14.تير
1382
مدل سازی سه بعدی (3D Modeling )
اطلاعات پست : در تاریخ 14/تير/1382, در بخش , توسط mahdi22m
هدف از این مقاله آشنا ساختن خواننده با مدل سازی سه بعدی و انواع تکنیکهای معروف مدل سازی سه بعدی می باشد.
در این مقاله سعی شده تا ابتدا خواننده را با مفاهیم اولیه مدل سازی سه بعدی آشنا کند و سپس قابلیتهای یک نرم افزار مدل سازی سه بعدی را معرفی کرده و بعد از معرفی این قابلیتها به مقایسه چند نرم افزار در این زمینه می پردازد و در نهایت کاربرد مدل سازی سه بعدی را در صنایع و علوم مختلف معرفی می کند
تعاریف
Radiosity :
یک نوع تکنیک نور پردازی که در آن شی تحت تاثیر نور منبع و انعکاس نور از اجسام اطراف قرار می گیرد.
Bluring :
مات کردن تصویر
Anti-aliasing :
Blur کردن لبه های تیز یک شی به منظور واضح تر کردن تصویر.
Raytracing :
به عمل دنبال کردن نور از نقطه نمایش تا یک Pixel در یک صحنه .
Rotoscopy :
قرار دادن یک Animation و یا یک شی مجازی در یک صحنه از دنیای واقعی. مثلا قرار دادن یک جسم 3D مدل شده باکامپیوتر در یک صحنه از فیلم.
Rendering :
مرحله تولید نهایی تصاویر و یا مدل های سه بعدی بعد از عمل Anti Aliasing و اعمال نور و Texture گفته می شود.
Texture :
پوشاندن یک شی با یک فایل گرافیکی.
تاریخچه
• 1957 :
اولین تصویر پردازش شده در National Bureau of Standards انجام شد. که در آن با استفاده از یک IBM 740-780 نقاطی را به صورت متناوب بر روی یک CRT تولید کردند و سپس به طور متناوب از نتیجه عکس می گرفتند.که با در کنار هم قرار دادن ابن عکسها نحوه تولید یک شئی گرافیکی را نشان می داد.
• 1960 :
آقایان Charles Csuri , Ken Knowlton و John Whitney گرافیک به کمک کامپیوتر را به عنوان یک هنر منحصر به فرد و جدید معرفی کردند.
• 1961/1962 :
اولین بازی کامپیوتری با نام Space Warتوسط عده ای از دانشجویان دانشگاه MIT بر روی یک سیستم DEC PDP1 که مجهز به یک CRT با قابلیت نمایش گرافیک بوده طراحی شد.
• 1963 :
اولین مسابقه Computer Art توسط مجله Computers And Automations برگزار شد.
• 1976 :
فیلم Future World به عنوان اولین فیلم که در آن از تکنیکهای سه بعدی استفاده شده بود معرفی شد.تیم Triple I طراحی جلوه های 3D در این فیلم را بر عهده گرفته بودند.
• 1980/1990 :
با ورود کامپیوتر های شخصی به منازل و ادارات انقلابی در زمینه گرافیک کامپیوتری روی داد و شرکتهای عظیم کرافیک کامپیوتری از جمله Pixar و Lucas Art به وجود آمدند.
• 1997 :
با پیشرفت اینترنت و ظهور VRML بر روی اینترنت اولین کاراکتر 3D به نام "Floops" ساخته شد.
مدل سازی در کامپیوتر
مدل سازی با کامپیوتر مزایای فراوانی دارد ازجمله امکان تصحیح خطا را به طراح می دهد،امکان استفاده از اشیاء از قبل ساخته شده را می دهد و همچنین از انجام اعمال تکراری جلوگیری می کند و در کل باعث صرفه جویی فراوان در وقت می شود.
