Сітка у 3D-моделюванні

П'ятниця 7 липня, 2023
3D Way Переглядів: 438

​3D-моделювання стає все більш популярним і невіднятним процесом у 3D-друці. Ключовим компонентом 3D-моделювання є використання сітки. Сітка – це набір з'єднаних вершин, ребер і граней, які використовуються для створення 3D-об'єктів. Вершини – це координати в тривимірному просторі, ребра з'єднують дві сусідні вершини, а грані (також звані багатокутниками) охоплюють ребра, утворюючи поверхню об'єкта. Найпоширенішими багатокутниками в 3D сіткових моделях є трикутники та чотирикутники.
Сітка – це структура, яка дозволяє маніпулювати геометрією 3D-моделі. У 3D-моделюванні сіті використовуються для створення каркасного представлення 3D-об'єкта, яким потім можна маніпулювати, додаючи до сіті нові вершини, ребра та грані. Крім того, сітки можна використовувати для додавання деталей до 3D-об'єкта (текстури, карти рельєфу та карти нормалей). За допомогою сіток 3D-моделлери можуть створювати складні, деталізовані 3D-моделі.

Типи 3D-сітьових моделей

Існує декілька типів тривимірних сіткових моделей, які відрізняються за способом створення та використання. Ось деякі з найважливіших:
  • Полігональні моделі. Ці моделі складаються з багатокутників, з'єднаних вершинами та ребрами. Полігональні моделі є найпоширенішими сітковими моделями в 3D-моделюванні.
  • NURBS-моделі. NURBS розшифровується як "Non-Uniform Rational B-Spline" і є математичним представленням 3D-об'єктів. NURBS-моделі є більш плавними та гнучкими, ніж полігональні моделі, але водночас складнішими та обчислювально-інтенсивнішими.
  • Subdivision surface моделі. Це комбінація полігональних і NURBS моделей. Вони використовують переваги обох методів для створення детальних і гладких поверхонь.

Що таке сіть та модель?

Полігональна модель – це модель, яка складається з декількох полігональних сіток, з'єднаних по краях і вершинах, щоб сформувати форму в 3D; сітка – це 3D-модель, а 3D-модель – це набір сіток.

Створення 3D-сіткових моделей

  • Моделювання передбачає створення та редагування вершин, ребер і граней сітьової моделі вручну або за допомогою інструментів у програмному забезпеченні для 3D-моделювання.
  • Скульптуринг. У цьому методі сітковій моделі надається форма, подібна до глини, шляхом безпосереднього маніпулювання поверхнею об'єкта. Ліплення часто використовується в поєднанні з іншими техніками моделювання для створення реалістичних і складних моделей.
  • 3D-сканування. Це техніка, яка перетворює фізичний об'єкт на тривимірну цифрову модель. Він передбачає використання 3D-сканера для захоплення поверхні об'єкта і створення цифрової сітчастої моделі. Цей процес особливо добре підходить для захоплення реальних об'єктів і їх детального відтворення в цифровому світі.
  • Процедурне моделювання. Процедурне моделювання генерує тривимірні сіткові моделі за допомогою алгоритмів і математичних функцій. Цей метод особливо корисний для створення складних і детальних моделей, які важко моделювати вручну, наприклад, природні ландшафти, хмари або рідини.

Текстурування та матеріали

Після створення 3D-сітьової моделі наступним кроком часто є додавання текстур і матеріалів, щоб надати моделі реалістичного вигляду в подальшій 3D-візуалізації. Текстури – це двовимірні зображення, які проєктуються на поверхню сітьової моделі для додавання кольорів, візерунків і деталей. Матеріали, з іншого боку, визначають оптичні властивості поверхні, такі як відображення, прозорість і шорсткість.

Оптимізація 3D-сітьової моделі

Часто необхідно знайти баланс між деталізацією та продуктивністю 3D-сітьової моделі. У багатьох випадках спочатку створюється високополігональна модель, щоб досягти найкращої якості та точності. Потім цю модель можна оптимізувати та перетворити на низькополігональну модель, зменшивши кількість полігонів без надмірної втрати візуальної якості. Ця техніка, також відома як зменшення кількості полігонів або оптимізація сітки, є важливою частиною 3D-моделювання і дозволяє створювати моделі більш ефективно і з меншими витратами ресурсів.

Яка роль сітки в САПР?

З тривимірної сіті створюється примітивний об'єкт, наприклад, коробка, конус, циліндр, піраміда, сфера, клин. Тривимірні тверді тіла подібні до примітивів сіті, які є основними формами сіті. Сітчасті об'єкти можна змінювати за допомогою згладжування, згинання, уточнення та розбиття їхніх граней.

Етап створення сітки необхідний для чисельного моделювання, такого як аналіз методом скінченних елементів (FEA) та обчислювальна гідродинаміка (CFD). Прикладом цього є побудова сітки, яка являє собою мережу вузлів та елементів. Сітка – це об'єкт, який може бути представлений в предметній області або об'єкт, який викликав інтерес користувача. Структуровані сітки, які мають неявну зв'язність, є критично важливими для цих типів моделювання. Ці сітки можна відрізнити за ортогональністю ортогональних чотирикутних елементів або ортогональністю шестигранних елементів. Структуровані сітки мають переваги з точки зору точності та ресурсоефективності. Притаманна їм структура дозволяє досягти більшої точності в чисельному моделюванні. Як наслідок, структуровані сітки необхідні для програмного моделювання методом FEA та CFD.

Можна створювати складні 3D-моделі та структури, які не під силу іншим методам рендерингу. Сіткове моделювання та імітація є чудовими інструментами для цієї мети. Таку програму, як AutoCAD, що забезпечує сіткове моделювання, можна використовувати для швидкого створення криволінійних форм. Крім того, перетворивши сітчасту модель у 3D-тверде тіло, за допомогою цієї функції можна виконувати булеві операції. Метою моделювання є створення безперервних геометричних форм (наприклад, 3D-моделей) за допомогою одномірних, двомірних і тривимірних фігур (граней сіті). Чим дрібніша сітка, тим точніше ви зможете використовувати свою 3D-модель. За допомогою сіткових моделей інженери можуть точніше аналізувати та вивчати складні структури та об'єкти, що дозволяє їм приймати більш обґрунтовані рішення.



Поділитися: