Полигональное моделирование

Создание макета

Многие укрепляют эпоксидкой или красят краской. Я не рекомендую, потому что лучше взять качественную бумагу и собрать аккуратно, чем некачественно нанести краску из-за чего сгладятся грани, что придаёт грубости. К тому же модели не требуют особой прочности, так как приспособлены для украшения стен. Они собираются из предварительно вырезанных и согнутых деталей. Развертки необходимо распечатывать на бумаге 170—200 г/м². Это сделает её устойчивой.

группа заготовок на рабочем столе

При вырезании каждой детали обязательно нумеровать каждую. Для сгибов используйте линейку. Чтобы придать детали округлость, оберните её вокруг карандаша. От силы скручивания зависит сама форма. Тот же способ используйте для кривых поверхностей.

Сборка: особенности процесса

Необходимые материалы:

  • иголка для нанесения клея в труднодоступных местах
  • papercraft развёртки
  • кисточка
  • острые ножницы или канцелярский нож
  • металлическая линейка
  • любая ровная поверхность
  • клей (не используйте ПВА, после высыхания он деформирует изделие), но на собственном опыте убедились, что эффективнее использовать двухсторонний скотч, шириной 2 мм, в этом случае обязательно наличие пинцета
  • дотс для продавливания сгибов

Для жёсткости деталь по сгибам и пустоты внутри заполняем монтажной пеной, но без фанатизма, чтобы она при расширении не деформировала внешний вид.

Краткий обзор самых нужных инструментов.

1. Cut

Этот инструмент позволяет создавать новые ребра между уже существующими ребрами или точками. С его помощью очень удобно создавать новые полигоны или исправлять существующую сетку. Находится он в разделе Ribbon – Edit или Edit Poly – Edit Geometry для всех типов редактирования.

2. Extrude

Он позволяет «выдавливать» полигоны, создавая при этом новые. Этот инструмент очень хорош для быстрого наращивания новой формы. Находится он в разделе Ribbon – Edit или Edit Poly – Edit Vertices/Edges/Borders/Polygons. Выдавливать можно во всех типах редактирования, кроме Elements. Делать это можно «на глаз» или по единицам измерения в разделе Extrude Settings. Сначала выбираете элементы, которые хотите выдавить, а затем просто меняете параметры. Параметры для разных типов редактирования немного отличаются.

3. Weld

С его помощью можно “сварить” между собой две или более точек, превратив в одну. Большим плюсом инструмента является то, что он может объединять точки разных элементов одного объекта, превращая две половины в одну полную часть. Для доступа к инструменту нужно выбрать Vertex – Edit Vertices/Edges – Weld/Weld Settings. Weld имеет всего один параметр, представляющий собой расстояние, на котором будут объединяться все выбранные точки. Число точек до сварки и после показаны в значениях Before и After.

4. Bridge

Инструмент для быстрого соединения ребер или полигонов новыми полигонами. Это очень хороший инструмент закрытия пробелов в геометрии, но имеет недостаток. Bridge строит полигоны по прямой, поэтому, если топология сложнее, придется поправлять сетку вручную. Найти его можно в разделе Ribbon – Edges/Borders/Polygons или Edit Poly – Edit Edges/Borders/Polygons.

5. Attach

Инструмент для присоединения новых объектов к уже имеющемуся. Если вам нужна сфера, зачем ее моделировать самостоятельно, если можно просто присоединить? Это позволит редактировать совместно два объекта и создавать сложные формы. Находится Attach в разделе Ribbon – Geometry или Edit Poly – Geometry. Присоединять можно независимо от типа редактирования.

Больше методов объединения можно найти тут «Как объединить объекты в 3ds max»

В этой статье описаны лишь основные инструменты, которые позволят заниматься полигональным моделированием. Ни в коем случае нельзя останавливаться на описанном. Надо пробовать, испытывать и узнавать новые инструменты. Чем больше функций вы будете знать, тем более эффективно вы сможете организовать свою работу.

3D моделирование

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование дает возможность производить различные манипуляции с сеткой 3d объекта на уровне подобъектов: вершин, ребер, граней. Сам полигон состоит из граней, но в системах, которые поддерживают многосторонние грани, полигоны и грани будут равнозначны.