مدل سازی در کامپیوتر به دو بخش تقسیم شده:
1) ساختار یک نرم افزار سه بعدی سازی
2) تکنیکهای مدل سازی سه بعدی در کامپیوتر
ساختار یک نرم افزار سه بعدی سازی
• منوها:
همانند تمامی نرم افزارها یک نرم افزار 3D Modeling هم مجهز به منو ها می باشد که این منو ها بر طبق کارایی خود بسته بندی می شوند
• نمایش:
یک نرم افزار 3D Modeling باید بتواند که یک صحنه را از نما های مختلف نشان دهد.
از مهمترین این نماها ،نمای جلو ،بالا و Prespective می باشد .اینگونه نرم افزارها باید بتواند یک نمای دلخواه نیز داشته باشند تا کاربر بتواند از هر زاویه ای که دوست دارد به صحنه نگاه کند.
• قابلیت Animation :
یکی از قابلیتهایی که این نرم افزارها باید داشته باشند،ساختن انیمیشن می باشد یعنی کاربر باید بتواند تمامی امکاناتی را که برای ساخت یک انیمیشن لازم دارد در اختیار داشته باشد.
• اشیاء:
یک نرم افزار مدل سازی باید مجهز به اشیا باشد تا به وسیله آن اشکال جدید را بسازند.این اشیاء به دوقسمت تقسیم می شوند:
1) اشیاء اولیه :اشیاء که نتوان آنها را تجزیه کرد.
2) اشیاء مرکب:اشیاء که با استفاده از اشیاء اولیه ساخته می شود.
• ماژول:
بسته های اضافه ای که همراه نرم افزار ارائه می شود مانند بسته های تنظیم نور،رنگ،Texture ها
تکنیکهای مدل سازی سه بعدی در کامپیوتر
Lofting :
حرکت دادن یک شی دو بعدی بر روی یک مسیر به منظور تولید شی سه بعدی.مثلا با طراحی یک دایره بر روی صفحه X,Y و سپس حرکت آن بر روی محور Z باعث تولید یک استوانه می شود.
• Mesh :
در این روش با استفاده از مثلث های اولیه یک شئی جدید را تولید می کند مثلا با استفاده از 12 مثلث می توان یک مکعب را ساخت و هرچه تعداد این مثلث ها افزایش پیدا کند شئی دقیق تر می شود.
• Morphing :
تبدیل یک شی از یک حالت و یا شکل به حالت یا شکل دیگر بدون اینکه شئی تغییر جنس بدهد.
• NURBS ) Non-Uniform Rational B-Spline) :
سطوح NURBS سطحی می باشد که باعث ایجاد یک سری بردار های پارامتری بر روی شئی می شود که با تغییر در هریک از آنها بردارهای اطراف هم تغییر می کند و این تغییر بردار باعث تغییر سسطح می شود که در نهایت یک تغییر یک نواختی را خواهیم داشت.
• Patch Modeling :
یک نوع تکنیک مدل سازی که سطح را به مثلث و یا مربع های ریز تبدیل می کنیم و سپس با ایجاد تغییر در هریک از این مثلثها ویا مربعها (Polygon) Polygon های اطراف هم تغییر می کند و این باعث تغییر شئی می شود.از این روش بیشتر برای طراحی ارگانهای بدن از آن استفاده می کردند.
• Meta-Balls Modeling :
در این روش با استفاده از کره های مختلف و پر کردن فضای ما بین این کره ها شکل جدید حاصل می شود.این تکنیک یکی از پر طرفدارترین تکنیکهای طراحی ارگانهای بدن می باشد.
کاربردهای مدل سازی سه بعدی در علوم
• تبلیغات :
برای تبلیغات تلویزیونی امروزه از 3D Modeling استفاده می شود.
• معماری :
مدل سازی سه بعدی برای ساختن نمای داخل ساختمان ، فضای اطراف و نمای خارج کار برد بسیار زیادی دارد.
• طراحی صنعتی :
می توان از مدل سازی سه بعدی برای طراحی محصولات کارخانه ها استفاده کرد.
• باستان شناسی :
از مدل سازی سه بعدی می توان برای شبیه سازی بناهای تاریخی استفاده کرد.
• شیمی :
شبیه سازی اتم ها و مولکولها .
