Введение
Трёх-мерная графика может послужить Вам для моделирования физических процессов, создания реалистичных Трёх-мерных фотографий, создания компьютерных игр и т.п. Отличие её от начертательной геометрии в том, что изображение получается через линзу — есть фокус и горизонт.
Уже есть графические движки импортных производителей, но нет отечественного. Т.к. языковой барьер в рамках биологии не удобен и мешает географическая расположенность, что возможно и для Федеральных округов России, то есть всегда возможность начать использовать свой графический движок.
Эта статья поможет Вам вести не зависимою разработку, хотя и это не обязательно, графического движка для трёх-мерного моделирования.
Выбор программы зависит от целей визуализации
Лучше всего полагаться на запросы заказчика: эскиз, архитектурный, ландшафтный или реалистичный рендер.
SketchUp — это про эскиз, графику, эстетику. Софт максимально простой и понятный.
Lumion идеально подходит для ландшафтных проектов, которые нужно выполнить в короткий срок. Наглядно и красочно.
3ds Max — программа для тех, кто хочет усовершенствовать свой навык и выйти на новый уровень визуализации. Редактор позволяет создавать реалистичные визуализации, неотличимые от фотографий.
Мир 3D многогранен и увлекателен. Не стоит бояться сложностей программ. Главное — просто начать.
DIB-R — дифференциальный рендерер
DIB-R — это дифференциальный рендерер, который моделирует значения пикселей с помощью алгоритма дифференцируемой растеризации, в нём имеется два метода присвоения значений пикселей. Один для пикселей переднего плана, другой — для пикселей фона.
Пиксели переднего плана
О пикселях переднего плана в статье DIB-R:
Иллюстрация дифференцируемой растеризации — Чен и др. Nvidia (2019), DIB-R
Таким образом, пиксели переднего плана рассчитываются как интерполяция ближайших трёх соседних вершин с использованием веса для каждой вершины, где Ii — интенсивность пикселя.
Чен и др. Nvidia (2019), DIB-R
Фоновые пиксели
Для фоновых пикселей, то есть пикселей, которые не покрыты ни одной гранью 3D-объекта, значение рассчитывается на основе расстояния от пикселя до ближайшей грани.
Другие дифференциальные рендереры
Важно подчеркнуть, что DIB-R не является первым и единственным дифференциальным рендерером. Это улучшенный дифференциальный рендерер, основанный на идеях созданного в 2014 году OpenDR, а также SoftRas-Mesh, предлагающего аналогичный DIB-R дифференциальный рендерер
Сравнение дифференциальных рендеров — Чен и др. Nvidia (2019), DIB-R
Определение понятий «3D-моделирование» и «визуализация»
Трехмерная графика или 3D-моделирование – компьютерная графика, сочетающая в себе приемы и инструменты, необходимые для создания объемных объектов в техмерном пространстве.
Под приемами стоит понимать способы формирования трехмерного графического объекта – расчет его параметров, черчение «скелета» или объемной не детализированной формы; выдавливание, наращивание и вырезание деталей и т.д.
А под инструментами — профессиональные программы для 3D-моделирования. В первую очередь – SolidWork, ProEngineering, 3DMAX, а также некоторые другие программы для объемной визуализации предметов и пространства.
Объемный рендеринг – это создание двухмерного растрового изображения на основе построенной 3d-модели. По своей сути, это максимально реалистичное изображение объемного графического объекта.
Часть 3. Преобразование нескольких 2D-фотографий в 3D-модель в Windows 10/8/7
Когда вы превращаете одну фотографию в 3D-модель, это делается для простых домашних животных или для неожиданных случаев. В большинстве случаев вам нужно распечатать много изображений под разными углами. А затем используйте какой-нибудь профессиональный конвертер 3D-моделей, чтобы сшить их целиком. Что касается случая, Neutra 3D Pro — это рекомендуемая программа для преобразования фотографий в 3D-модель.
