Методы 3d: Всё о 3D-печати. Аддитивное производство. Основные понятия.

Основные методы и виды 3D печати

Категории: Статьи

Первый 3D принтер был представлен свету три десятка лет тому назад, в далёком 1984 году. Автором этой чудо-техники был ЧакХалл, являющийся основателем одной из крупнейших в мире компаний «3-D Systems», лидером в области создания 3D принтеров. С тех лет технологии претерпели кардинального изменения, что привело к увеличению возможностей аппаратов. На сегодня 3D принтеры печатают любые объекты из необходимого материала. Размер создаваемого объекта ограничивается только рабочей поверхностью самого принтера. Детали больших проектов необходимо соединять при помощи специального суперклея.

Общие сведения о 3D принтере

3D печать – это технология создания объёмного физического объекта при помощи цифровой 3D модели, полученной в результате сканирования или работы в 3D программах.

3D принтер – это устройство для послойного создания макета посредством использования компьютерной 3D модели.

Преимущества 3D печати:

— воссоздание точной копии желаемого объекта.

— быстрая скорость печати (1,2 см/сек)

— экономный расход материалов

— возможность создавать необходимое количество одинаковых объектов

— длительное и удобное хранение используемых материалов

— большой ассортимент используемых материалов

— автономный процесс создания объёмного объекта.

Технологии печати.

Подключение принтера происходит непосредственно к компьютеру, содержащему в себе заданный 3D объект, подготовленный заранее в специализированной программе. Работа принтера начинается непосредственно после подачи команды «печать». Процесс воссоздания объекта происходит с высоким разрешением используя практически полную цветовую палитру.

На сегодняшний день, существует множество исходных материалов для объёмной печати, которые могут быть представлены в виде песка, металла, бумаги, шоколада, воска и так далее.

Наибольшее распространение в применении получило всего 5 технологий, которые и рассмотрим более подробно. 

SLA технология — лазерная стереолитография.

Принцип работы этой технологии заключается в воздействии лазера, УФ или ИК на фотополимер (жидкость). В результате чего, жидкость преобразуется в достаточно твёрдый пластик.

Сверху в полимер зануривается на заданной платформе, далее луч проходит по слою жидкости под платформой, что приводит к затвердению и прилипанию его к платформе, таким образом, происходит создание одного слоя. В результате повторения такой процедуры множество раз образуется необходимый макет.

К основным достоинствам такой печати относятся:

-точность

— скорость печати

— минимальный процент возникновения технических сбоёв, таких как перегрев, отслаивание, сбой работы головки, отлипание, отслаивание углов.

К недостаткам относятся:

— высокая стоимость

— небольшая цветовая палитра

— невысокая физическая прочность готового изделия.

SLS– селективное лазерное спекание.

Технологический процесс образования модели очень близок по принципу работы с предыдущим. Основным различием является отсутствие возможного самостоятельного распределения порошка. Поэтому данную задачу выполняет специальный валик, который равномерно распределяет порошок по поверхности объекта.

Основной принцип работы заключается в распылении разноцветного отвердителя на тонкий слой мелкодисперсного порошка в заданные участки. Такая процедура повторяется множество раз, и в результате образуется необходимый элемент. Следует заметить, что слои настолько тонкие, что под ними видны предыдущие. В результате увеличения количества слоёв  дно ёмкости постепенно опускается вниз. Время получения готового изделия напрямую зависит от сложности исполнения самого объекта.

По окончании рабочего процесса, готовую модель аккуратно извлекают из композита и перемещают в кабинку для очистки от порошка посредством щёток и воздушного потока из компрессора. По окончании очистки необходимо произвести пропитку предмета специальным суперклеем. Следует заметить, что остаточный порошок будет повторно использован для создания последующей модели. В результате чего можно сделать выводы о безотходном производстве материала.

MJM — метод наплавления

В этом методе светоотверждение полимера осуществляется посредством влияния ультрафиолетовой вспышки. Расплавленный акриловый фотополимер (пластик) наносится на печатающую платформу при помощи головки. На этой платформе пластик поддаётся засвечиванию галогеновой лампой, в результате чего происходит затвердение материала. Процедура повторяется множество раз для достижения необходимого результата. Важной деталью является поддержание выступающих или нависающих частей, которое осуществляется при помощи бытового воска. Этот материал наноситься одновременно с полимером и удаляется в результате нагревания в печи, при этом, не оставляя следов.

DLP —технология наплавления

DLP достаточно похожа по своему технологическому процессу на MJM . Явным отличием является воздействие проектора обычным световым потоком на модель для получения отверждения полимера.Фотополимер доливается в кювету по мере его расходования. Во время процесса печати аппарат закрывается, во избежание засветки модели.

Выступающие части также поддерживаются при помощи использования воска. Технология удаления которого — такая же.

FDM — послойная укладка полимера.

FDM — это творение струйных технологий. При использовании этой технологии работа принтера происходит непосредственно от пластиковых катушек, заправленных в экструдер. Основным принципом работы является расплавление пластикового прута, формирование из него капли и нанесение её на движущуюся платформу в заданном месте.

Подобные принтеры были давно известны и в результате этого претерпели некоторых изменений в отношении расширения цветовой палитры. На сегодня существует 3 вида принтеров: CubeX, CubeXDuo, CubeXTrio.

Образцы моделей по этой технологии являются достаточно прочными, не подвергающимися деформации от физического воздействия человека.

Основные достоинства:

— доступность расходных материалов (пластик, скотч)

— достойный ассортимент цветовой палитры

— понятные технологические процессы

Виды пластиков

Наибольшую популярность получили 2 вида пластика — ABS и PLA.

ABS — беспросветный ударопрочный термопластичный материал, используемый для печати простых прототипов. Свою популярность приобрёл благодаря низкой температуре стеклования. Одновременно с этим данная модель имеет высокий порог нагрева при использовании в бытовых условиях. Этот материал легко поддаётся постобработке, отлично полируется парами ацетона. Главным недостатком является термоусадка.

PLA — органический пластик, имеющий низкую температуру плавления и высокие технические характеристики относительно удержания формы модели в процессе печати. Отличительными характеристиками является короткий срок эксплуатации, невозможность осуществления полировки ацетоном.

На сегодняшний день, существуют принтеры с множеством печатающих головок, подключённых к ёмкостям с различными материалами для изготовления одного макета (пластик, резина, песок и так далее). Непосредственно в процессе печати происходит нанесение полимера на макет с последующей его мгновенной засветкой.

Расходные материалы для 3d печати можете найти на сайте компании REC.

В заключение следует отметить, что с каждым днём технологии 3D печати усовершенствуются и становятся более доступными для использования в средней и малой промышленности, таким образом, обеспечивая экономию времени и средств на изготовление макетов новой продукции. 3d модели для печати на 3d принтере.

Краткий экскурс в методы 3D-печати / Хабр

Мои предыдущие посты по теме:
Первое мероприятие по 3D-печати в Нидерландах
Мероприятие по 3D-печати (окончание)
Новый бюджетный 3D-принтер

Чтобы ответить на часто задаваемые вопросы я опишу тут популярные технологии 3D-печати — печать расплавленным пластиком, порошком, фотополимером, лазерное спекание. Разумеется эта информация не является истиной в последней инстанции. Это картина, которая сложилась у меня на сегодня в голове из разных источников.

Печать расплавленным материалом (пластиками, шоколадом)

Это наиболее популярный метод среди любительских аппаратов. Суть его проста. Представляете себе как работает клеевой пистолет? С одного конца пистолета толкается пластиковый пруток, а на другом конце он разогревается до текучего состояния и выдавливается в место склейки.

Принтер представляет из себя станок с 3мя осями. Печатающая головка закреплена на координатной системе станка. Когда она передвигается по координатам X/Y расплавленный пластик выдавливается из тонкого (0.3-0.5мм) сопла и застывает. Напечатав один слой, принтер изменяет координату Z (опускает платформу/поднимает головку) и печатает следующий слой.

Разница между принтерами

Основная разница между принтерами заключается в том, как реализовано передвижение по 3-м осям, как подается материал, подогревается столик или нет, поддерживается ли печать 2мя материалами.

Большинство принтеров семейства RepRap передвигает головку только по оси X. Платформа с объектом перемещается по Y. По оси Z перемещается конструкция из печатающей головки и привод по оси X. Из-за перемещения такой массы страдает точность и скорость печати.

В Ultimaker и последней версии Makerbot засвеченной с большой помпой на CES 2012 печатающая голова передвигается по двум осям(X/Y) вверху аппарата, а платформа с изделием опускается постепенно вниз (по Z). Благодаря этому достигается высокое качество и скорость печати, которая может быть до 10 раз выше чем у Менделя.

Кроме классических схем унаследованных от CNC станков есть эксперименты с дельта-роботами.

Пластик

Для печати используют разные пластики. Самые популярные это ABS, из которого сделаны большинство игрушек, и PLA — биоразлагаемый пластик, из которого делается упаковка и одноразовая посуда. Кроме того используются специальные виды, которые растворяются в воде (PVA) или специальном растворителе. Таким пластиком можно печатать вспомогательные структуры, которые по окончании удаляются. Черный пластик на следующем фото — это такой вспомогательный материал.

Для печати двумя цветами или одним цветом со вспомогательным материалом используется принтер с двойным экструдером. На сегодня эта технология в любительских принтерах еще не отработана. STL формат, избранный в качестве стандартного среди любителей, не поддерживает несколько цветов. Но аппараты уже доступны, так что эти проблемы уже в процессе решения.

Пластик для печати продается бухтами в виде прутка различного диаметра ценой порядка 40-60$ за кг, водорастворимый стоит дороже(90$). У разных видов пластика (и других материалов, например шоколад) — разный диапазон рабочих температур. Для поддержания оптимальной температуры используется термодатчик.

Чтобы обеспечить точность печати деталь не должна двигаться с места, поэтому делают так, чтобы она прилипала к поверхности платформы.

Так как пластиковая деталь печатается долго, то и остывает она неравномерно. Слои напечатанные раньше — остывают раньше. Поэтому деталь стремится деформироваться — изогнуться. С одной стороны прилипание должно быть достаточно сильно, чтобы не дать оторваться детали от платформы при остывании, с другой — достаточно слабо, чтобы можно было оторвать ее руками по окончании процесса не повредив.

Именно для этого платформа для работы с пластиком ABS делается подогреваемой и на платформу клеят термоскотч(каптоновую ленту), а для работы с пластиком PLA на платформу наклеивается малярный скотч(синий на картинке выше). В профессиональных принтерах процесс вообще происходит в закрытом боксе, где поддерживается высокая температура обеспечивая медленное остывание и лучшее прилипание пластика. Так что скотч — это еще один расходный материал при 3D-печати.

Печать порошком

Эта технология используется в профессиональных принтерах компании ZCorp. Она позволяет печатать с высоким разрешением несколькими цветами одновременно. Суть простая — насыпается мелкодисперсный порошок тонким слоем, выравнивается, потом идет головка и как в струйном принтере поливает порошок окрашенным в нужный цвет связующим. Далее всё повторяется — слой порошка, выравнивание, связующее. По окончании остатки порошка выдувают и все готово. Дополнительный материал, чтобы поддерживать свисающие элементы, здесь не требуется — его роль играет порошок, который равномерно заполняет емкость и служит в качестве подпорки для последующих слоев. Принтеры стоят от 15k$ (монохромный ZPrinter 150), цветной ZPrinter 250 — от 25k$.