• طراحی بازی :
امروزه صنعت بازی سازی یکی از پر فروشترین بازار ها را به خود اختصاص داده که بازی های سه بعدی در این بازار جایگاه مخصوصی دارند.برای طراحی این بازی ها نیز از مدل سازی سه بعدی استفاده می شود.
قابل به ذکر است که کاربردهای مدل سازی محدود به این موارد نمی شود و گستردگی زیادی دارد.
معرفی چند نرم افزار
3D Studio Max www.discreet.com معروفترین نرم افزار در زمینه مدل سازی سه بعدی به همراهplugin های فراوان و توانایی NURB modeling وMotion tracking
Poser www.egisys.com ایده آل ترین نرم افزار برای ساختن کاراکتر های انسانی و قابلیت ارسال به 3D max و Lightwave
Softimage 3D www.softimage.com نرم افزار محبوب دیگر که تمامی تکنیک های مدل سازی (Mesh,NURBS-Patch و Metaball ) را در خود دارد
Maya NT www.aw.sgi.com نرم افزاری با بسته کاملا حرفه ای و با امکانات بسیار زیاد برای کاربران حرفه ای
Bryce 3D www.corel.com نرم افزاری همراه با قابلیت های Metaball و Network rendering به همراه کتابخانه ای از درختها ،بوته ها و مناظر... برای یک کاربر حرفه ای یکی از ابزار های لازم می باشد.
Rhinoceros www.rhino3d.com قابلیت عالی NURB Mdeling باعث شده تا این نرم افزار هم وارد دنیای نرم افزار های 3D بشود
مراجع
آقای وینییت آگراوال،3D Designing ،Digit،India،2003
Vinit Agrawal , "3D Designing" , Digit Special , 2003 , India
آقای سید علیرضا حسینی،3D Studio Max ، بزرگراه رایانه ،35 و37 ، 2001
S.Alireza Hoseini , "3D Studio Max" , Bozorgrah e Rayaneh,2001,Iran
www.morfit.com
www.egisys.com
www.discreet.com
www.softimage.com
www.corel.com
www.rhino3d.com
www.aw.sgi.com
در این مقاله سعی شده تا ابتدا خواننده را با مفاهیم اولیه مدل سازی سه بعدی آشنا کند و سپس قابلیتهای یک نرم افزار مدل سازی سه بعدی را معرفی کرده و بعد از معرفی این قابلیتها به مقایسه چند نرم افزار در این زمینه می پردازد و در نهایت کاربرد مدل سازی سه بعدی را در صنایع و علوم مختلف معرفی می کند
تعاریف
Radiosity :
یک نوع تکنیک نور پردازی که در آن شی تحت تاثیر نور منبع و انعکاس نور از اجسام اطراف قرار می گیرد.
Bluring :
مات کردن تصویر
Anti-aliasing :
Blur کردن لبه های تیز یک شی به منظور واضح تر کردن تصویر.
Raytracing :
به عمل دنبال کردن نور از نقطه نمایش تا یک Pixel در یک صحنه .
Rotoscopy :
قرار دادن یک Animation و یا یک شی مجازی در یک صحنه از دنیای واقعی. مثلا قرار دادن یک جسم 3D مدل شده باکامپیوتر در یک صحنه از فیلم.
Rendering :
مرحله تولید نهایی تصاویر و یا مدل های سه بعدی بعد از عمل Anti Aliasing و اعمال نور و Texture گفته می شود.
Texture :
پوشاندن یک شی با یک فایل گرافیکی.
تاریخچه
• 1957 :
اولین تصویر پردازش شده در National Bureau of Standards انجام شد. که در آن با استفاده از یک IBM 740-780 نقاطی را به صورت متناوب بر روی یک CRT تولید کردند و سپس به طور متناوب از نتیجه عکس می گرفتند.که با در کنار هم قرار دادن ابن عکسها نحوه تولید یک شئی گرافیکی را نشان می داد.
• 1960 :
آقایان Charles Csuri , Ken Knowlton و John Whitney گرافیک به کمک کامپیوتر را به عنوان یک هنر منحصر به فرد و جدید معرفی کردند.
