135 779 
В статье рассказывается:
- Что такое 3D-моделирование
- Преимущества 3D-моделирования
- Сферы применения 3D-моделирования
- 2 принципа 3D-моделирования
- Виды 3D-моделирования
- Этапы 3D-моделирования
- Методы визуализации в 3D-моделировании
- Программное обеспечение для 3D-моделирования
- Требования к компьютеру для 3D-моделирования
- Навыки и задачи специалиста в 3D-моделировании
- Обучение 3D-моделированию в GeekBrains
-
Пройди тест и узнай, какая сфера тебе подходит:
айти, дизайн или маркетинг.Бесплатно от Geekbrains
3D-моделирование чаще всего ассоциируется с компьютерными играми или киноиндустрией, однако это направление востребовано и в других сферах деятельности. Специалисты по 3D должны уметь создавать любой объект, будь то герой игры или деталь на производстве.
В связи с этим можно решить, что вход в профессию открыт только для профессиональных художников с высшим образованием и опытом. Однако это не совсем так, и стать 3D-моделистом может почти каждый. В нашей статье мы расскажем, где востребовано 3D-моделирование, по каким правилам в нем создают объекты и что нужно, чтобы освоить данное направление.
Что такое 3D-моделирование
3D-моделирование – это построение модели объекта в трехмерном пространстве. Данный способ представления объектов начал применяться в 1960-х годах, когда этим занимались специалисты компьютерной инженерии. Современные технологии 3D-моделирования позволяют конструировать сложные и объемные модели, проводить тестирование и вносить в них изменения на различных уровнях.
Хотя программное обеспечение для 3D-моделирования основано на сложных математических расчетах, все вычисления проводятся автоматически с предоставлением удобного пользовательского интерфейса. Создание трехмерной модели довольно затруднительно и представляет собой своего рода искусство. Для достижения реалистичности необходимо разбираться в особенностях моделирования и правильно проводить расчеты в течение всего процесса моделирования.
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес
Скачивайте и используйте уже сегодня:
Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023
Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда
Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка
Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием
ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains
Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽
Преимущества 3D-моделирования
Главный минус двухмерной графики в том, что наброски и чертежи не могут дать полного представления о том, как будет выглядеть объект в реальности. Как следствие, чертежи обычно дополняют макетом, показывающим внешний вид будущего проекта. Таким образом, при наличии ошибок в вычислениях приходится вносить изменения в уже готовый объект, что сильно усложняет процесс осуществления замысла.
Системы 3D-моделирования позволяют получить модель объекта еще до изготовления пробных образцов и, следовательно, разглядеть слабые стороны проекта и определить его соответствие первоначальной задумке.
Еще одним, но также довольно существенным плюсом 3D-моделирования является крайняя степень убедительности и наглядности трехмерных картинок и видео. Если следовать утверждению, что лучше один раз увидеть, чем тысячу раз услышать, то презентация в 3D длительностью 30 секунд дает тот же результат, что и двухчасовое выступление.
Чтобы получить представление о внешнем виде будущего здания на основе одних лишь зарисовок, нужно иметь хорошее воображение. Намного большего эффекта можно достичь благодаря технологиям трехмерной графики, которые позволяют увидеть итоговый результат проекта еще на стадии разработки.
Трехмерная графика используется практически во всех сферах деятельности, начиная с разработки логотипа и заканчивая масштабными проектами на уровне строительства жилого комплекса или района.
Сферы применения 3D-моделирования
Кинематограф, компьютерные игры и анимация
Создание виртуальных миров и вымышленных персонажей стало возможным благодаря особой технике использования полигонов. Они представляют собой простые геометрические фигуры с тремя или четырьмя гранями, образующие путем соединения под разными гулами один объект.
Чтобы заставить его двигаться, следует проводить с ними различные манипуляции – растягивание, перемещение, вращение. Так как они вместе представляют единое целое, это напоминает натяжение паутины – деформация одного элемента приводит к изменениям в остальных.
Чем меньшую площадь занимает каждый отдельный сегмент, тем их больше в совокупности, а значит, больше четкость изображения. Здесь используется такое понятие как качество графики – в различных играх ее можно регулировать. Это имеет смысл тогда, когда компьютер не обладает достаточными ресурсами для быстрого отображения всех фрагментов.