Кроме пластикового наполнителя счастливые обладатели играются и с другими материалами. Я слышал про использование керамики и металла. После отжига получаются соответственно керамическое или металлическое изделие.

Лазерное спекание

Практически ничем не отличается от печати порошком. Только вместо печатающей головки используется лазер спекающий порошок вместо связующего. Спекли слой, насыпали новый, спекли — насыпали и т.д.

Бристольское отделение знаменитой аэрокосмической и оборонной компании EADS по этой технологии «испекло» велосипед.

Эти ажурные объекты также изготовлены по этой технологии.

Таким же образом можно делать изделия из тугоплавких материалов. Только лазер надо помощнее.

В прошлом 2011 году Маркус Кайсер нашумел со своим проектом солнечного 3D-принтера. Вместо спекаемого порошка он использовал песок, который набирал тут же в пустыне. Вместо лазерных лучей использовал большую линзу Френеля, которая концентрировала солнце в точку и плавила песок. В качестве насыпающего и выравнивающего устройства выступал сам автор проекта 🙂 Координатная система принтера и компьютер работали от солнечных батарей. В результате получилась такая вот чаша:

Весь процесс запечатлен на видео:

Печать фотополимером

Принцип работы прост — проецируем на смолу срез модели, она застывает там, где была освещена. Поднимаем модель и добавляем смолы, засвечиваем следующий срез и т.д.

Этот метод печати также встречается среди любителей и в лабораториях благодаря простоте устройства и точности получаемого результата. Вот схема устройства:

Есть кювета с фотополимером и стеклянным дном. На это дно проектор снизу проецирует изображение. Софт переключает картинки на проекторе(срезы объекта) и постепенно поднимает стеклянную платформу на которой растет объект. По мере расходования фотополимер доливается в кювету. Сверху аппарат обычно закрывается колпаком не пропускающим определенный спектр, чтобы избежать паразитной засветки.

Вот работа такого принтера, созданного в домашних условиях:

Пример объекта напечатанного на таком принтере:

Есть много разных фотополимеров. Они по-разному стоят, реагируют на разную длину волны света, имеют разное время активации. Поэтому при создании принтера надо подбирать материал и лампу для засветки. Вместо проектора можно использовать лазер(фонарь с узким лучом) и систему развертки. Тогда срез надо будет рисовать лазером как и при лазерном спекании. Если не ошибаюсь, то расходный материал для верхнего принтера стоит порядка 300$ за литр. Но сообщество интересующихся строительством таких принтеров нашло и дешевый вариант — около 20$ за литр. Сообщество, разную информацию по фотополимерам, устройству проектора, принтера и пр. можно найти тут — 3dprinter.wikidot.com

nano-cemms.illinois.edu — тут, при помощи серии видео-роликов, показан процесс 3D-печати в лаборатории собранный буквально на коленке. Полимер налит в стакан и обычный проектор засвечивает полимер сверху через зеркало. Платформа на которой выращивается объект прикреплена к маленькому штативу и опущена в стакан. Вручную на проекторе меняются картинки срезов и постепенно опускается платформа. По окончании процесса объект получается погружен в смолу. Далее он извлекается, промывается и обсушивается. Конечно реальный процесс занимает многие часы. Печать происходит со скоростью несколько миллиметров в час. Так что автоматизация тут совсем не лишняя.

Добавлено позже:

Промышленные принтеры семейства Objet Connex построенные по этой технологии могут использовать несколько разных видов фотополимеров в одном изделии. Фактически, это большой струйный принтер, с десятками сопел подключенным к емкостям с разными материалами. В процессе печати полимер наносится на изделие и тут же засвечивается.

Вот примеры объектов напечатанные на таком принтере за один раз:

Процесс печати:

Во многих изданиях отмечается, что 3D-печать это текущий тренд. Так что ждем ускоренного прогресса в этой области, новых принтеров и материалов.

обновление 2:

Шоколадный 3D-принтер из ЛЕГО

обновление 3:

Самодельный принтер для печати фотополимером на instructables.com

10 Различные методы 3D-моделирования

Я сидел с пустой сценой, открытой в Blender, и думал о своем следующем проекте. Затем меня поразило, насколько обширной стала область 3D-моделирования, и большинство людей даже не представляют, сколько 3D-контента они видят каждый день. На сегодняшний день существует множество видов 3D-моделирования. Все, от моделирования коробок до фотограмметрии.

В этой статье я перечислю 10 различных типов 3D-моделирования. Возможно, вы сможете получить представление о том, куда пойдет ваш следующий проект, или, может быть, вы будете так же поражены, как и я, тем, насколько много 3D используется в качестве инструмента для визуализации во многих отношениях. Вот типы моделирования, которые мы обсудим и изучим:

• Box modeling
• Polygon modeling
• Nurbs and curve modeling
• Digital 3D sculpting
• Photogrammetry
• Simulation
• Procedural modeling
• Boolean modeling
• Сборка комплектов
• Модульное моделирование

Можно утверждать, что существует столько же видов моделирования, сколько и инструментов. Тем не менее, я решил ограничиться методами, которые признаны немного более широкой аудиторией, чем я сам. Есть методы, которые я нашел, которые, кажется, общеприняты как методы или типы 3D-моделирования.