Шаг 1: Загрузите несколько фотографий в 3D-модель, а затем используйте метод выравнивания изображений для объединения разных изображений.
Шаг 2: После этого вам также понадобится фотография сбоку, чтобы использовать 3D-маскировку для создания модели.
Шаг 3: Использование 2D-маски несколько раз для удаления ненужной части из модели.
Шаг 4: Генерация облака точек также требуется для детального анализа точек для построения модели из фотографий.
Шаг 5: Наконец, вы можете уточнить поверхность модели и определить текстуру по фотографиям.
Если у вас есть какие-либо вопросы по преобразованию нескольких фотографий в 3D-модель, вы также можете найти более подробную информацию в следующем видеоуроке соответственно.
Blender 3D
Новички, освоив простейшее ПО, могут использовать систему проектирования Blender — это один из самых функциональных инструментов на сегодня, при этом полностью бесплатный. При желании в программе можно создать короткометражную анимацию «от и до» — она поддерживает даже средство для видеомонтажа. Что касается наших задач, то здесь есть инструменты как для разных видов моделирования, так и для трехмерного скульптинга.
Blender 3D — одно из самых многофункциональных приложений для моделирования
У редактора есть активное сообщество, где можно искать обучающие материалы, задавать вопросы и выбирать нужные расширения, созданные самими пользователями (Blender 3D имеет открытый код). Для знакомства с интерфейсом в обязательном порядке придется освоить несколько уроков — часть действий вообще можно совершить только при помощи комбинации клавиш, а с интуитивностью у приложения не все гладко.
Некоторые пользователи жалуются на медленную работу и необходимость настройки не самых нужных параметров наподобие освещения, но при этом Blender 3D остается одной из самых функциональных программ для моделирования.
3д моделирование на основе реального объекта
Зачастую данный способ 3д моделирования применяется в случае отсутствия 3д-сканера и невозможности сделать качественную фотографию объекта. Сам объект, в данном случае, должен быть небольшим по размеру и транспортабельным, ведь инженеру придется работать непосредственно с объектом – перемещать и двигать его, а при необходимости и разбирать объект на отдельные части.
В компании KOLORO для вас создадут 3д модель по фотографии, которая:
- будет соответствовать всем техническим нормам, заявленным по объекту;
- за счет 3д-визуализации ничем не будет отличаться от реального сфотографированного объекта;
- может быть использована для создания прототипа объекта.
Специализированные сотрудники компании KOLORO в кратчайшие сроки проведут 3д-моделирование: по чертежам, фотографиям или же на основе реального объекта. Заметим, втехническом арсенале компании KOLORO, среди прочего, есть и3д-сканер, который будет особенно полезен при моделировании больших объектов!
Что получилось?
Рассматривая 3D модель козырька вместе с фюзеляжем и другими частями фонаря, убеждаемся в «похожести» — на имеющиеся фотографии наш козырек весьма и весьма похож. Этот же вывод следует из сравнения проекции сбоку с фотографиями:
Можно видеть, что в то время как наш козырек вполне похож на фотографии Як-9Т, он существенно отличается от козырька известного Як-9 И.И.Клещева, выставленного ныне в музее Задорожного (нижняя часть последнего снимка). В качестве объяснения может быть выдвинуто предположение о том, что на этом самолете козырек нештатный и заимствован, к примеру, с Як-1Б; на «нештатность» указывает также тот факт, что переднее бронестекло в этом козырьке явно установлено неправильно.
В заключение привожу окончательные чертежи «моего» козырька, «снятые» с 3D модели:
Инструменты
Думаю, сейчас вы уже примерно представляете, чем именно вы хотите заниматься в 3D, поэтому следующим шагом будет выбор правильного инструментария. На рынке не так много приложений для работы с 3D— сразу можно понять, какая программа лучше подойдёт для работы в контексте дизайна.
