ما هو النموذج الثلاثي الأبعاد؟ التاريخ والوظيفة وأكثر من ذلك

أنت تعرف ما هو نموذج ثلاثي الأبعاد؟ في هذه المقالة سوف تتعرف على التاريخ والوظيفة والخصائص المهمة لهذا التقدم التكنولوجي ، مثل النماذج ثلاثية الأبعاد ؛ اكتشف كل ما يقدمه لنا هذا الفن الرقمي.

ما هو النموذج ثلاثي الأبعاد؟

إنها عملية صنع تمثيلات تكنولوجية لأي مادة ثلاثية الأبعاد (غير حية أو متحركة) من خلال برنامج تقني. هذا ما نسميه نموذجًا ثلاثي الأبعاد ، يمكن التعامل معه كصورة ثنائية الأبعاد من خلال عملية تسمى التقديم ثلاثي الأبعاد ، أو استخدامها في محاكاة الكمبيوتر للظواهر الفيزيائية ، ويمكن أيضًا إنشاء النموذج فعليًا باستخدام معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

يمكن إنتاج هذه الأشكال يدويًا والتقدم في الإنشاء مشابه جدًا لتلك الخاصة بصنع المنحوتات (في العالم الرقمي) ، أو يمكن إنتاجها تلقائيًا باستخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد.

نماذج

يستخدم الشكل من هذا النوع سلسلة من النقاط في الفضاء ثلاثي الأبعاد لتنفيذ مبدأ له ثلاثة أبعاد ، وبالتالي يتم ربطه بالعديد من الكيانات الهندسية (مثل المثلثات والخطوط والأسطح وغيرها). كمجموعة من البيانات (النقاط والمعلومات الأخرى) ، يمكن عمل نماذج ثلاثية الأبعاد يدويًا باستخدام الخوارزميات أو المسح الضوئي.

الكثير نماذج ثلاثية الأبعاد يتم استخدامها على نطاق واسع في الرسومات ثلاثية الأبعاد. في الواقع ، ينتشر استخدامهم السابق للبيانات إلى استخدام الرسومات ثلاثية الأبعاد على أجهزة الكمبيوتر ، قبل أن تتمكن أجهزة الكمبيوتر من العرض في الوقت الفعلي ، استخدمت بعض ألعاب الفيديو صورًا تم تقديمها مسبقًا لهذه المصفوفات على شكل نقوش متحركة.

في الوقت الحاضر ، يتم تطبيق النماذج ثلاثية الأبعاد حاليًا في مختلف المجالات. تستخدم الصناعة الطبية نماذج مفصلة للأعضاء ؛ يمكن تطبيق أجزاء مختلفة من صورة ثنائية الأبعاد من جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي أو ماسح التصوير المقطعي المحوسب لإنشاء هذه الصورة ، وتأخذها صناعة السينما كشخصيات وكائنات في أفلام رسوم متحركة أو أفلام حقيقية.

تستخدمها أقسام العلوم كنماذج تركيب كيميائية مفصلة للغاية. تأخذهم صناعة البناء إلى عرض اقتراحات حول المباني والمناظر الطبيعية من خلال نماذج هندسة البرمجيات.

يتم استخدامه من قبل المجتمع الهندسي لتصميم القطع الأثرية الجديدة والمركبات والهياكل وحاملات الطائرات لأغراض أخرى. في العقود الأخيرة ، بدأ مجتمع علوم الأرض في إنشاء نماذج جيولوجية ثلاثية الأبعاد كممارسة معيارية ، نماذج ثلاثية الأبعاد يمكن أن تصبح أيضًا أساسًا للأجهزة المادية التي تم إنشاؤها باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد أو آلات CNC.

التمثيل

عندما نتحدث عن هذه الأشكال ثلاثية الأبعاد ، فإننا نتحدث أيضًا عن الفئات هنا 3 من هذه:

جهات:

تحدد هذه النماذج حجم الأشياء (مثل الصخور) التي تمثلها ، فهي أكثر واقعية ، ولكن يصعب بناؤها ، فالنموذج المادي يستخدم بشكل أساسي في المحاكاة غير المرئية ، مثل الطب والهندسة. يتم استخدامه لتطبيقات CAD والتخصصات ، مثل ؛ الرسم البياني لتتبع الأشعة ، وتتبع الأشعة ، والبناء الهندسي الصلب.