• 1961/1962 :
اولین بازی کامپیوتری با نام Space Warتوسط عده ای از دانشجویان دانشگاه MIT بر روی یک سیستم DEC PDP1 که مجهز به یک CRT با قابلیت نمایش گرافیک بوده طراحی شد.
• 1963 :
اولین مسابقه Computer Art توسط مجله Computers And Automations برگزار شد.
• 1976 :
فیلم Future World به عنوان اولین فیلم که در آن از تکنیکهای سه بعدی استفاده شده بود معرفی شد.تیم Triple I طراحی جلوه های 3D در این فیلم را بر عهده گرفته بودند.
• 1980/1990 :
با ورود کامپیوتر های شخصی به منازل و ادارات انقلابی در زمینه گرافیک کامپیوتری روی داد و شرکتهای عظیم کرافیک کامپیوتری از جمله Pixar و Lucas Art به وجود آمدند.
• 1997 :
با پیشرفت اینترنت و ظهور VRML بر روی اینترنت اولین کاراکتر 3D به نام "Floops" ساخته شد.
مدل سازی در کامپیوتر
مدل سازی با کامپیوتر مزایای فراوانی دارد ازجمله امکان تصحیح خطا را به طراح می دهد،امکان استفاده از اشیاء از قبل ساخته شده را می دهد و همچنین از انجام اعمال تکراری جلوگیری می کند و در کل باعث صرفه جویی فراوان در وقت می شود.
مدل سازی در کامپیوتر به دو بخش تقسیم شده:
1) ساختار یک نرم افزار سه بعدی سازی
2) تکنیکهای مدل سازی سه بعدی در کامپیوتر
ساختار یک نرم افزار سه بعدی سازی
• منوها:
همانند تمامی نرم افزارها یک نرم افزار 3D Modeling هم مجهز به منو ها می باشد که این منو ها بر طبق کارایی خود بسته بندی می شوند
• نمایش:
یک نرم افزار 3D Modeling باید بتواند که یک صحنه را از نما های مختلف نشان دهد.
از مهمترین این نماها ،نمای جلو ،بالا و Prespective می باشد .اینگونه نرم افزارها باید بتواند یک نمای دلخواه نیز داشته باشند تا کاربر بتواند از هر زاویه ای که دوست دارد به صحنه نگاه کند.
• قابلیت Animation :
یکی از قابلیتهایی که این نرم افزارها باید داشته باشند،ساختن انیمیشن می باشد یعنی کاربر باید بتواند تمامی امکاناتی را که برای ساخت یک انیمیشن لازم دارد در اختیار داشته باشد.
• اشیاء:
یک نرم افزار مدل سازی باید مجهز به اشیا باشد تا به وسیله آن اشکال جدید را بسازند.این اشیاء به دوقسمت تقسیم می شوند:
1) اشیاء اولیه :اشیاء که نتوان آنها را تجزیه کرد.
2) اشیاء مرکب:اشیاء که با استفاده از اشیاء اولیه ساخته می شود.
• ماژول:
بسته های اضافه ای که همراه نرم افزار ارائه می شود مانند بسته های تنظیم نور،رنگ،Texture ها
تکنیکهای مدل سازی سه بعدی در کامپیوتر
Lofting :
حرکت دادن یک شی دو بعدی بر روی یک مسیر به منظور تولید شی سه بعدی.مثلا با طراحی یک دایره بر روی صفحه X,Y و سپس حرکت آن بر روی محور Z باعث تولید یک استوانه می شود.
• Mesh :
در این روش با استفاده از مثلث های اولیه یک شئی جدید را تولید می کند مثلا با استفاده از 12 مثلث می توان یک مکعب را ساخت و هرچه تعداد این مثلث ها افزایش پیدا کند شئی دقیق تر می شود.
• Morphing :
تبدیل یک شی از یک حالت و یا شکل به حالت یا شکل دیگر بدون اینکه شئی تغییر جنس بدهد.