Все они так или иначе жизнеспособны. Это просто зависит от того, какую форму и детали вы хотите создать. Большинство из этих типов можно использовать в Blender. Но это не эксклюзивная статья о Blender, даже если это мой любимый инструмент. Вместо этого я хочу поощрять более широкий взгляд и видеть, что каждый тип моделирования приносит с собой.

Здесь я перечислю некоторые области, в которых мы могли бы захотеть использовать эти типы моделирования, просто чтобы дать вам общий обзор.

• Дизайн продукта и предварительная вида
• Маркетинговые и рекламные ролики
• VR и AR
• Архитектурная визуализация
• 3D Printing
• Игры и приложения в реальном времени
• Анимация и фильмы
• VFX, Visual Effect

Скорее всего, мы обнаружим, что некоторые типы моделирования используются гораздо чаще в одних из этих областей, чем в других. Давайте углубимся в типы моделирования, с которыми мы можем столкнуться.

Моделирование коробок

Начнем с моделирования коробок. Что делает блочное моделирование самостоятельным типом, так это то, что мы начинаем с некоторого примитивного объекта, такого как куб или сфера, и используем классические инструменты моделирования, чтобы создать из него форму.

Связанное содержимое: Объяснение более 30 инструментов моделирования Blender

У нас есть отправная точка, и мы работаем с низкополигональными формами для создания нашего объекта. Это распространенный способ моделирования, который является довольно механическим, поскольку мы контролируем отдельные грани, ребра и вершины. При блочном моделировании мы делаем упор на одновременное управление целыми формами и большими частями объекта.

Большую часть времени мы работаем с гранями, имеющими четыре стороны, мы называем их четырехугольниками. С ними легко работать, поскольку большинство инструментов моделирования предназначены для работы с четырехугольниками. Но прежде чем мы используем модель, она часто подвергается триангуляции либо пользователем заранее, либо автоматически скрытым программным обеспечением.

Этот тип моделирования лучше всего работает с объектами с твердой поверхностью, такими как архитектурная визуализация и искусственные объекты или продукты.

Мы используем такие инструменты, как выдавливание, создание петель и снятие фаски. Коробчатое моделирование часто используется вместе с поверхностью подразделения.

Поверхность подразделения — это метод, который добавляет дополнительную геометрию между ребрами, вершинами и гранями, которыми мы манипулируем с помощью традиционных инструментов моделирования. Геометрия, которой мы управляем, становится похожей на клетку, которую мы использовали для формирования разделенной версии нашего объекта.

Подразделенный низкополигональный объект становится более округлым в соответствии с алгоритмом Кэтмулла-Кларка. Это может показаться техническим, но по сути мы просто добавляем геометрию, которая закругляет поверхность нашего объекта.

Существуют разные школы использования поверхности подразделения. Поскольку это своего рода слой, который добавляется поверх нашей исходной геометрии, некоторые люди говорят, что вы никогда не должны моделировать с видимой поверхностью подразделения только потому, что исходная сетка может стать непригодной для использования без добавления поверхности подразделения. Ограничение использования оригинальной сетки.

Другие утверждают, что гораздо легче увидеть, что вы делаете, и в любом случае намерение состоит в том, чтобы использовать объект с поверхностью подразделения.

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование — это тип 3D-моделирования, очень похожий на блочное моделирование. Разница здесь в том, что мы обычно начинаем с одной вершины или простой формы без нее и глубины. Затем мы строим нашу модель по частям. Мы часто используем те же инструменты, что и при блочном моделировании, но используем их в некотором роде для детализации.

Особое внимание здесь уделяется работе с ребрами и вершинами. Объекты, которые мы создаем с помощью этой техники, все еще довольно часто имеют твердую поверхность, но имеют более органичные формы.

Полигональное моделирование, как и блочное моделирование, часто делает упор на использование четырехугольников в топологии. Это связано с тем, что многие инструменты предназначены для работы с четырехъядерной топологией.

То, что мы создаем с помощью полигонального моделирования, может попасть в категорию жестких поверхностей. Но часто модели, которые мы создаем, обладают некоторыми органическими характеристиками. Например, это может быть статуя или строительные украшения.

Но это также может быть какой-то аксессуар, инструмент или другое снаряжение, которое мы создаем с помощью этой техники.

Поверхность подразделения также часто используется здесь, чтобы сгладить геометрию объекта.

По сути, инструменты, используемые в блочном и полигональном моделировании, одинаковы, мы просто используем их по-разному.

Нурб и моделирование кривых

Нурб означает неравномерный рациональный b-сплайн. Неудивительно, что у нас есть аббревиатура. При таком моделировании мы переходим на совершенно другой вид моделирования. Мы создаем изогнутые поверхности, которыми мы управляем на основе контрольных точек. Мы можем использовать его для создания очень гладких изогнутых поверхностей.

Мы можем интерпретировать точки одной и той же кривой, а также создавать мосты между несколькими кривыми. Мы можем настроить сеть кривых, которые действуют как края объекта, а затем заполнить геометрию между ними, чтобы создать объект.

Этот тип моделирования в основном используется в разработке и программном обеспечении САПР. Не так много, когда речь идет о визуальных эффектах и ​​художественной стороне 3D.

Представьте, что у вас есть объект, который вы хотите распечатать в 3D. В этом случае, если у вас есть полигональная модель, которую мы создали с помощью блочного или полигонального моделирования, и вы масштабируете ее. Все эти грани и треугольники станут видны, как если бы вы увеличили растровое изображение.

С другой стороны, с помощью nurbs мы можем масштабировать модель вверх и вниз, а кривые останутся плавными. Можно сказать, что это эквивалент векторной графики в 2D-графике.