Вечно актуальные стандартные программы вроде 3ds Max и Maya — лошадки, которые тянут мультимиллионные производства фильмов и игр. Если вас прельщает кино или игровая индустрия, то, вероятно, вам стоит научиться пользоваться одной из этих программ
Но важно помнить, что редко какое приложение отвечает всем задачам производства. Многие программы созданы для более узконаправленной работы: например, в ZBrush создают 3D-скульптуры, в Houdini — сложные симуляции и процедурное моделирование, в Substance — текстуры и т. п
CINEMA 4D
Если вам, будучи дизайнером, нужно создать иллюстрацию или простую анимацию для клиента, то вам идеально подойдёт один инструмент, с помощью которого вы сможете решить все свои задачи. Есть программа Cinema 4D, очень популярная среди иллюстраторов и моушн-дизайнеров. Она интуитивна и проста в использовании, имеет множество инструментов для создания анимации и моушн-графики, а также предлагает на выбор множество внешних движков рендеринга, включая Redshift.
Выбрав Cinema 4D, вы не ошибётесь; так что если у вашего работодателя уже куплена лицензию на эту программу — используйте её, тут даже думать нечего. Сейчас Cinema 4D стала доступнее — появилась месячная подписка, но всё равно не каждый может её себе позволить.
См. больше на instagram.com/petertarka. Не используйте без разрешения.
Blender
Если вы ограничены в бюджете, или не уверены, что хотите платить за дорогую программу ради того, чтобы иногда создавать 3D иллюстрации, то у меня для вас есть хорошие новости. Можно попробовать Blender — бесплатное приложение с открытым исходным кодом. Пожалуйста, послушайте, что я скажу дальше, потому что Blender — это настоящее чудо в 3D-индустрии. Уже более двадцати лет он постоянно улучшается разработчиками и достиг уровня профессионального инструмента — сейчас он продолжает развиваться на полной мощности при поддержке таких компаний, как Nvidia, AMD и Epic.
Blender включает все возможные функции, которые вам пригодятся, включая недеструктивное (non-destructive) моделирование, скульптинг, анимацию и встроенный движок фотореалистичного рендеринга. Он даже предлагает возможности, которых нет у большинства других программ — например, движок рендеринга в реальном времени EEVEE, который позволяет вам работать с вашей сценой в реальном времени.
Лично я использую Blender для создания всех своих 3D работ, поэтому меня можно посчитать меня предвзятым. Не отрицаю, но я твёрдо уверен, что Blender — это лучший выбор для дизайнеров, которые ещё только знакомятся с миром 3D.
Unity
Для игр, рабочих интерактивных прототипов и XR (AR и VR) я бы порекомендовал Unity — это, вероятно, самый популярный и доступный игровой движок с поддержкой сообщества и огромным количеством документации и туториалов. Unity предлагает множество опций для моделирования и анимации прямо внутри программы, так что с некоторыми проектами можно будет обойтись только ей.
«Несколько дней я экспериментировал с левитирующими UI и мне нравится, что получилось. Всё становится таким „естественным. Спасибо Microsoft за гибкую дизайн-систему. Эта иллюстрация — часть моего ежедневного проекта, который я начал в этом году».
Vectary
Я уже упоминал, что создавать 3D проекты можно прямо в браузере. Чтобы быть верным своему слову, хочу показать вам веб-инструмент под названием Vectary. Он позволяет вам моделировать, создавать композиции и рендерить сцены онлайн, прямо как Figma (для которой у Vectary есть плагин). Пригодится, если вы ищете программу для 3D-моделирования, чтобы накладывать свои макеты на мокапы объёмных устройств, использовать 3D-модели на сайтах или показывать дизайн фирменных бланков и другой канцелярии.
«Мы вдохновлялись примерами SlimDesign, которые сделали крутые концепты аналоговых часов. Обязательно посмотрите их работы! Мы попытались спроектировать эти аналоговые часы с чистого листа и отрендерить их в нашем онлайн инструменте для 3D — Vectary. Весь процесс создания можно посмотреть здесь. Редактируемый 3D-шаблон часов на Vectary найдёте здесь».