Визуализация в медицине
Существует две основные области ее применения:
- точечная или комплексная томография;
- конструирование и создание протезов.
Благодаря 3D-сканированию сейчас удается обнаружить повреждения органов и тканей, которые невидимы для обычного рентгеновского аппарата. Подобные технологии дают возможность установить точный диагноз тогда, когда это не получалось сделать при предыдущих обследованиях. Они находят широкое применение в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. В дополнение к виртуальным макетам при внедрении новых технологий многие учреждения здравоохранения приобретают также специальные 3D-принтеры.
Используя наглядное представление результата томографии, можно создать имплант, такой как зуб, который будет полностью соответствовать размерам пациента. На более продвинутом уровне можно осуществить моделирование протеза, слухового аппарата и т.д., вплоть до сердечного клапана. Новой и постоянно совершенствуемой технологией становится биопечать, когда краска заменяется живыми клетками человека.
В любом случае начальный этап проектирования ведется с применением компьютерных программ. Здесь, как и при создании анимированных персонажей, в процессе моделирования используются полигоны. По степени искривления можно судить о дефектах тканей. Воздействуя на сегменты, можно получить трехмерное изображение подходящего импланта, а приводя их в движение, можно смоделировать поведение протеза конечности.
Читайте также!
Методы промышленного проектирования
Основная потребность в этом возникает у специалистов из технических областей – инженеров, электриков, строителей и т.д. Они работают с твердотельными или полыми объектами, характеристики которых имеют строго определенное значение.
Соответственно, для этой группы пользователей важно в первую очередь не изобразить модель, а тщательно все рассчитать с применением формул, разработать чертежи и осуществлять контроль в ходе всего проектирования. Другими словами, их основная цель – не визуальное представление объекта, а получение конкретных сведений о нем.
Поэтому необходимое программное обеспечение с широким функционалом и большим набором инструментов компании приобретают с расчетом на весь отдел. Также оно используется для обучения в технических и архитектурных вузах, чтобы выработать у студентов навыки конструирования в комфортной среде.
Работа в САПР ведется с электронно-геометрической моделью. Представление об этом понятии 3D-моделирования можно получить из списка действий, которые с ней можно произвести:
- Нарисовать чертежи любого сечения, в любом изображении под нужным углом. Благодаря этому множество графиков заменяются одним макетом. Поэтому один файл с использованием разных слоев может одновременно редактироваться разными сотрудниками и даже подразделениями.
- Скорректировать параметры всего изделия, изменив значение одной конкретной величины.
- Определить значение любого показателя, как в текущий момент, так и в прогнозируемом варианте.
- Осуществить программное управление станком или другим оборудованием с ЧПУ.
- Создать объемную модель для презентации с использованием 3D-принтера.
- Визуализировать макет путем рендеринга, то есть наложения текстур для представления окончательного внешнего вида.
2 принципа 3D-моделирования
Создание трехмерных моделей основано на двух основных принципах:
- Наглядность.
- Информативность.
Наглядность – это свойство изображения, состоящее в правильном и четком представлении о моделируемом объекте. Наглядность достигается путем внешнего оформления трехмерной модели, которое включает в себя цвета, обозначения, форму и размер элементов, текстуру, то есть наглядность предполагает возможность восприятия зрителем форм, размеров и содержания трехмерной модели.
Информативность – это свойство трехмерных изображений, зависящее, в первую очередь, от количества содержащихся в них различных пространственных характеристик. Наибольшая информативность трехмерного изображения достигается при всестороннем представлении внешнего вида, положения в пространстве, размеров и форм всех значимых элементов модели.
Чтобы оценить выбранный вариант достижения поставленных целей, следует получить сведения не только о плановом положении и высоте объектов, но и о достоверности этих данных. Одним из самых надежных источников для исходного материала является аэросъемка, благодаря которой можно создать высокоточную трехмерную модель с возможностью проведения измерений.
Виды 3D-моделирования
Различают два главных вида 3D-моделирования: полигональное и параметрическое.
Полигональное 3D-моделирование
Полигональное моделирование заключается в построении трехмерной фигуры на основе плоской поверхности, которая размечается сеткой. Сетка состоит из линий, называемых ребрами, которые пересекаются в точках, называемых вершинами. Ребра делят поверхность на отдельные полигоны.