Так как мы больше не работаем с вершинами, гранями или ребрами и вместо этого используем кривые. Это означает, что инструменты очень разные.

У нас могут быть инструменты, которые открывают или закрывают кривую или создают новую кривую, интерпретирующую между двумя другими кривыми. Но у нас также есть очень похожие инструменты, такие как перемещение контрольных точек, масштабирование и вращение.

Цифровая 3D-скульптура

Скульптура возвращает нас от инженерной части 3D-моделирования к более художественной стороне. В скульптинге используются вершины, грани и ребра, точно так же, как в блочном и полигональном моделировании. Мы используем лепку, чтобы отделить процесс формирования от более технических деталей, связанных с заботой об отдельных элементах. Вместо манипуляций на основе выбора у нас есть кисти. Кисть имеет область влияния и более органично изменяет геометрию в зависимости от типа кисти и настроек.

Скульптура обычно используется для создания персонажей, животных или существ. Но его также можно использовать для создания деталей, которые было бы трудно создать с помощью традиционного блочного и полигонального моделирования.

Существуют разные виды лепки. Мы можем скульптить сетку как есть, и это будет перемещать вершины, ребра и грани, придавая им форму в соответствии с кистью. Используя этот метод, нам нужно иметь очень много геометрии с самого начала, иначе мы скоро достигнем предела того, сколько деталей может содержать наша геометрия.

Следующую технологию мы называем множественным разрешением. Это похоже на Subdivision Surface, разница в том, что мы можем хранить скульпт между каждым уровнем multires. Как только мы достигаем предела детализации нашей геометрии, мы увеличиваем уровень мультиразрешения. Таким образом, мы получаем больше геометрии по мере необходимости и можем хранить скульпт на нескольких уровнях детализации.

Следующая итерация технологии называется динамической топологией. По крайней мере в Блендере. Эта функция динамически разделяет сетку на треугольники по мере того, как мы рисуем, в зависимости от уровня масштабирования или предопределенного абсолютного уровня. Таким образом, мы просто продолжаем лепить, и геометрия будет адаптироваться.

Когда мы закончим скульптинг, нам нужно снова сделать сетку пригодной для использования. После сеанса скульптинга сетка часто находится в очень плохом состоянии с точки зрения производительности и работоспособности.

Иногда мы можем автоматически создать более качественную сетку с помощью различных алгоритмов пересоздания сетки, которые могут обрабатывать поверхность объекта и накладывать новую сетку поверх нее. Много раз думали, что нам нужно пройти через процесс, называемый ретопологией, и вручную воссоздать сетку поверх скульптурного объекта.

Фотограмметрия

Фотограмметрия — это еще один совершенно другой способ создания 3D-моделей. С помощью этой техники мы используем камеру и фотографируем объект несколько раз со всех сторон при максимально ровном освещении. Затем мы загружаем эти изображения в программу, которая интерпретирует их и создает трехмерное представление объекта.

Здесь есть очевидные преимущества и недостатки. Мы получаем данные реального мира, а это означает, что все, что мы создаем, должно быть близко к реализму. Много раз мы получаем текстуры и UV-карты, созданные в процессе, поэтому нам не нужно тратить столько времени на эти области.

Однако, как и при скульптинге, сетку необходимо переработать либо путем пересоздания, либо с помощью ретопологии. Это означает, что нам также может понадобиться воссоздать UV-карту.

Также предстоит большая работа по очистке, так как камера будет захватывать не только рассматриваемый объект, но и окрестности.

Другим недостатком является то, что нам нужно иметь доступ к объекту, чтобы сфотографировать его, и нам нужно положить его на поверхность, что означает, что часть объекта будет для нас недоступна. Например, камень должен лежать, когда мы его фотографируем, а его нижняя сторона недоступна во время одной фотосессии. Это приведет к дырам в нашей сетке, с которыми нам придется каким-то образом справиться.

Фотограмметрия — относительно новое изобретение, получившее в последнее время большое внимание. Мы не можем фотографировать только маленькие объекты. Мы также можем использовать дрон, чтобы сфотографировать всю территорию и воссоздать более крупные структуры.

Хорошая новость для сохранения старых построек или для более быстрого изучения местности.

Существуют также сканеры, которые можно использовать для сканирования объекта или области, подобно работе гидролокатора. Затем данные можно передать через программное обеспечение для воссоздания 3D-карты.

Моделирование

Существует множество видов цифровых симуляций. Здесь я перечислю несколько.

• Физика
• Ткань
• Мягкое тело
• Жидкость
• Огонь и дым
• Океан
• Частицы

Каждый из них имеет свое назначение. Большинство из них также имеют несколько целей, как вы, вероятно, можете себе представить. Когда мы что-то моделируем, мы создаем установку с различными объектами и параметрами, которые со временем будут взаимодействовать друг с другом. Компьютер рассчитывает, как все будет двигаться и что произойдет для каждого кадра, для которого мы запускаем симуляцию.

Затем мы можем использовать результат для создания анимации, а также для создания сцены или объектов на основе моделирования, а не необработанного ручного ввода с помощью других методов моделирования. Представьте, если бы вы создали волну, плещущуюся о камень. Вы можете смоделировать или использовать фотограмметрию для создания камня, но с волной сложнее. Вы можете вылепить его, но было бы гораздо удобнее запустить симуляцию и заставить его плескаться о камень самостоятельно, создавая форму на основе таких параметров, как угол, под которым волна ударяется о камень, размер и скорость. волна и так далее.

Точно так же мы могли бы использовать симуляцию физики в сочетании с объектом мягкого тела, чтобы создать автомобильную аварию. Вместо того, чтобы моделировать каждый кадр вручную.