Часть 1: Как конвертировать 2D-фото в 3D-модель онлайн
Смузи-3D — одно из лучших решений для онлайн-конвертации фотографий в 3D-модели. в отличие преобразование фотографий в PDF or преобразование фотографий в линейные рисунки, преобразование 2D-изображения в 3D-модель намного сложнее. Вы можете использовать инструменты выдавливания в программном обеспечении САПР или другом программном обеспечении для создания новой геометрии для 3D-модели. Smoothie-3D предлагает простое решение для получения 3D-модели. Конечно, вы также можете использовать Autodesk 123D Catch или Neutra 3D Pro для создания 3D-модели с несколькими фотографиями под разными углами.
Базовая грань Оси Z
Проблема, с которой вы можете столкнуться при фрезеровании 3D-файла произвольной формы, заключается в том, что грань оси Z фрезеруется траекторией черновой обработки.
Если вы установите точку привязки по оси Z в верхней части заготовки, как только вы запустите черновой проход, эта опорная поверхность исчезнет, и вы не сможете установить точку привязки Z для чистовых инструментов.
Если у вас есть станок с автоматическим устройством смены инструмента, это не будет проблемой, но на большинстве любительских станков его нет, поэтому вам придется планировать заранее.
Вы можете использовать эталонный блок для установки остальных инструментов.
Все, что вам нужно знать, это разница в высоте между базовой поверхностью Z и верхней частью вашего эталонного блока.
Установка опорной высоты по оси Z с помощью опорного блока
Остальные инструменты можно установить в верхней части эталонного блока, а смещение по оси Z можно отрегулировать вручную в таблице смещений, чтобы учесть разницу.
Включаем DIB-R в контекст
Пробуем руководство DIB-R! Но сначала кратко поговорим о недавних работах GanVerse3D и DIB-R и об их взаимосвязи. В первой части статьи о DIB-R Nvidia подробно рассказывает о разработке улучшенного дифференциального рендерера — DIB-R.
Во второй части обсуждается, как работать с DIB-R — дифференциальным рендерером, решать сложные задачи 3D Deep Learning: обучить модель, способную спрогнозировать форму, текстуру и освещение 3D-объекта по одному изображению. Здесь модель обучалась на данных из наборов ShapeNet и CUB Bird.
Сравнение результатов работы DIB-R с работой CMR — Чен и др. Nvidia (2019), DIB-R
В работе GANVerse3D Nvidia поднимается на ступень выше. Вместо наборов ShapeNet и CUB они работают с наборами DatasetGAN, сгенерированными нейросетью StyleGAN-R и новым GAN.
StyleGAN-R, он же StyleGAN Renderer, похож на обычную StyleGAN, за исключением того, что его первые четыре слоя замораживаются для получения изображений одного и того же класса объектов в разных ракурсах при известном положении камеры.
DatasetGAN, GAN, разработанный компанией Nvidia, затем используется для автоматического аннотирования всех сгенерированных изображений, вплоть до уровня пикселя (семантическая сегментация). Именно это позволяет Nvidia анимировать 3D-объекты, например автомобиль, после преобразования из 2D-фотографии.
123D Catch
Бесплатное приложение от Autodesk для десктопов и мобильных устройств, при помощи которого фотоснимки преобразуются в трехмерные модели. Но не стоит сразу замахиваться на создание модели из одной фотографии — понадобится несколько снимков с разных ракурсов, чтобы приложение смогло создать нормальный 3D-объект. И чем больше, тем лучше. В идеале же придется освоить еще STL-редактор, чтобы «допилить» то, что создано в 123D Catch на основе фотографий — в самой утилите этой возможности нет.
123D Catch создает 3D-модель на основе фотографий
Конечно, о хорошей детализации итогового объекта можно только мечтать, но для новичков, желающих создать модель по образу и подобию какого-либо предмета — это то, что нужно.