Это самый первый и основной вид моделирования, так как при помощи его можно создать объект любой сложности путем соединения групп полигонов.

Полигональное моделирование подразделяется на три типа: низкополигональное, среднеполигональное и высокополигональное.

  1. низкополигональное моделирование (Low-Poly) предназначено для создания объектов с небольшим числом полигонов, обычно, для экономии ресурсов, когда не требуется высокая детализация, а так же для создания низкополигональных иллюстраций, которые набирают большую популярность в последнее время;
  2. среднеполигональное моделирование (Mid-Poly) ориентировано, обычно, только на необходимый результат при рендеринге, то есть при моделировании нужной геометрии, например, с применением булевых операций; над полигональной сеткой никакие работы по её оптимизации не производят, или они минимальны;
  3. высокополигональное моделирование (High-Poly) представляет собой создание объекта с большим числом полигонов, обычно, точной его копии.

Стандартная схема High-Poly моделирования происходит с постепенным наращиванием уровня детализации 3d объекта:

  • первый уровень является базовым, и представляет собой общую форму объекта;
  • на втором уровне происходит уточнение базовой формы, обычно, путём добавления фасок;
  • третий уровень завершающий, то есть на нем производится четкая детализация объекта, обычно, путем применения плагинов сглаживания.

На рисунке представлены все вышеперечисленные уровни при High-Poly моделировании на примере теннисного мяча.

Методики построения полигональных моделей

В 3D Max полигональное моделирование – применяется во время проектирования трёхмерных изображений. Способ дает прекрасную возможность создавать реальные модели с большой степенью детализации, что даёт преимущество перед остальными редакторами.

Создать полигональную модель можно по разному:

  • Путём соединения примитивов, когда за основу берётся обычное геометрическое тело: шар, куб тор, т.п. Если понадобится, можно скорректировать кол-во граней, аналогичным образом можно задавать любые размеры примитива.
  • Когда прочие методы не подойдут, объекты делаются путём прорисовывания, ручным способом.
  • Объекты можно создавать путём вытягивания новых граней из начального полигона.

Полигональное моделирование также учитывает и иные варианты построения объектов.

  • Производя действия с вершинами, перемещая, удаляя, вращая по сторонам, разрешается менять геометрию поверхности.
  • Что бы дать изделию необходимую форму, можно работать с рёбрами, меняя или перемещая их.
  • Порой, нужно скорректировать геометрию модели, сгладить поверхность либо наоборот, сделать шероховатой, в данном случае, моделирование выполняется при помощи полигонов.

Редактирование полигональных моделей выполняется в окне одного меню Polygons Edit, при помощи данных окон, можно выполнять прочие команды. Они составляют основу любого 3D редактора. Помимо базовых окон, есть дополнительные панели, без которых получить хорошую модель невозможно, сюда можно отнести:

  • Инструмент Edit Polygons – предназначается перемещать рёбра, грани или вершины, аналогичным образом, меняется форма изделия.
  • Extrude Face – обеспечивает выдавливание граней или вершин;
  • Split Polygon Tool – разбивает грани, путём создания дополнительных рёбер;

Для достижения удачного процесса моделирования необходимо не забывать важное правило построения:

  • Лишние подобъекты не необходимые для создания формы, неплохо бы удалить, так как это тормозит процесс обработки. Например, некоторые вершины могут быть ненужными от них избавляются, переключив режим редактирования, что бы удалить лишние;
  • Симметрические модели неплохо бы создавать из одной половины, после создается зеркальная копия. Дальше объекты сливаются в единое целое, получившееся изделие сглаживается.
  • Чтобы достичь ровной поверхности, применяют инструмент (Smooth), впрочем метод состоит в увеличении числа полигонов, по этому, злоупотреблять этим не неплохо бы. В другом случае на обработку детали уйдёт большое количество времени, что осложнит процесс проектирования.

Что представляет собой такая технология?

Характерность метода состоит в построении 3D объектов, при помощи специализированных плоскостей (полигонов). Воспользовавшись его помощью в 3D Max, можно создавать ряд объектов, без которых каждый интерьер был бы пустым. В 3D Max полигональное моделирование, делает ключевую функцию, без данного способа построение объектов становится не допустимым.

