг
Основная статья: Рендеринг
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом, рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселей. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).
Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:
Грань между алгоритмами трассировки лучей в настоящее время практически стёрлась. Так, в 3D Studio Max стандартный визуализатор называется Default scanline renderer, но он считает не только вклад диффузного, отражённого и собственного (цвета самосвечения) света, но и сглаженные тени. По этой причине чаще понятие Raycasting относится к обратной трассировке лучей, а Raytracing — к прямой.
Наиболее популярными системами рендеринга являются:
Вследствие большого объёма однотипных вычислений рендеринг можно разбивать на потоки (распараллеливать). Поэтому для рендеринга весьма актуально использование многопроцессорных систем. В последнее время активно ведётся разработка систем рендеринга, использующих GPU вместо CPU, и уже сегодня их эффективность для таких вычислений намного выше.
К таким системам относятся:
Многие производители систем рендеринга для CPU также планируют ввести поддержку GPU (LuxRender, YafaRay, mental images iray).
Самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики (и компьютерной графики вообще) докладываются и обсуждаются на ежегодном симпозиуме SIGGRAPH, традиционно проводимом в США.
Программное обеспечение
3D-моделирование фотореалистичных изображений
Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие, как:
Среди открытых продуктов, распространяемых свободно, числится пакет Blender (позволяет создавать 3D-модели, анимацию, различные симуляции и др. c последующим рендерингом), K-3D и Wings3D.
SketchUp
Бесплатная программа SketchUp компании Google позволяет создавать модели, совместимые с географическими ландшафтами ресурса Google Планета Земля, а также просматривать в интерактивном режиме на компьютере пользователя несколько тысяч архитектурных моделей, которые выложены на бесплатном постоянно пополняемом ресурсе Google Cities in Development (выдающиеся здания мира), созданные сообществом пользователей.
Визуализация трёхмерной графики в играх и прикладных программах
Есть ряд программных библиотек для визуализации трёхмерной графики в прикладных программах — DirectX, OpenGL и так далее.
Есть ряд подходов по представлению 3D-графики в играх — полное 3D, псевдо-3D.
Есть множество движков, используемых для создания трёхмерных игр, отвечающих не только за трёхмерную графику, но и за расчёты физики игрового мира, взаимодействия пользователя с игрой и связь пользователей в игре при многопользовательском режиме и многое другое (см. также статью 3D-шутер). Как правило, движок разрабатывается под конкретную игру, а затем лицензируется (становится доступен) для создания других игр.
Моделирование деталей и механизмов для производства
Существуют конструкторско-технологические пакеты CAD/CAE/CAM, предполагающие создание моделей деталей и конструкций, их расчёт, оформление по ним конструкторско-технологической документации и