شل أو مخطط تفصيلي:

تمثل هذه النماذج السطح ، مثل مخطط كائن ، بدلاً من حجمه (مثل غلاف لا نهائي). إنها أسهل في الاستخدام من النماذج المادية وتقريبًا جميع النماذج المرئية المستخدمة في الألعاب والأفلام هي نماذج حماية.

يتم تحديد مظهر الجسم بشكل كبير من خلال مظهره الهيكلي ، والذي يتم تمثيله بشكل عام بالحدود في رسومات الكمبيوتر ؛ بالنسبة للأجسام المستخدمة في الرسومات ، يعد السطح ثنائي الأبعاد تشبيهًا جيدًا ، على الرغم من أن هذه الأجسام عمومًا ليست متعددة.

نظرًا لأن الأسطح غير محدودة ، هناك حاجة إلى نهج رقمي منفصل: الشبكات متعددة الأضلاع (إلى حد أقل الأسطح المقسمة إلى أجزاء فرعية) ، هي التمثيل الأكثر شيوعًا ، على الرغم من أن التمثيلات القائمة على النقاط أصبحت أكثر شيوعًا في السنوات الأخيرة. مجموعات المستويات هي تمثيلات مفيدة للأسطح المنحنية التي تخضع لأنواع مختلفة من التغييرات (مثل السوائل).

يسمى بروتوكول تحويل تمثيل الكائن (على سبيل المثال ، نقطة منتصف إحداثيات الكرة في تمثيل الكرة والنقطة على محيط المضلع) بالفسيفساء. استخدم هذه الخطوة على أساس المضلعات المقدمة ، حيث يتم فصل الكائن عن التمثيل المجرد ("الأصلي") (على سبيل المثال ، كرة ، مخروط ، إلخ). يطلق عليهم اسم "الشبكات" وهي شبكة من المثلثات المترابطة.

تحظى الشبكات المثلثية (بدلاً من المربعة) بشعبية لأنها أثبتت سهولة استخدامها لعرض خطوط المسح. لا تستخدم جميع تقنيات التقديم عرض المضلع ، وفي هذه الحالة ، لا يتم تضمين خطوة التغطية بالفسيفساء في الانتقال من التمثيل المجرد إلى المشهد المعروض.

عملية منمذجة

هناك 3 طرق لعمل النمذجة:

نمذجة المضلع - قم بتوصيل النقاط (تسمى الرؤوس) في مساحة ثلاثية الأبعاد لتشكيل شبكة مضلعة. اليوم ، معظم نماذج ثلاثية الأبعاد تم تصميمها باستخدام نماذج نسيج مضلعة لأنها مرنة جدًا ويمكن عرضها بسرعة كبيرة بواسطة أجهزة الكمبيوتر ، ولكن المضلعات مسطحة ويمكن استخدام عدة مضلعات فقط لتقريب السطح المنحني.

نمذجة المنحنى: يتم تحديد السطح من خلال الانسيابية وهذا يتأثر بوزن نقاط التحكم. يتبع الجاذبية هذه النقاط (ولكن لا تقحمها بالضرورة). ستؤدي زيادة وزن النقطة إلى تقريب الجاذبية من تلك النقطة. تشمل أنواع الجاذبية المنطقية B-spline غير المنتظمة (NURBS) ، والنقاط الرئيسية ، والبقع ، والأوليات الهندسية.

تمثيل حديث لنموذج إبريق الشاي الأيقوني في يوتا الذي طوره مارتن نيويل (1975). إبريق الشاي في ولاية يوتا هو أحد النماذج الأكثر استخدامًا في تعليم الرسومات ، ما هذا نماذج ثلاثية الأبعاد، النحت الرقمي: على الرغم من أن النحت الرقمي ثلاثي الأبعاد لا يزال أسلوبًا جديدًا للنمذجة ، فقد أصبح شائعًا للغاية خلال سنوات وجوده.

يوجد حاليًا 3 أنواع من المنحوتات الرقمية: الإزاحة ، وهي الأكثر استخدامًا في التطبيقات الرقمية. حاليًا ، يستخدم "الحجم والفسيفساء الرقمية" ، "التدحرج" نماذج كثيفة (يتم إنشاء المضلعات الشبكية أحيانًا من الأسطح المقسمة جزئيًا) ، ويقوم بتخزين المواضع لرؤية مواضع القمم من خلال خريطة 32 بت تخزن المواضع المعدلة.

يحتوي الحجم غير المحكم على Voxel على وظيفة مماثلة للإزاحة ، ولكن عندما لا يكون هناك ما يكفي من المضلعات في المنطقة لتحقيق التشوه ، فلن يتأثر بالمضلعات القسرية. يشبه التبطين الديناميكي Voxel ، ولكنه يستخدم التثليث لتقسيم السطح للحفاظ على سطح أملس والسماح بتفاصيل أدق.

تسهل هذه الأنظمة استكشافًا فنيًا أكثر ، لأنه ليس من الضروري فقط نحت الشكل والتفاصيل المحتملة للنموذج ، ولكن أيضًا لإنشاء طوبولوجيا جديدة للنموذج. إذا تم استخدامها في محرك اللعبة ، فإن الشبكة الجديدة بشكل عام تقوم بتحويل معلومات الشبكة عالية الدقة الأصلية إلى بيانات إزاحة أو بيانات خريطة عادية.

هناك العديد من تقنيات النمذجة ، بما في ذلك:

• هندسة صلبة بناءة.
• الأسطح الضمنية.
• أسطح التقسيم.

يمكن صنع النماذج من خلال برامج محددة (مثل Cinema 4D ، Form • Z ، Maya ، 3DS Max ، Blender ، Lightwave ، Modo ، SolidThinking) أو مكونات التطبيق (آلة النقش 3D Max ، Lofter). لغة وصف المشهد (مثل POV-Ray) ؛ في بعض الحالات ، لا يوجد تمييز صارم بين هذه المراحل ؛ في هذه الحالة ، تكون النمذجة جزءًا فقط من عملية إنشاء المشهد (على سبيل المثال ، هذا هو الحال مع Caligari trueSpace و Realsoft 3D).

يتم تصميم المواد المعقدة (مثل العواصف الرملية والسحب والهباء الجوي السائل) باستخدام أنظمة الجسيمات وهي إحداثيات كتلة ثلاثية الأبعاد ، حيث تم تخصيص نقاط لها أو مضلعات أو مخططات مبعثرة للنسيج أو نقوش متحركة.

مقارنة بالطرق ثنائية الأبعاد

يتم الحصول على التأثيرات الواقعية ثلاثية الأبعاد بشكل عام بدون نمذجة الأسلاك وأحيانًا لا يمكن تمييزها في الشكل النهائي. تتضمن بعض برامج الرسم الفني مرشحات يمكن تطبيقها على رسومات متجهة ثنائية الأبعاد أو رسومات نقطية ثنائية الأبعاد على طبقة شفافة.

مقارنة باستخدام الأساليب ثنائية الأبعاد فقط ، تشمل مزايا نمذجة الإطار السلكي ثلاثي الأبعاد ما يلي:

• المرونة ، يمكنك عرض زوايا معدلة أو صور متحركة بسرعة أكبر.
• من السهل التقديم ، والحساب التلقائي والتقديم بتأثيرات واقعية ، ولا حاجة للتخيل أو التقدير العقلي.
• دقة الصورة الواقعية ، مما يقلل من احتمالية الاختلال بسبب خطأ بشري ، أو المبالغة ، أو نسيان تضمين التأثيرات المرئية.

تحسين أحدهما والآخر معًا ، من حيث الوقت ، هناك فنانين لديهم مزيج من هذا النموذج ثلاثي الأبعاد ثم يقومون بمراجعة صور أجهزة الكمبيوتر المقدمة في 3D استنادًا إلى النموذج ثلاثي الأبعاد.

سوق النماذج ثلاثية الأبعاد

سواء تم استخدامها لنموذج واحد أو مجموعة كبيرة ، لا تزال أجهزة أخذ العينات ثلاثية الأبعاد والمحتوى ذي الصلة مثل الأنسجة والنصوص تتمتع بمكانة ضخمة. تسمح المتاجر عبر الإنترنت للمحتوى ثلاثي الأبعاد للفنانين الفرديين ببيع المحتوى الذي ينشئونه ، وعادة ما يكون هدف الفنان هو كسب المزيد من القيمة للأصول التي أنشأوها مسبقًا للمشروع.

بهذه الطريقة ، يمكن للفنانين كسب المزيد من المال من المحتوى القديم الخاص بهم ويمكن للشركات توفير المال عن طريق شراء نماذج مسبقة الصنع بدلاً من الدفع لإنشاء نماذج من الصفر. غالبًا ما تقسم هذه الأسواق أرباحها فيما بينها وبين الفنانين الذين يصنعون السلع ، ويتمكن الفنانون من الحصول على ما بين 40٪ و 95٪ من المبيعات ، اعتمادًا على السوق.

في معظم الحالات ، يحتفظ الفنانون بملكية نموذج 3D؛ يشتري العميل فقط حقوق الاستخدام ويعرض النموذج. يبيع بعض الفنانين منتجاتهم مباشرة بأسعار منخفضة في متاجرهم دون استخدام وسطاء.

في السنوات الأخيرة ، ظهرت العديد من الأسواق المتخصصة لنماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وبعض أسواق الطباعة ثلاثية الأبعاد عبارة عن مجموعات من نماذج مواقع التبادل ، مع إمكانات التجارة الإلكترونية المدمجة أو بدونها.

هناك برامج أخرى تقدم بنفس الطريقة هذه الأنواع من خدمات طباعة الصور ثلاثية الأبعاد ، وهي برامج مشهورة جدًا لمشاركة الملفات.

Impresión 3D

هذا النوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد عبارة عن طريقة تقنية تصنيع مضافة يتم فيها إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد من طبقات مستمرة من المواد.

في السنوات الأخيرة ، زاد عدد الشركات التي تقدم نماذج مخصصة للطباعة ثلاثية الأبعاد ، وتم مسح هذه الكائنات وعرضها في ثلاثة أبعاد على برنامج كمبيوتر ثم طباعتها وفقًا لمتطلبات العملاء.

كما هو مذكور أعلاه ، يمكن شراء نموذج ثلاثي الأبعاد من سوق عبر الإنترنت ثم طباعته بواسطة شخص أو شركة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد متوفرة تجاريًا ، بحيث يمكن إنتاج الأجزاء وحتى المعدات في المنزل.

النماذج البشرية

ظهر أول تطبيق تجاري متاح على نطاق واسع للنماذج الافتراضية البشرية على موقع Lands'End في عام 1998. تم إنشاء النموذج الافتراضي بواسطة My Virtual Mode Inc ، والذي يسمح للمستخدمين بإنشاء نماذجهم الخاصة وتجربة الملابس ثلاثية الأبعاد ، وهناك العديد من البرامج الحديثة النماذج التي يمكن استخدامها لإنشاء نماذج بشرية افتراضية.

تطبيقات

تستخدم النمذجة ثلاثية الأبعاد في العديد من الصناعات ، مثل الأفلام والرسوم المتحركة والألعاب والتصميم الداخلي والهندسة المعمارية. يتم استخدامها أيضًا في الصناعة الطبية لتمثيل الهياكل التشريحية بشكل تفاعلي ، كما يتم استخدام مجموعة واسعة من البرامج ثلاثية الأبعاد قبل التصنيع الفعلي للتمثيل الرقمي للنموذج أو الجزء الميكانيكي ؛ CAD / CAM هو برنامج يستخدم في هذا النوع من المجالات ، مع هذا البرنامج لا يمكنك فقط بناء أجزاء ، ولكن أيضًا تجميع الأجزاء ومراقبة وظائفها.

تقنيات النمذجة ثلاثية الأبعاد

هناك العديد من التقنيات للقيام بعمل من هذا النوع من النمذجة ، قد يكون الأمر صعبًا بعض الشيء ، ولكن استخدام العديد من التقنيات سيجعل هذه الممارسة أسهل وأكثر فاعلية ، لذلك ، نوضح الأساليب الأكثر استخدامًا في هذا العالم الرائع ثلاثي الأبعاد النمذجة:

نمذجة الحواف

نمذجة الحواف هي طريقة أخرى متعددة الأضلاع لإنشاء أصول ثلاثية الأبعاد. تعتمد على إنشاء مخطط أولي يتم تحميله بحلقات منفصلة لملء أو تقليل الفجوات بين الميزات المختلفة للنموذج ، وهذه الطريقة مفيدة جدًا عند نمذجة الوجوه البشرية لأنها أكثر ملاءمة من إنشاء مخطط محيط العين من كائن مضلع وملء العنصر من الداخل ، يتيح لك أيضًا إنشاء مكتبة ضخمة من الأجزاء ، مثل العيون والأذنين والشفتين.

النحت الرقمي

هذه تقنية جديدة نسبيًا ، لكنها أول من يأخذ بعين الاعتبار الأصول الحقيقية. تحاكي هذه الطريقة بشكل أساسي عملية إنشاء تمثال مادي ، ولكنها تحتوي على سلسلة من الأدوات الرقمية ، والعديد من منتجات البرامج (Blender ، Zbrush) تساعد في ضرب الكائنات بطريقة واقعية للغاية ، مما يسمح بإنشاء الأصول باستخدام الأشكال الهندسية. تحتوي على ملايين المضلعات.

نوربس

NURBS هو نموذج رياضي قديم نسبيًا ، غالبًا ما يستخدم عندما يحتاج المصممون إلى إنشاء أسطح بطريقة بسيطة ، شبكة NURBS ليست مناسبة لوظائف النمذجة العامة مثل الحواف: بدلاً من ذلك تعتمد على حواف ثلاثية الأبعاد لاستخراج المنحنيات باستخدام نقاط تحكم خاصة لتوليد الأسطح. يتم تحديد المنطقة من خلال المسافة بين نقاط التحكم ودرجة المنحنى المحددة ، وهذا النظام هو وسيلة فعالة وسريعة للغاية لعمل الرسومات والأشياء الشعاعية ثلاثية الأبعاد.

برامج لعمل النمذجة ثلاثية الأبعاد

هناك عدد كبير من البرامج لأداء النمذجة ، وسنذكر بعض البرامج المهمة:

وحيد القرن

يعتمد هذا النوع من برامج التأثيرات ثلاثية الأبعاد على برنامج آخر ، وهو تصميم موجه بالحاسوب ، تم إنشاؤه بواسطة روبرت ماكنيل وشركته ، وهو يعتمد على وظيفة إضافية لبرنامج Autodesk لبرنامج AutoCAD. تُستخدم هذه التطبيقات بشكل عام في التصميم الصناعي والهندسة المعمارية وشركات التصميم البحري والعديد من التطبيقات الرقمية للعصر الجديد ، وهي سريعة جدًا.

فيوجن 360

يستخدم هذا التطبيق بشكل أساسي للتصميم الميكانيكي أو الفني ، ولديه القدرة على تسجيل الأشكال الفنية في ثلاثة أبعاد ، على الرغم من محدودية للغاية. إنه برنامج تجاري للغاية ، لذا يمكن استخدامه في السحابة بالإضافة إلى الهاتف المحمول ، بهذه الطريقة ، إذا لم يكن لديك اتصال بالإنترنت ، فيمكنك استخدامه بدونه في مشروعك.

خلاط

إنه تطبيق كمبيوتر متعدد المنصات يتم تطبيقه على هذا النوع من الرسومات والإضاءة والعرض والرسوم المتحركة وإنشاء الرسومات ثلاثية الأبعاد. أفضل أداة في هذا التطبيق هي طريقة عمل المخطط ، لأنه يتميز بسير العمل الذي يسهل فهمه بشكل مبالغ فيه. إذا كنت تريد تطبيقًا ثلاثي الأبعاد بشكل صارم لإنشاء الأصول ، فهو خيار جيد.

لذلك يحتوي هذا التطبيق على جميع الميزات الضرورية التي يمكنك العثور عليها في أي برنامج تصميم آخر.

تم توزيع هذا البرنامج مجانًا في البداية ، ولكن في ذلك الوقت لم يكن هناك رمز مصدر وكانت الأدلة متاحة بالفعل للبيع. ثم أصبحت فيما بعد برمجيات.

يمكنك أيضًا قراءة المقالة الشيقة عن: أفضل نظارات الواقع الافتراضي .