Ропорпун. моя работа 3д. 3D моделирование и его применение
 Скачать 3.15 Mb.
|
|
Исследовательский проект Тема: «3D моделирование и его применение» Оглавление Введение ………………………………………………………….. стр. 3 История создания 3D- моделирования …………………………. стр. 4 Виды 3D- моделирования ………………………………………. стр.6 Применение трехмерного моделирования………………………стр. 9 Практическая работа………………………………………………стр.13 Заключение ………………………………………………………. стр.14 Литература ……………………………………………………….. стр.15 Введение. Актуальность данного исследования связана с научными открытиями трехмерного моделирования, с применением этих открытий в повседневной жизни человека. Благодаря данным открытиям, можно моделировать геометрические 3D фигуры с более сложной структурой, которая присуще дизайну, компьютерным играм, медицине, науке и промышленности. Однако на этих открытиях не следует останавливаться, так как открытия трехмерного моделирования позволили в дальнейшем проводить исследования, связанные с применением 4D и 5D технологиях (но пока должного уровня достигла только 3D технология). Новизна работ в основном связана с применением 3D моделирования в повседневной жизни человека, открытия которых позволяют решать сложные задачи. Цель исследования – изучение трехмерного моделирования, научных открытий и применение их в повседневной жизни человека. В соответствии с поставленной целью исследовательского проекта решаются следующие задачи: проанализировать и обобщить историю применения 3D моделирования; рассмотреть основные 3D модели от самых простых до самых сложных; выявить применение 3D моделирование в профессиональной деятельности человека; Практическая значимость исследования заключается в применении открытий и изобретений трехмерного моделирования в повседневной жизни человека начиная от дизайна заканчивая медициной и промышленностью. Из истории трехмерного моделирования И  стория и научные открытия трехмерного моделирования неразрывно связаны с именами древних и великих ученых - математиков – таких как Евклид, Виет, Декарт.Т  руды Евклида изложены в 13 томах основы математики и геометрии. Теоремы, формулы и аксиома Евклида были доработаны, и в дальнейшем были использованы для создания 3D моделирования.Но основной вклад в создание 3D моделирования внес Виет, формулы которого используется для нахождения корней квадратичного уравнения. Он положил начало символьному анализу в алгебре, в результате чего все мы сейчас обозначаем неизвестные как x, y или z, а коэффициенты — как a, b, c. Без его трудов ни одна формула, отражающая функцию в трехмерном пространстве, не выглядела бы так, как она выглядит сейчас – а, следовательно, не применялась в 3D моделировании. [1] А  известный ученый математик Декарт создал двухмерную систему координат и не менее известное декартовое произведение – которое сегодня применяется в 2D и 3D технологиях. Особое влияние на создание 3Dмоделирование повлияли его труды в аналитической геометрии, и именно исследования Декарта позволили перейти к основному понятию алгебры и геометрии – функции, которая применяется в математике, программировании и в компьютерной 3D технологии. Однако труды Декарта были продвинуты созданием аналитической геометрии и основами дифференциальной геометрии Густава Эйлера, которые в дальнейшем использовались в работе с пространственными объектами.В   истории трехмерного моделирования не обошлось и без других российских ученых: Бориса Делоне и Георгия Вороного – которые жили в начале XX века. Борис Делоне предложил метод триангуляции, который позволил разбивать поверхности трехмерных объектов на так называемые полигон, а второй создал «диаграмму Вороного», которая тесно связана с триангуляцией Делоне.Прошло сто лет, а математическая составляющая этой диаграммы и сейчас применяется в анализе данных при кластеризации объектов. Применяя научные открытия ученых, прогресс техники и информационных технологий привел к тому, что в современной видеокарте стало возможным использование более 4 миллиардов транзисторов. А технический процесс позволил создавать видеокарты с применением трехмерного моделирования в геометрии и применению 20 нанометров - это в сотни раз меньше, чем толщина волоса. Кластеры, в которые объединяют графические 3D адаптеры, используются в совершенно разных областях — химии, прикладной физике, нано электронике, медицине и других науках. Благодаря технологическим возможностям 3D видеокартам ученые смогли смоделировать процесс свертывания белков и в ближайшее время смогут найти, к примеру, лекарство от рака или болезни Альцгеймера – все благодаря открытиям и применению трехмерного моделирования в геометрии. По результатам таких проектов пишутся сотни научных работ на темы, уже не связанные непосредственно с трехмерной графикой, которые могут применяться в различных научных областях.