Другим примером может служить имитация ткани. Вы можете вылепить подушки для своей следующей сцены архитектурной визуализации или использовать симуляцию ткани, чтобы создать ее со всеми складками.

Симуляторы гораздо больше склоняются к визуальным эффектам, чем, например, nurbs. Но мы все еще можем считать это методом моделирования, поскольку с его помощью мы создаем или деформируем объекты.

Моделирование — это гораздо более технический тип 3D-моделирования. Поскольку мы в основном настраиваем и настраиваем параметры, а не фокусируемся непосредственно на форме.

Процедурное моделирование бывает разных форм и размеров. Я разделю это на два разных типа моделирования. Первый основан на инструментах. Мы или кто-то другой создали инструмент, предназначенный для процедурной генерации кучи однотипных объектов. Например, у нас может быть строительный генератор. Затем мы могли бы ввести множество параметров, таких как количество этажей, высота потолка и форма крыши. Затем мы запускаем программу несколько раз, и каждый раз выдается новая модель, соответствующая нашим критериям.

Существует множество таких инструментов для определенных типов моделей, и мы также можем создавать собственные генераторы моделей и выставлять определенные параметры, которые соответствуют типу модели, которую мы хотим, чтобы инструмент выдавал.

Следующий вид процедурного моделирования тесно связан с затенением. Шейдер может иметь вывод смещения, и через это смещение мы берем простой примитив, такой как сфера или плоскость, и используем математические формулы для деформации поверхности, чтобы она стала сложным объектом или поверхностью.

Эта тенденция усилилась по мере того, как стали доступны все более совершенные инструменты для смещения геометрии посредством затенения. Доступно как традиционное смещение, работающее по одной оси вверх и вниз, так и векторное смещение. Смещение вектора может смещать геометрию во всех направлениях, создавая сложные объекты из простой геометрии.

При логическом моделировании мы начинаем с модели и вырезаем или добавляем к ней другой объект, чтобы создать новую форму. Это тесно связано с блочным моделированием, и мы часто используем эти два метода вместе.

Обычно мы моделируем базовые формы с помощью блочного моделирования, а затем комбинируем различные формы с помощью логических операций. Операции, с которыми нам приходится работать:

• Разность
• Объединение
• Пересечение

Оператор разности является наиболее распространенным. Это оператор, который отсекает форму и объем одного объекта от другого.

Объединение объединит два объекта вместе, а пересечение сохранит только общую геометрию двух объектов.

Логические значения могут помочь нам создавать формы, для имитации которых в противном случае потребовалось бы много времени с помощью других методов моделирования. Мы можем комбинировать круглые или изогнутые формы с квадратными формами с твердой поверхностью и вырезать или складывать их вместе.

Это еще один тип моделирования, при котором мы начинаем с набора объектов, которые мы объединяем в более детализированные объекты. Или мы можем использовать кит-бэшинг для детализации объекта, который был создан с помощью какого-то другого типа моделирования.

Разбивание набора также очень распространено при создании объектов с твердой поверхностью. Это позволяет нам исследовать, как различные части могут сочетаться друг с другом, не нуждаясь в полной картине того, как будет выглядеть окончательная часть.

Избиение комплекта отлично подходит для детализации сцены. При использовании кит-бэшинга следует помнить о соотношении высокочастотной детализации, среднечастотной и низкочастотной детализации. Кадры с хорошей композицией обычно имеют хорошее сочетание и расположение между различными распределениями деталей.

Это верно как для моделирования твердых поверхностей, так и для моделирования органических материалов. Например, у вымышленного робота может быть больше деталей относительно того, что должно восприниматься как голова или точка фокусировки, в то время как в лесу может быть различное распределение растений, деревьев и грибов в зависимости от того, где каждая специя будет расти наиболее эффективно. Некоторые из них равномерно распределены по всей сцене, в то время как другие сгруппированы вместе или сосредоточены в определенной области сцены.

На самом деле это не техника моделирования, а хорошая практика. При создании 3D-ресурсов рекомендуется помнить о модульности. Возможно, мы создаем городской пейзаж. Возможно, нам потребуется смоделировать несколько зданий, которые выглядят одинаково. В этом случае мы должны подумать о модульности, чтобы мы могли повторно использовать определенные части одного здания в другом.

Мы даже можем моделировать различные секции здания, которые мы можем переставлять по-разному, создавая вариации.

Решая, какой тип моделирования использовать, мы должны думать о том, к какому конечному результату мы стремимся. Но в большинстве случаев это будет комбинация. Особенно, если мы создаем сцену. В этих случаях у нас могут быть некоторые объекты, требующие одних методов, в то время как другие объекты потребуют других.

Если вы начинающий художник, я бы посоветовал начать с блочного моделирования и полигонального моделирования, просто потому, что используются одни и те же инструменты, и эти методы лежат в основе всего моделирования. Но если вы хотите, например, заняться 3D-печатью, вам следует начать с nurb-моделирования.

Надеюсь, этот контент был вам полезен. Пожалуйста, помогите мне поделиться этим. Это очень помогает.

Спасибо за ваше время.

3D-моделирование и анимация; процесс и методы + видео

Содержание

3.3 3 голоса

Рейтинг статьи

Время чтения: 7 минут

Предварительная подготовка

Производство

Постобработка

3

3

3
После создания 3D-макета мы приступаем к 3D-моделированию персонажей, реквизита и окружения. Почему? Потому что все, что появится в 3D-анимации, должно быть создано или «смоделировано». 3D-модель — это поверхностное представление объекта, созданное в 3D-среде, такой как 3D-программное обеспечение.