• NURBS ) Non-Uniform Rational B-Spline) :
سطوح NURBS سطحی می باشد که باعث ایجاد یک سری بردار های پارامتری بر روی شئی می شود که با تغییر در هریک از آنها بردارهای اطراف هم تغییر می کند و این تغییر بردار باعث تغییر سسطح می شود که در نهایت یک تغییر یک نواختی را خواهیم داشت.
• Patch Modeling :
یک نوع تکنیک مدل سازی که سطح را به مثلث و یا مربع های ریز تبدیل می کنیم و سپس با ایجاد تغییر در هریک از این مثلثها ویا مربعها (Polygon) Polygon های اطراف هم تغییر می کند و این باعث تغییر شئی می شود.از این روش بیشتر برای طراحی ارگانهای بدن از آن استفاده می کردند.
• Meta-Balls Modeling :
در این روش با استفاده از کره های مختلف و پر کردن فضای ما بین این کره ها شکل جدید حاصل می شود.این تکنیک یکی از پر طرفدارترین تکنیکهای طراحی ارگانهای بدن می باشد.
کاربردهای مدل سازی سه بعدی در علوم
• تبلیغات :
برای تبلیغات تلویزیونی امروزه از 3D Modeling استفاده می شود.
• معماری :
مدل سازی سه بعدی برای ساختن نمای داخل ساختمان ، فضای اطراف و نمای خارج کار برد بسیار زیادی دارد.
• طراحی صنعتی :
می توان از مدل سازی سه بعدی برای طراحی محصولات کارخانه ها استفاده کرد.
• باستان شناسی :
از مدل سازی سه بعدی می توان برای شبیه سازی بناهای تاریخی استفاده کرد.
• شیمی :
شبیه سازی اتم ها و مولکولها .
• طراحی بازی :
امروزه صنعت بازی سازی یکی از پر فروشترین بازار ها را به خود اختصاص داده که بازی های سه بعدی در این بازار جایگاه مخصوصی دارند.برای طراحی این بازی ها نیز از مدل سازی سه بعدی استفاده می شود.
قابل به ذکر است که کاربردهای مدل سازی محدود به این موارد نمی شود و گستردگی زیادی دارد.
معرفی چند نرم افزار
3D Studio Max www.discreet.com معروفترین نرم افزار در زمینه مدل سازی سه بعدی به همراهplugin های فراوان و توانایی NURB modeling وMotion tracking
Poser www.egisys.com ایده آل ترین نرم افزار برای ساختن کاراکتر های انسانی و قابلیت ارسال به 3D max و Lightwave
Softimage 3D www.softimage.com نرم افزار محبوب دیگر که تمامی تکنیک های مدل سازی (Mesh,NURBS-Patch و Metaball ) را در خود دارد
Maya NT www.aw.sgi.com نرم افزاری با بسته کاملا حرفه ای و با امکانات بسیار زیاد برای کاربران حرفه ای
Bryce 3D www.corel.com نرم افزاری همراه با قابلیت های Metaball و Network rendering به همراه کتابخانه ای از درختها ،بوته ها و مناظر... برای یک کاربر حرفه ای یکی از ابزار های لازم می باشد.
Rhinoceros www.rhino3d.com قابلیت عالی NURB Mdeling باعث شده تا این نرم افزار هم وارد دنیای نرم افزار های 3D بشود
مراجع
آقای وینییت آگراوال،3D Designing ،Digit،India،2003
Vinit Agrawal , "3D Designing" , Digit Special , 2003 , India
آقای سید علیرضا حسینی،3D Studio Max ، بزرگراه رایانه ،35 و37 ، 2001
S.Alireza Hoseini , "3D Studio Max" , Bozorgrah e Rayaneh,2001,Iran
www.morfit.com
www.egisys.com
www.discreet.com
www.softimage.com
www.corel.com
www.rhino3d.com
www.aw.sgi.com
تا کنون 0 نظر داده شده است
شما هم نظر دهیدبرای استفاده از سرویسهای مخصوص کاربران عضو فرم عضویت را تکمیل نمائید .