[1] Виды 3D- моделирования. Самыми простыми геометрическими 3D фигурами, с которых начинается обучение объемной геометрии, стали именно объемные фигуры. Объемные фигуры – это фигуры, точки которой не находятся на одной плоскости. К объемным геометрическим фигурам относятся: шар, конус, параллелепипед, цилиндр, пирамида и сфера – все эти фигуры представлены на рисунке  Эти первые геометрические 3D фигуры нередко встречаются человеком в повседневной жизни в вещах, которыми он обычно привык пользоваться или использовать.  При использовании 3D моделирования или 3D геометрия различают три основных вида моделирования трехмерных объектов, которые часто применяют в повседневной жизни: полигональное, сплайновое и скульптуринг. Подробно рассмотрим каждый вид моделирования с учетом применения его в повседневной жизни человека. [2] Полигональное 3D – моделирование является классическим видом моделирования, в основу которого лежит ручной ввод координат X,Y,Z – с помощью данных координат определяются ключевые точки в пространстве. Эти ключевые точки соединяются ребрами и создают многоугольники (полигоны) – которые имеют свою уникальную текстуру, форму и цвет (см. рисунок – Полигональное 3D моделирование)   Любые полигональные фигуры, состоят из граней плоскостей (полигонов), объединённых в один элемент с помощью вершин. Вершина – точка, соединяющая рёбра. Ребро – представляет собой линию, соединяющую грани. Грань (полигон) – плоскость, состоящая из треугольных или четырёхугольных ячеек, образующих сетку. Количество ячеек неограниченное. Все объёмные тела имеют свой каркас, который составляет основу модели: с его помощью можно редактировать изделие, менять форму, вытягивать, передвигать и т.д. Однако у данного моделирования присутствует один недостаток - чтобы объект имел ограненный вид, количество полигонов должно быть большим. Но несмотря на данный недостаток данный вид моделирования продолжает применяться в повседневной жизни. Область применения полигонального моделирования весьма обширная, от проектирования фигур человека, растений, животных, до создания сложных архитектурных форм зданий и сооружений.  Сплайновое моделирование моделирует не отдельные полигоны объекта, а кривые для создания поверхности – используя основу сплайнового каркаса. А затем формируется трехмерная поверхность, которая и огибает данный каркас (см. рисунок ). Т  акие поверхности применяются для моделирования сложных объектов, которые не имеют граней (при создании моделей автомобилей, животных или людей) – то есть получается сплайновое моделирование является более точным и при масштабировании объекта (изменения размера) качество объекта не меняется. Сплайновое моделирование имеет очень широкое применение при создании органических моделей в компьютерных программах: растений, людей и животных – но также данное направление можно наблюдать в дизайне.Скульптуринг – это новое направление в 3D геометрии и моделировании. При создании цифровой модели пользователь взаимодействует с виртуальным объектом точно так же, как скульптор с реальной глиной, а виртуальный материал можно тянуть, толкать, скручивать или сжимать для создания необходимой модели (см. рисунок ). В скульптуринге имеются следующие возможности: добавление или удаление лишних слоев, деформирование модели при помощи определенных инструментов – что позволяет сделать процесс был максимально комфортным для человека.  В дальнейшим эти 3D моделирование стало основой 3D геометрии, которая стала использовать знания об уже известных фигурах в компьютерных программах, нацеленных на 3D моделирование. 3D моделирование или геометрия позволило не только создать объемные объекты при помощи компьютерных программ, но и добавить определенные свойства визуализации (звук, видео и т.д.) – это позволяет использовать эти свойства в дизайне, информационных технологиях, медицине, архитектуре и других областях человеческой деятельности. [2] Применение трехмерного моделирования 3D моделирование может применяться в различных направлениях человеческой деятельности, среди которых: дизайн, индустрия развлечений, кинематограф, реклама, медицина, строительство и другие. Рассмотрим подробно каждое направление. Реклама и маркетинг. Любимые зверушки, говорящие продукты питания или узоры, в считанные мгновения появляющиеся на стенках рекламируемого гаджета – все это д  елается для привлечения внимания потребителей. Все чаще маркетологи используют 3D-визуализацию объектов, создавая анимационные рекламные ролики. Съемки в реальных условиях не дают такой привлекательной картинки, как с применением анимации.