Создание 3D-модели, вероятно, является отправной точкой для большинства художников-аниматоров и важной частью процесса производства 3D-анимации. Моделирование требует тщательного наблюдения, обработки и исправления трехмерных объектов с помощью различных атрибутов программного обеспечения. Освоение этого навыка требует практики в различных предметных областях, таких как анатомия.

Кроме того, работа с программным обеспечением для 3D-моделирования иногда может вызывать разочарование; потому что то, что пользователь испытывает в большинстве из них, не похоже ни на какой предыдущий реальный опыт или другое обычное программное обеспечение, которое люди используют в своей повседневной жизни.

Теперь давайте подробнее рассмотрим 3D-моделирование, но перед этим посмотрите следующее видео, чтобы увидеть, как работает 3D-моделирование в эффектах и ​​симуляции:

Ваш браузер не поддерживает тег видео.

Что такое процесс 3D-моделирования?

Каждый 3D-объект, отображаемый в 3D-анимации, состоит из 3D-сетки, которую можно создать с помощью широкого спектра методов. Проще говоря, процесс создания сетчатых объектов в 3D-программах называется 3D-моделированием. Эти объекты создаются на основе предыдущих проектов или реальных наблюдений и будут использоваться в качестве элементов трехмерной среды, которую мы пытаемся создать.

Процесс 3D-моделирования начинается с материала, подготовленного в компоненте дизайна конвейера анимации; в котором форма каждого объекта изображается в деталях. Данные дизайна состоят в основном из рисунков, а иногда и из скульптур. Работа художника по моделированию заключается в воссоздании геометрии этих объектов в среде 3D-моделирования.

Для использования в 3D-анимационном видео 3D-модели должны хорошо выглядеть. Они также должны быть функциональными и должным образом вписываться в трубопровод; это означает, что их создание должно быть осуществимо с имеющимися ресурсами.

Анимация основана на движениях, и для изображения этих движений потребуются деформации объектов. В отличие от 2D-анимации, в 3D-анимации это может быть довольно сложно. На самом деле 3D-модели должны быть оптимизированы для широкого спектра деформаций, вызванных движением; в противном случае они выглядели бы крайне странно.

Моделирование мультфильмов в профессиональном масштабе по сравнению с личными проектами

Процесс моделирования персонажей мультфильмов в профессиональном производстве отличается от того, когда он делается для личного проекта. Как правило, вы должны знать, как создавать модели в соответствии с помещениями художественного отдела и подготавливать их, чтобы они могли стать частью отличного анимационного производства. Кроме того, вам обычно требуется пересматривать свою работу в соответствии с отзывами, которые вы получаете от старших или, в некоторых случаях, от клиента.

@ Copyright Domestika

6 наиболее распространенных методов 3D-моделирования в анимационной индустрии

Как правило, специалисты по 3D-моделированию начинают с топологии с низким разрешением, а затем добавляют в 3D-модель больше деталей. Но СУЩЕСТВУЮТ разные подходы к созданию 3D-модели в зависимости от типа объекта, конечного назначения объекта и возможностей или предпочтений художника или анимационной студии. Эти стили приведут вас к почти одинаковым результатам с помощью разных методов.

Некоторые из наиболее популярных методов, используемых для 3D-моделирования, включают:

1. Цифровая лепка

Цифровая лепка — это довольно новый подход к моделированию, основанный на процессе, похожем на лепку из глины в реальном мире. С момента своего появления он изменил рабочий процесс для огромного числа разработчиков 3D-моделей; позволяя им перейти к созданию искусства, а не зацикливаться на технических ограничениях 3D-моделирования. Модели с высоким разрешением, созданные этим методом, нельзя использовать непосредственно в 3D-анимации; необходимо создать модель ретопологии с низким разрешением.

2. Булево моделирование

Булево моделирование не является популярным подходом в индустрии развлечений. В этом подходе геометрия объекта создается путем взятия двух объектов и создания из них нового; либо вырезая одно из другого, комбинируя их, либо используя негативное пространство пересечения в качестве нового объекта.

3. Лазерное сканирование

С развитием технологии лазерного сканирования был представлен новый метод трехмерного моделирования. В этой технике реальный объект сканируется лазером, чтобы создать его цифровое представление. Процесс сканирования обычно быстрый и простой, но созданная геометрия должна быть очищена перед использованием.

4. Моделирование коробок

Моделирование коробок — популярный подход к моделированию персонажей. Это быстрый метод создания базовых фигур. Все начинается с куба в Box Modeling. Затем художник начинает выдавливать физические черты персонажа, такие как руки, ноги, пальцы и т. д. 3D-модель будет усовершенствована путем добавления деталей ко всей форме.

5. Моделирование SubD

Моделирование Subdivision, вероятно, самый популярный способ создания формы в 3D-среде. Он используется для создания моделей с масштабируемой детализацией, которые по-прежнему хорошо выглядят при визуализации. В этой технике основное внимание часто уделяется сначала определению формы, затем ее подразделению и добавлению дополнительных деталей с помощью дополнительных полигонов. Это в некотором роде похоже на использование сначала больших мазков кисти, а затем добавление большего количества деталей в обычном рисовании.

6. NURBS-моделирование

NURBS-геометрия (неоднородный рациональный B-сплайн) — это тип математической модели, в котором используются направляющие столбы с плавными кривыми, которые охватывают поверхность между ними. NURBS-модели отлично подходят для представления гладких округлых форм, но имеют ограничения, которые делают их более сложными в использовании, чем полигоны. NURBS-моделирование более популярно в сферах визуализации продуктов и архитектуры.

Чем занимается специалист по 3D-моделированию в студии 3D-анимации?