На программном уровне осуществляются действия с ребрами и вершинами до тех пор, пока объект не примет нужную форму, при этом происходит смещение полигонов относительно друг друга под различными углами. Число полигонов может достигать огромных значений. По мере его увеличения сетка все сильнее напоминает контуры создаваемого объекта, и он все более становится таким, как задумывалось.
Это аналогично тому, как правильный многоугольник при увеличении числа ребер принимает форму круга.
Также в качестве полигонов могут выступать отдельные двухмерные фигуры, называемые сплайнами. Они могут выглядеть как простые фигуры, отдельные фигуры и линии, так и составные. Вместе они соединяются в одну трехмерную фигуру. Такой способ моделирования уместен, если автор хочет, чтобы зритель увидел элементы, образующие 3D-фигуру.
Параметрическое 3D-моделирование
В ходе параметрического моделирования вначале создается эскиз, с которым впоследствии происходят изменения. В основе лежит математическая модель с подходящими параметрами, меняя значения которых, можно создать множество фигур. С помощью изменения параметров можно добиться необходимого вида модели.
Поскольку оба вида моделирования предполагают разные способы создания 3D-моделей, то и применяются они в разных сферах. Полигональное моделирование встречается чаще всего и используется в таких областях как:
- наука;
- архитектура;
- компьютерные игры;
- дополненная и виртуальная реальности;
- 3D-печать;
- графические элементы для веб-интерфейса (смайлы, кнопки);
- спецэффекты в фильмах;
- скульптинг (статуи, скульптуры).
Параметрическое моделирование используется обычно в промышленности.
Этапы 3D-моделирования
Создание 3D-модели состоит из нескольких этапов.
- Создание геометрии модели
На первом этапе создается пространственная геометрическая модель объекта, не учитывающая его физические характеристики. Производятся расчет размеров и построение формы предмета. Используются методы вращения, выдавливания, наращивания, полигонального моделирования.
- Создание текстуры объекта
На данной стадии определяется, из каких материалов будет построен объект, разрабатывается его текстура. Именно в этот момент задается степень реалистичности создаваемой модели.
- Выбор освещения
На данном этапе возникают сложности, поскольку от указанных параметров зависит восприятие модели, насколько она будет правдоподобной. Указываются тон освещения, степень яркости, резкости, насыщенность теней.
Читайте также!
- 3D-визуализация или рендеринг
На заключительной стадии 3D-моделирования осуществляется уточнение настроек отображения модели, в частности, добавление специальных эффектов вроде бликов, тумана и т.д. При наличии анимации корректируются ее параметры. Также определяются параметры визуализации (число кадров в секунду, формат конечного видео). Если в результате получается двухмерное изображение, следует выбрать его формат и разрешение.
- Постпродакшн
По окончании процесса 3D-моделирования в готовый материал можно включить спецэффекты с использованием программных средств, таких как Adobe Photoshop, Adobe Premier Pro, Adobe Illustrator и т.д. Другими словами, происходит постпродакшн, когда итоговый результат улучшается с применением различных технологий.
ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains
20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей
Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»
Методы визуализации в 3D-моделировании
Scanline
Сканлайн рендер благодаря своей скорости применяется в видеоиграх и интерактивных сценах. При наличии мощного видеоадаптера с его помощью можно получить четкое изображение с частотой больше 30 кадров в секунду.
Действие рендера основано на реализации принципа «ряд за рядом». Вначале необходимые полигоны располагаются по наибольшей вертикальной координате. После этого каждый ряд изображения формируется посредством пересечения с ближайшим к виртуальной камере полигоном. В процессе перехода между рядами происходит удаление полигонов, которые исчезают из поля зрения.
Raytrace (метод трассировки лучей)
Целью данного метода является получение изображения с максимальным разрешением подробной детализацией. При этом рендеринг занимает много времени и не подходит для создания анимированной графики в реальном времени.
При использовании рейтрейс-метода от виртуальной камеры для каждого пикселя на воображаемом экране проводятся лучи до ближайшего трехмерного объекта. Цвет точки определяется исходя из того, с каким объектами сталкивается воображаемый луч.
Raycasting (метод бросания лучей)
При этом способе происходит то же самое, что и в предыдущем случае, но здесь рассчитывается только первая поверхность, на которую упадет луч. В зависимости от характеристик объекта и освещенности определяется цвет пикселя изображения. Дальнейшая обработка отраженных от объекта лучей в таком случае не происходит.
Radiosity
Смысл такого рендеринга состоит в том, что поверхность объекта освещается не только прямыми источниками света, но и остальными поверхностями, отражающими свет. При этом точка обзора не имеет значения, что увеличивает нагрузку, но полученное изображение характеризуется высоким качеством и реалистичностью. Наилучшего результата можно достичь, используя для рендеринга методы Radiosity и Raytrace одновременно.
Программное обеспечение для 3D-моделирования
В настоящее время применяются разнообразные программы для 3D-моделирования. С каждым годом их становится все больше, так как производители программного обеспечения стремятся удовлетворить потребности широкого круга пользователей, поэтому при возникновении новых запросов они выпускают новые продукты. Встречаются как платные, так и бесплатные программы для 3D-моделирования. Изучим более подробно наиболее популярные из них:
- 3D Max – широко распространенная программа, подходит для профессиональной работы и предоставляет внушительный функционал. С ее помощью можно создавать анимацию и трехмерную графику, имеются возможности для рисования сложных моделей. Получаемые в результате объекты детально проработаны и затем могут анимироваться. Кроме платной версии программы есть бесплатная версия для студентов.
- Maya – профессиональная программа, используемая при съемках фильмов и создании игр. Она обладает широкими возможностями для создания реалистичных моделей высокого качества.
- AutoCad – инструмент для эффектного 2D и 3D-моделирования, имеет многоязычный интерфейс, разобраться в котором можно даже без специальных навыков. С его помощью можно вначале нарисовать двухмерную модель, а затем перевести ее в трехмерное изображение. Также можно создавать отдельные объекты и большие конструкции, а также игровые текстуры.
- Cinema 4D – многофункциональная программа для трехмерного моделирования и анимации. Отличается понятным интерфейсом и также переведена на русский язык, благодаря чему получила распространение в русскоязычной среде.
- Компас 3D – программное обеспечение для создания объемных моделей. Оно основано на математических расчетах и является отличным вариантом для осуществления инженерных проектов. Возможности программы включают не только построение модели, но и математические расчеты для последующего ее изготовления.
- Rhinoceros – применяется в архитектуре, кораблестроении, дизайне, а также мультимедийных технологиях. Получила распространение вследствие объемного функционала и возможности импорта и экспорта разнообразных типов файлов.
- Blender – программа, позволяющая проводить рендеринг, анимацию, монтаж и последующую обработку. Представленный функционал можно расширить с использованием плагинов. Годится для обучения основам 3D-моделирования.
- Wings 3D – элементарная программа для трехмерного моделирования, позволяющая работать с простыми моделями. Простой и незамысловатый интерфейс серьезно упрощает задачу начинающим специалистам. Также исходный код программы открыт для модификации.
- Google SketchUp – позволяет создавать и изменять множество видов моделей, дополняя их новыми элементами и текстурами. Имеет обширный функционал для работы над объектами различной сложности.
Требования к компьютеру для 3D-моделирования
Выбор компьютерных комплектующих обусловлен сложностью проектов, которые вы будете осуществлять. Так, моделирование с большим числом полигонов и работа в САПРах приводят к значительным затратам ресурсов компьютера.
Ниже представлен минимальный набор характеристик, которыми должен обладать компьютер для 3D-моделирования, чтобы обеспечить нормальную работу с большинством программ:
- Full HD монитор 1920х1080.
- Процессор — 4 ядра от 3 GHz.
- Оперативная память — 8 Гб.
- Видеокарта — с поддержкой OpenGL 4.3 на 4 Гб памяти.
- Свободное место на диске — 50 Гб (допускается и меньший объем, но предпочтительнее иметь дополнительное свободное место, которое будут занимать плагины, файлы материалов, текстур и собственно проектов).
Безусловно, этим не следует ограничиваться. Так будет выглядеть оптимальная сборка, обладающая высокой скоростью на любых проектах:
- Процессор — AMD Ryzen 9 5950X.
- Оперативная память — 32 Гб (Patriot Viper Steel — 2х16 Гб).
- Видеокарта — NVidia RTX 3080 Ti на 12 Гб.
- Материнская плата — MSI MPG B550 GAMING CARBON WIFI.
- Накопители — SSD Samsung 980 Pro 1 TB и HDD Seagate Backup Plus Hub
- Блок питания — Deepcool DQ850.