Что почитать: подборка полезных книг
Подробная и понятная книга для тех, кто хочет освоить все тонкости моделирования и визуализации. Даны подробные рекомендации при построении объекта. Раскрываются детали, которые в других самоучителях раскрыты поверхностно.
Даны примеры и упражнения для самостоятельного изучения программы 3D-Max. Книга подходит для широкого круга пользователей
Значительное внимание уделено созданию персонажей и анимации
Этот самоучитель разделен на два уровня глубины изучения программы: «Эксперт» и «Практик». Практик поможет новичкам освоиться в компьютерной графике, изучить азы, начать практиковать в программе SketchUp. Эксперт же поведет на глубину и поможет изучить все возможности 3д моделирования.
Если нет возможности посещать специальные курсы, то книга поможет быстрее разобраться в программе SketchUp. Здесь подробно описаны основные этапы работы по созданию различных объектов.
В книге изложены материалы одноименного учебного курса. Каждый читатель сможет самостоятельно разобраться в принципах работы с AutoCAD и Компас-3D.
Конвертер фото онлайн Zamzar
Zamzar — это онлайн-сервис для конвертирования изображений, который поддерживает наиболее распространенные графические форматы и даже несколько форматов CAD.
Входные форматы: 3fr, AI, ARW, BMP, CR2, CRW, CDR, DCR, DNG, DWG, DXF, EMF, ERF, GIF, JPG, MDI, MEF, MRW, NEF, ODG, ORF, PCX, ПОФ, PNG, PPM, PSD, RAF, RAW, SR2, SVG, TGA, TIFF, WBMP, WMF, X3F и XCF.Выходные форматы: AI, BMP, EPS, GIF, ICO, JPG, PDF, PS, PCX, PNG, TGA, TIFF и WBMP.
Я несколько раз тестировал Zamzar и заметил, что он преобразует изображения медленнее, чем большинство других онлайн-конвертеров. Поэтому, прежде чем использовать Zamzar, попробуйте загружаемую программу или один из других онлайн-сервисов.
3D Slash
И снова программа для начинающих, но в 3D Slash создание модели строится по другому принципу, если сравнивать с другими редакторами. Здесь вы словно играете в конструктор, складывая объекты из блоков или, наоборот, удаляя из объекта ненужные части по тому же принципу. Для этого предусмотрен ряд инструментов — резак, дрель, молоток и др.
В 3D Slash используется принцип поблочного строительства модели
Таким образом можно создавать интерьерные модели — их легко раскрашивать, накладывать текстуры, текст и т.д. А вот со сложными задачами наподобие создания скульптур 3D Slash не справится.
Еще одна особенность программы — возможность создать трехмерный логотип или 3D-текст. Для этого есть очень простой инструмент: надо импортировать нужное лого либо ввести текст, а программа сама превратит их в трехмерные.
Приложение полностью бесплатное и, что немаловажно, поддерживает онлайн-версию для браузера. Правда, русский интерфейс в ней не предусмотрен
Выводы
Восстановление, причем визуально весьма точное, 3D модели и чертежей изделия вполне удалось, причем в данном случае всего лишь по нескольким старым и весьма плохим снимкам. В пользу точности говорит тот факт, что ImageModeler удалось хорошо откалибровать камеры по снимкам с нашими маркерами — это считается основанием для утверждения о том, что ему удалось достаточно точно определить положение маркеров в пространстве, а значит, пространственную модель изделия. Разумеется, если бы фотографии были получше и их было бы побольше, а тем более если удалось бы ввести вместе со снимками условия их съемки (фокусные расстояния и другие параметры), точность была бы больше; и почти абсолютной точности можно было бы достичь, если перед съемкой откалибровать фотокамеру встроенными в ImageModeler средствами калибровки и затем снимать изделие этой же камерой с точно известными фокусными расстояниями для каждого снимка (нужные данные фотокамеры умеют записывать в заголовки снимков). Однако для целей стендового моделирования полученные 3D модель и чертежи могут считаться более чем достаточными, а их точность заметно лучше, чем в чертежах из публичных источников.
