Виды 3D-моделирования

Сфера 3D-моделирования сегодня безгранична, и с каждым днём появляются новые области её применения. Постараюсь простым языком рассказать о том, что такое 3D-моделирование, сравнить основные виды моделирования, сферы их применения и используемые для этого 3D-редакторы.

Это краткий экскурс для тех, кто интересуется 3D-тематикой и возможностью заняться моделированием. Поэтому заострим внимание только на ключевых моментах, по возможности опуская специфичную терминологию. Прежде всего, нужно определиться с видами 3D-моделирования. В интернете встречается немало способов их классификации, одни и те же виды моделирования носят порой различные названия. Но проще всего классифицировать их по способам реализации.

Параметрическое моделирование

Для данного вида моделирование используют САПР — Системы Автоматизированного Проектирования (англ. CAD — Computer-Aided Design). Они приспособлены для проектирования деталей, двигателей, автомобилей, вертолётов и ракет, зданий, и применяются в основном в промышленности, строительстве и 3D-печати. Можно выделить поверхностные и твердотельные модели; а также каркасные, которые удобно использовать для визуализации или имитации траектории движения объекта, чтобы сэкономить ресурсы.

В CAD-программах мы получаем не только визуальный образ, как в случае с полигональным моделированием, а точный электронно-геометрический прототип изделия. Он сохраняет измеримую и рабочую информацию, что позволяет: получать расчёты, чертежи, производить изделие на станках ЧПУ или 3D-принтерах. Как правило, работа с САПР (Компас 3D, AutoCAD, SolidWorks, Inventor) подразумевает наличие профильного инженерного образования. Это не касается желающих напечатать на 3D-принтере какую-нибудь хреновину, полезную в хозяйстве.

Воксельное моделирование

Воксель (англ. Voxel — новообразование из слов: объёмный и пиксель) — это 3D-кубик, из которых сложен объект в 3D-пространстве. Это аналог двухмерных пикселей, только воксель имеет 6 квадратных граней. Воксельные модели — объёмные объекты, в отличие от полигональных, где полигоны составляют лишь оболочку объектов с полостью внутри. Воксельное моделирование используют в науке и в медицине: компьютерная томография, УЗИ и МРТ. В некоторых армиях мира используют томографию для создания идеально подогнанной обуви для военнослужащих.

Наверняка вы сталкивались с тем, что заказанная в интернет-магазине одежда, не подходит по размеру, росту, фасону. Сегодня с помощью 3D-сканера создают трёхмерные модели человека, и это не занимает много времени. Надо полагать, что в ближайшей перспективе, у каждого человека будет такая модель, что облегчит выбор одежды онлайн. Мы просто сможем заранее оценить, как на нас сидит та или иная вещь в виртуальной «примерочной».

Воксельное моделирование применяют и в разработке игр, но сдерживающим фактором здесь выступает высокое требование к компьютерному «железу». Изюминкой воксельного моделирования в играх считается великолепие ландшафтов, замковых интерьеров и их динамичная трансформация или разрушение. Даже разработчики Minecraft не оставили это без внимания. В целом это невероятно перспективный вид моделирования.

Полигональное моделирование

В подавляющем числе случаев виртуальная среда и персонажи в играх, анимационных роликах и кино созданы с использованием полигонального моделирования. Полигоны — это треугольники и четырехугольники (в зависимости от программы), которые составляют сетку на поверхности объекта.

Всё просто: выполнением несложных манипуляций с вершинами и рёбрами полигонов изменяется форма модели. Понятно, что хорошо детализированная модель потребует больших ресурсов.

Для справки: чаще всего в мобильных играх используются модели с небольшим числом полигонов, примерно до 10 тысяч. Высокополигональные модели для AAA проектов могут иметь более миллиона полигонов. Но в большинстве игр для консолей и компьютеров модели содержат среднее количество полигонов.

Наиболее популярные 3D-редакторы: 3Ds Max, Maya, Cinema 4D и Blender.

Сплайновое моделирование

Отличительная особенность сплайновых моделей — это плавность формы, возможность сгладить острые края. Поэтому сплайновое моделирование (NURBS-моделирование) применяют при создании биологических объектов: людей, монстров, животных, а также органических объектов; ещё в архитектуре и машиностроении (от простых деталей и элементов фюзеляжа самолётов до космических станций) — везде, где требуются плавные формы.

Такая модель состоит не из полигонов, а из трёхмерных кривых (сплайнов), из которых строится каркас 3D-объекта. Для его создания применяют редактируемые сплайновые примитивы, такие как линия, окружность, дуга, многоугольник, текст и др. Рано или поздно сплайновую модель преобразовывают в полигональную, однако возможность модификации кривых у неё сохраняется.

Если полигональное моделирование можно условно сравнить с растровой графикой, то сплайновое моделирование имеет сходство с векторами. Для чего это сравнение? Сплайновые модели, как и векторные изображения, при увеличении масштаба не теряют в качестве. Отсюда ещё один плюс сплайнового моделирования — более высокая точность.

Используется в CAD-программах: 3Ds Max, Maya.

Скульптинг

Совсем не случайно понятие скульптинг прочно закрепилось в 3D-моделинге, это прямая аналогия. Если взглянуть примитивно, то создание персонажей действительно напоминает работу скульптора. По сути, это не что иное, как полигональное моделирование, но наличие дополнительных инструментов позволяет создавать персонажи и сцены с высокой детализацией и фотореалистичностью. В программах для скульптинга можно заметно улучшить внешний вид низкополигональных моделей, созданных в сторонних 3D-редакторах.

Программы: Zbrush, 3D Coat, Mudbox, Blender, Modo.

Кстати, для полноценного занятия скульптингом понадобится графический планшет, который многократно ускорит процесс работы над моделью. Возможно, он у вас уже есть. Понятно, здесь не обойтись и без творческих навыков. Помните людей, у которых получалось красочно оформить школьную стенгазету, которые украшали ближайшие заборы затейливыми граффити, «возводили» замки с древними рыцарями в сияющих доспехах в тетрадках по физике или химии? Такие люди всегда встречаются в нашем окружении. Когда они обращаются к созданию 3D-моделей, то достигают на этом поприще больших высот. Всем успехов!