W świecie projektowania komputerowego modelowanie 3D to proces tworzenia grafiki i obrazów, które wydają się mieć trzy wymiary. Proces jest skomplikowany, ale zazwyczaj obejmuje połączenie zestawu punktów z różnymi danymi geometrycznymi, takimi jak linie i zakrzywione powierzchnie, w celu stworzenia modelu szerokokątnego reprezentującego obiekt trójwymiarowy. Jest popularny w grach, filmach i innych przedsięwzięciach rozrywkowych, chociaż ma również zastosowanie w medycynie i inżynierii. W większości przypadków wymaga zarówno specjalistycznego oprogramowania, jak i przynajmniej pewnej znajomości kodowania komputerowego. Projektanci zazwyczaj używają jednej z czterech głównych metod modelowania, a mianowicie wielokątnych, prymitywnych, niejednorodnych racjonalnych splajnów B lub splajnów i łat. Wybór jednej metody zamiast innej jest zwykle kwestią celów końcowych, a także możliwości oprogramowania.
Aplikacje rozrywkowe
Istnieje wiele zastosowań do cyfrowego modelowania 3D, chociaż branża gier wideo jest jedną z najbardziej rozpoznawalnych przez wielu. Projektanci wykorzystują różne metody modelowania trójwymiarowego, aby tworzyć realistyczne modele postaci, które pojawiają się na konsolach do gier i w Internecie. Produkt końcowy może być ożywiony lub nieożywiony, ale zazwyczaj charakteryzuje się realistycznym wyglądem i pozorną głębią — daleko od jednowymiarowej grafiki i kreskówek, które były standardem branżowym.
Wiele filmów i filmów również korzysta z obrazowania 3D. Jest to prawdopodobnie najbardziej widoczne w funkcjach całkowicie generowanych komputerowo, ale technologia ta ma również zastosowanie w filmach akcji na żywo. W rzeczywistości oglądanie tego rodzaju filmów w trzech wymiarach często wymaga specjalnych ekranów lub soczewek do oglądania, ponieważ w większości przypadków są one filmowane normalnie — to znaczy w jednym wymiarze. Następnie programiści komputerowi manipulują filmem w trzech wymiarach, co może dać szerszy, bardziej realistyczny charakter, gdy zostanie ostatecznie obejrzany.
W przemyśle
Projektanci wykorzystują ten rodzaj modelowania również w medycynie, zwykle do tworzenia szczegółowych modeli narządów ludzkiego ciała. Może to być ważna część wielu skanów diagnostycznych i w wielu przypadkach może zapobiec lub przynajmniej opóźnić takie czynności, jak chirurgia eksploracyjna, ponieważ lekarze mogą z dużą precyzją obserwować, co dzieje się wewnątrz ciała. Programy z tej kategorii są również szeroko stosowane w monitorowaniu płodu i USG kobiet w ciąży.
Społeczność inżynierów wykorzystuje również programy do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) 3D do tworzenia trójwymiarowych modeli nowych urządzeń, pojazdów i konstrukcji; wszystko, od projektu architektonicznego po dynamikę rurociągów miejskich, można mniej lub bardziej ożywić dzięki strukturyzacji 3D. Może to nie tylko pomóc projektantom i planistom w wyczuciu projektów, ale może być również dobrym sposobem diagnozowania problemów i problemów, zanim faktycznie się pojawią.
Modelowanie prymitywne
Zwykle projektanci mogą wybierać spośród czterech metod modelowania. Pierwsza i najbardziej podstawowa jest znana jako „prymitywna” metoda modelowania. Jest to najprostszy sposób modelowania obiektów 3D i polega na wykorzystaniu podstaw geometrycznych, takich jak cylindry, stożki, sześciany i kule. Formularze tutaj są zazwyczaj matematycznie zdefiniowane i precyzyjne, co w większości przypadków ułatwia pracę, nawet dla stosunkowo początkujących. Modelowanie prymitywne jest wykorzystywane głównie do tworzenia modeli 3D aplikacji technicznych.
Modelowanie wielokątne
Nieco bardziej zaawansowane podejście wykorzystuje tak zwaną metodę „wielokątną”. Modelowanie wielokątne polega na łączeniu segmentów linii przez punkty w przestrzeni 3D. Te punkty w przestrzeni są również znane jako wierzchołki. Modele wielokątne są bardzo elastyczne i mogą być bardzo szybko renderowane przez komputer. Nie można jednak stworzyć dokładnie zakrzywionej powierzchni za pomocą techniki wielokątnego modelowania 3D, co ogranicza jej przydatność w niektórych zastosowaniach.
Modelowanie NURBS
Niejednorodne racjonalne modelowanie B-splajn, znane również jako metoda NURBS, jest jednym z najlepszych sposobów tworzenia przez programistów prawdziwie zakrzywionych, gładkich powierzchni. W przeciwieństwie do technik modelowania wielokątnego, które mogą jedynie przybliżać zakrzywione powierzchnie przy użyciu wielu wielokątów, modelowanie NURB w rzeczywistości „zagina” przestrzeń. Ten styl modelowania jest szeroko stosowany na większości platform.
Modelowanie splajnów i łat
Bardziej zaawansowaną formą modelowania NURBS jest metoda „splajny i łaty”. Ten rodzaj programu pozwala programistom używać zakrzywionych linii do identyfikacji i rzutowania widocznej powierzchni. Często tworzenie i wykonywanie poleceń z tej kategorii zajmuje więcej czasu, ale wyniki wydają się być jednymi z najbardziej żywych i realistycznych.
Wymagania Systemowe
Modelowanie 3D jest zwykle najłatwiejsze do wykonania za pomocą programów, które zostały specjalnie zaprojektowane do tego celu. Maya® i 3DS Max® to dwa przykłady; jest ich wiele. Chociaż większość trójwymiarowych pakietów oprogramowania jest dość droga, istnieje również wiele programów typu open source, które są dostępne za darmo. Bez względu na specyfikację większość z nich stosuje metody modelowania wielokątnego i NURBS. Niektóre mają również specyfikacje dotyczące tworzenia skomplikowanych materiałów, takich jak deszcz, chmury i dmuchane piaski, które zazwyczaj wykorzystują system cząstek, aby ułatwić proces modelowania. Istnieje również kilka języków opisu scen, takich jak POV-Ray, których często używają modelarze 3D.