- Система охлаждения — MSI MAG CORELIQUID 360R.
- Корпус — Cooler Master MasterBox MB511 RGB.
Впрочем, и стоит подобная сборка недешево – порядка 3700 долларов.
При желании можно снизить затраты по крайней мере в 2 раза и приобрести удачную сборку, подходящую для работы над большинством проектов. Она может иметь следующий вид:
- Процессор — AMD Ryzen 7 3700X.
- Оперативная память — 32 Гб (Corsair Vengeance LPX — 2х16 Гб).
- Видеокарта — GeForce RTX 2070.
- Материнская плата — GIGABYTE X570 GAMING X.
- Накопитель — SSD Samsung 970 PRO.
- Блок питания — Corsair CX550.
- Система охлаждения — AMD Wraith Prism.
- Корпус — Phanteks Full Tower Case ATX.
Прежде всего, в целях экономии не стоит покупать готовые комплекты. Существует риск переплаты или присутствия в такой сборке старенькой детали. Лучше обратитесь за помощью к знакомому, разбирающемуся в комплектующих, либо в особую контуру за персональной сборкой, а лучше – вникните во все сами.
И еще один момент – ноутбук также пригоден для моделирования, если он удовлетворяет минимальным требованиям программ.
Навыки и задачи специалиста в 3D-моделировании
Хороший специалист пользуется огромным спросом, ведь ему по силам нарисовать что угодно.
Вот основные навыки:
- Работа со специфическим программным обеспечением, постоянное совершенствование своих умений.
- В случае с анимированными персонажами – знание основ анатомии для придания реалистичности движениям.
- Способность на приличном уровне рисовать от руки. Если у вас совсем плохо с рисованием, то и лезть в такую профессию не стоит.
В данной профессии важна усидчивость, готовность часами разбираться в особенностях работы тех или иных программ. Специалист по 3D-моделированию должен быть внимательным к деталям, скрупулезным и даже несколько педантичным.
Распространено мнение, что моделирование подходит лишь художникам и дизайнерам. Но, как показывает практика, есть много талантливых моделлеров без художественного образования и, вообще, самоучек – всю информацию сейчас легко найти в интернете. Безусловно, важно понимать основы композиции, компоновки тела и размещения света, но эти аспекты по силам изучить без специальной подготовки.
Эту современную профессию может освоить любой человек, который заинтересован в этой области. Не обязательно вначале учиться на программиста, художника или дизайнера. На курсах 3D-моделирования происходит обучение с нуля – студенты приобретают базовые навыки, остальные же они развивают самостоятельно или приступают к продвинутому изучению 3D-моделирования онлайн в специальной школе.
Обучение 3D-моделированию в GeekBrains
- Факультет 3D-художник в играх
Вы с нуля изучите востребованную профессию 3D-художника в области создания игр. Получите удаленную работу по 3D-моделированию в международных компаниях и сможете рассчитывать на хороший заработок.
Курс 3D-моделирования для начинающих: вы изучите азы моделирования, создания текстур и рендера, познакомитесь с программами для рисования в 3D, создания компьютерной графики и анимации. Научитесь созданию моделей игровых персонажей и окружающих предметов.
Читайте также!
- Факультет 3D-моделирования и визуализации
Изучите 3D Max, AutoCAD, Photoshop и другие программы. Научитесь создавать и визуализировать трехмерные объекты любой сложности. Соберете портфолио и подготовитесь к трудоустройству.
- 3D-моделирование для детей
Ребенок сможет почувствовать себя 3D-моделлером в играх, анимации, дизайне и архитектуре, получит необходимые навыки работы и изучит специализированное ПО для моделирования.
Курс для ребят, которые:
- Проявляют интерес к творчеству и технологиям.
- Любят воображать места, героев, помещения.
- Хотят изучить профессиональные инструменты моделирования.
на обучение «Дизайнер» до 24 ноября
Освоение трехмерной графики приводит в движение целые направления в промышленности, а также приносит динамику в нашу жизнь. Мы не сомневаемся, что будущее 3D-моделирования ничем не ограничено, что эти передовые технологии скоро увеличат свою доступность, востребованность и незаменимость!
0 
Разберем 11 самых важных жизненных вопросов
Только до 
Эксклюзивные лекции по основам программирования