Преимущества использования трехмерной визуализации в рекламе: позволяет создать вымышленных героев; 3D-объект выглядит более привлекательно, чем в реальной жизни, лучше передает необходимые качества предлагаемого продукта; дает возможность создать готовый макет рекламного баннера и посмотреть, как он будет выглядеть. Кинематограф, компьютерные игры, анимация. В  кинематографе и игровой индустрии 3D-визуализация прижилась и укоренилась, видимо, навсегда. Современному человеку трудно представить любимую игру без трехмерных персонажей, а очередной фильм – без 3D-графики.Процесс создания визуальной модели объекта в данной сфере состоит из нескольких этапов Моделирование – создание 3D-объектов. Текстурирование – нанесение текстур на трехмерную модель. Риггинг – создание «виртуальных» костей, скелета будущего персонажа. Анимация – «оживление» трехмерной модели. Рендеринг – переформатирование графической модели в запись. Композитинг – вставка персонажа в кадр или сцену, добавление спецэффектов, устранение дефектов и т.д 3D-визуализация – процесс создания объемного изображения, вымышленного или максимально приближенного к реальности. Возможности данной технологии неограниченны – можно создавать объекты любых форм и размеров, экспериментировать с цветами, изменять и трансформировать. Однако главное преимущество трехмерной визуализации заключается в том, что она позволяет создать макеты впечатляющих образов, удивительных картин и замысловатых персонажей, которые рождаются в воображении человека. Медицина О  днако кроме развлечений, 3D моделирование применяют в медицинских целях, а именно: компьютерная томография и протезирование. Сканирование в 3D формате помогает обнаружить дефекты тканей, органов, которые не были замечены при проведении других обследований, и выявить проблемные больные органы, а в некоторых случаях проводить серьезные медицинские операции .Геометрическое 3D протезирование позволяет создавать идеальный имплантат, который подходит по всем параметрам без дополнительных изменений. Такие технологии помогают смоделировать слуховые аппараты, протезы конечностей, а в некоторых случаях даже создать искусственный сердечный клапан. [3]. Дизайн интерьера, архитектура, строительство. Сегодня 3D-визуализация дома – важный этап перед началом строительных работ. Данная технология позволяет посмотреть на готовый объект и внести изменения при необходимости. Трехмерная визуализация используется при создании дизайна интерьера, где каждая деталь представляется в виде объемных изображений . П  резентация проекта по ландшафтному или внутреннему дизайну помещения уже не обходится без 3D моделирования. Это позволяет заказчику и дизайнеру просмотреть каждую деталь проекта в ретроспективе и под разными углами.Наука и промышленность Наука и промышленность также применяет 3D моделирование для проектирования технических изделий. С  овременные технологии позволяют создать визуализацию проектируемого объекта, максимально приближенного к реальному устройству, оценить его наглядно. Трехмерная модель будущего механизма ускоряет и облегчает работу инженера-конструктора, избавляя его от процесса черчения.Часто заказчики требуют продумать необычный дизайн бытовых предметов. В данном случае процесс визуализации помогает продемонстрировать дизайнерское решение. [3] Подводя итог обзору 3D моделирования можно с уверенностью сказать, что повышается уровень востребованности 3D технологии, которые развиваются, усложняются и все больше внедряются в нашу повседневную жизнь. Трехмерное моделирование позволяет создать очень точную модель, максимально приближенную к реальности, высоко детализировать объект и исправить все просмотренные нюансы модели. Заключение. По результатам исследования можно сделать следующие выводы: Применяя научные открытия ученых в 3D моделировании, прогресс техники и информационных технологий привел к тому, что создание 3D модели определенной задачи способен решать большинству научных, производственных и медицинских вопросов. 3D моделирование позволило не только создать объемные объекты при помощи компьютерных программ, но и добавить определенные свойства визуализации (звук, видео и т.д.) – это позволяет использовать эти свойства в дизайне, информационных технологиях, медицине, архитектуре и других областях человеческой деятельности. Трехмерное моделирование позволяет создать очень точную модель, максимально приближенную к реальности, высоко детализировать объект и исправить все просмотренные нюансы модели. Список используемой литературы. История 3 D геометрии // URL: https://www.hse.ru/news/communication/150125816.html 3D моделирование // URL: https://proudalenku.ru/3d-modelirovanie/ Области применения 3D модели // https://3d-stl.store/articles/stati_12.html 4.Области применения 3D-технологий в современном мире //URL: https://ucvt.org/blog/oblasti-primeneniya-3d-tehnologij-v-sovremennom-mire 5.Программы, технологии и процесс 3D-моделирования // URL: https://stankiexpert.ru/tehnologii/3d-modelirovanie.html 6.Геометрия трехмерных объектов // URL: https://professorweb.ru/my/WPF/graphics_and_animation/level27/27_3.php  |