Специалист по 3D-моделированию — это человек, ответственный за создание геометрии 3D-модели или очистку уже созданных 3D-моделей. Специалисты по моделированию 3D-анимации — это цифровые эквиваленты классических скульпторов. Основные обязанности специалиста по 3D-моделированию в студии 3D-анимации включают:

• Интерпретацию концепт-арта и/или эскизов
• Создание 3D-моделей на основе предоставленных спецификаций
• Следование рекомендациям по проектированию и другим техническим ограничениям
• Уточнение, оптимизация или исправление 3D-моделей
• Управление цифровыми активами
• Сотрудничество с другими 3D-художниками

Чтобы начать карьеру в области 3D-моделирования, требуется обширная подготовка в области 3D-моделирования и анимации. Глубокое понимание последних отраслевых концепций и технологий будет большим подспорьем. Большинство студий 3D-анимации формируют специализированные команды для различных компонентов конвейера анимации, поэтому навыки межличностного общения и общения необходимы.

Работа 3D-моделлером в студии 3D-анимации означает ежедневное использование своего творчества и воображения.

Что-то, что вы должны знать, прежде чем приступить к 3D-моделированию, — это знать все тонкости языка форм символов. Посетите наш блог, если вам интересно.

Что такое рабочий процесс 3D-моделирования?

У каждого 3D-художника или студии есть свой рабочий процесс для 3D-моделирования. Различные объекты в одном проекте также могут потребовать различных подходов. Однако есть общий пошаговый путь к получению окончательной 3D-модели; независимо от техники или стиля:

• Ссылки: Каждый процесс 3D-моделирования начинается с эталона, такого как предварительные концепт-арты реальных изображений или даже объектов.
• Планирование: здесь вам нужно составить план того, как вы собираетесь создавать свою модель. Каждая модель может быть разбита на отдельные простые примитивы.
• Исполнение: цель состоит в том, чтобы создать примитивную форму 3D-модели на основе плана и убедиться в правильности пропорций.
• Уточнение: После создания примитивной модели вам необходимо добавить дополнительные детали в вашу 3D-модель, чтобы она выглядела лучше.
• Ретопология: Когда 3D-модель готова, вам нужно построить низкополигональную модель из высокополигональной с помощью инструментов ретопологии.

Какая программа для анимации 3D-моделей самая лучшая?

3D-моделирование используется в различных отраслях промышленности для разных целей. За прошедшие годы были разработаны различные типы программного обеспечения для моделирования с особым вниманием. Основные области использования и их наиболее предпочтительные программные пакеты включают в себя:

Лучшее программное обеспечение для 3D-моделирования в индустрии развлечений

В индустрии развлечений (включая 3D-анимацию) обычно используются такие программные пакеты, как ZBrush, Mudbox, 3Ds Max, Maya, или Blender . Удобство использования этих программных пакетов не ограничивается 3D-моделированием; их также можно использовать для выполнения некоторых других задач, включая анимацию, физическое динамическое моделирование, текстурирование, освещение, рендеринг и композитинг.

ZBrush, например, , представляет собой инструмент для цифровой скульптуры, подходящий для создания 3D-моделей с высоким разрешением, используемых в фильмах или 3D-анимации. В отличие от более традиционного программного обеспечения для 3D-моделирования, этот пакет больше похож на традиционную лепку.

Mudbox — еще одно программное обеспечение, в основном используемое для создания цифровых скульптур с высоким разрешением, рисования текстур, смещения и создания карт нормалей. Он предлагает высокопроизводительную среду и инструменты профессионального качества, помогающие создавать высокореалистичных 3D-персонажей, окружение и реквизит за меньшее время.

3Ds Max, , ранее известная как 3D studio, обладает мощными возможностями моделирования для 3D-моделирования и очень похожа на AutoCAD . Разработчики видеоигр, студии телевизионной рекламы и студии архитектурной визуализации часто используют это программное обеспечение.

Maya в наши дни является отраслевым стандартом в 3D-анимации. Независимо от того, являетесь ли вы 3D-художником-любителем или профессиональной анимационной студией, Maya определенно является одним из основных пакетов программного обеспечения, с которым вам нужно серьезно подумать о работе.

Как бесплатная программа 3D-моделирования и анимации с открытым исходным кодом, Blender поставляется с мощным набором инструментов, способных создавать профессиональные высококачественные ресурсы и анимацию. Тем не менее, изучение Blender не так просто, и это считается нестандартным в отрасли.

При этом существует множество программ для 3D-моделирования. Каждый 3D-художник или студия 3D-анимации может выбрать другой пакет программного обеспечения в зависимости от спецификаций проекта и собственных требований.

Лучшее программное обеспечение для 3D-моделирования в архитектуре и визуализации продуктов

AutoCAD , Rhinoceros , SolidWorks, и , наиболее популярные среди программ для архитектуры и визуализации.

Они не предоставляют конкретных списков функций, предоставляемых программными пакетами, используемыми в индустрии развлечений, но очень точны, когда речь идет о моделировании продукта с использованием методов параметрического твердотельного моделирования.

SketchUp , например, популярный инструмент с удобным интерфейсом; что делает его идеальным для начинающих, заинтересованных в 3D-моделировании для архитектурных работ.

Юриспруденция и медицина

Практически любой из вышеперечисленных программных пакетов может использоваться в юриспруденции и медицине.

Подведение итогов 

В 3D-анимации все должно быть создано или «смоделировано»; таким образом, 3D-моделирование персонажей, реквизита и окружающей среды является важной частью конвейера каждой студии 3D-анимации. 3D-модели — это поверхностные представления объектов, созданные в 3D-среде, такой как 3D-программное обеспечение.

Утвержденные 3D-модели могут вернуться в конвейер отсюда.