Любые полигональные фигуры, состоят из граней плоскостей (полигонов), объединённых в один компонент при помощи вершин:

  • Ребро – собой представляет линию, выступал за границу грани;
  • Грань (полигон) – поверхность, которая состоит из треугольных или четырёхугольных ячеек, образующих сетку. Кол-во ячеек неограниченное;
  • Вершина – точка, объединяющая рёбра.

Все объёмные тела имеют собственный каркас, который составляет основу модели: воспользовавшись его помощью можно редактировать изделие, менять форму, вытягивать, перемещать и т. п.

В планировании сооружений архитекторы, дизайне малых форм и т. п, там, где требуется передать точное сходство с прототипом, практически всегда используется метод полигонального моделирования.

На начальной стадии конструирования, делаются низкополигональные модели, что предоставляет шанс уменьшить время на обработку данных. При этом уровень детализации будет низким.

Что бы создать модель с более проработанной детализацией, нужно повысить колличество полигонов, такой продукт будет именоваться высокополигональным. Метод применяется, когда нужно создать точную копию объекта.

Конструирование происходит в несколько уровней, по типовой схеме, путём постепенного увеличения полигонов.

  • В первую очередь, образовывается базовая форма изделия.
  • После чего, прибавляются фаски для уточнения формы.
  • И по окончании, прорабатываются все детали, поверхность сглаживают.

Не обращая внимания на то, что полигональное моделирование считается самым популярным способом построения 3D объектов, однако это не один метод, эксплуатируемый в создании трёхмерных изображений. Так, к примеру: во время проектирования объектов животного мира или растений, имеет смысл применять сплайновое моделирование.

Сплайновое и полигональное моделирование, главные отличия

Сплайновое моделирование – создание объёмных фигур, с использованием специализированного лекала (сплайнов). Сплайнами могут быть кривые, имеющие любую геометрическую форму: дуги, окружности, прямоугольники и т.п. Каркас, служит базой для создания огибающей поверхности. Метод дает прекрасную возможность создавать модели, с большой степенью детализации, при этом, поверхность становится боле гладкой. В отличии от полигонов, сплайновое моделирование не просит больших расходов энергии, нужной для обработки информации. По этому, данный вариант, нередко применяют при разработке, трудных объектов. Всегда имеется возможность вернуться к исходному состоянию.

Нередко, такие варианты сравнивают с векторной и растровой графикой. В первом варианте, фигуры делаются из точек и направляющих, такое изображение выходит плоским, зато при изменении масштаба, качество картинки не меняется. Графика на основе растров кажется объёмной, однако при увеличении масштаба, качество картинки ухудшается, детали становятся размытыми.

То же самое можно сказать и о моделировании при помощи лекал. Точно также, как и векторная графика, сплайны способны передавать точность объекта, так как форма образовывается при помощи кривых, много раз описывающих экватор. Для точной проработки деталей, поверхность делают больше в масштабе.

Объектына основе полигонов, имеют различную степень детализации.

Хоть расстояние между гранями будет маленьким, и поверхность объекта покажется сглаженной, при увеличении масштаба на плоскости появятся шероховатости.

Что из себя представляют полигон, полигональное моделирование и полигональные модели?

Полигоном, как правило, является многоугольник, причем, с разным количеством углов. Четырехугольник, как правило, применяется при компьютерном моделировании чаще остальных фигур. Это совсем не исключает применение и трех и пятиугольников. То есть, если сказать короче, то плоская геометрическая фигура с ребрами и углами будет полигоном.

Полигональным моделированием называется создание сетки полигонов, повторяющей формы нужных объектов. Грубо говоря, если построить много полигонов, и соединить их между собой сеткой, то образуется единая форма объектов.

Полигональная модель создается при помощи сетки, и чем больше полигонов в объекте, тем более он реалистичен. Если сравнить между собой графику сегодняшних компьютерных игр и тех, которые были хотя бы двадцать лет назад, то вы увидите огромную разницу в прорисовке и четкости картинки.

В наше время полигонные модели вновь на пике популярности, только уже на мониторах компьютеров, а в реальной жизни. Стали появляться люди, которые могут изготовить объемные скульптуры из различных подходящих для этого материалов. В их качестве используют бумагу, пластик, дерево…

↑ 3d-скульптинг

3d-скульптинг он же «цифровая скульптура» представляет собой имитацию процесса «лепки» 3d модели, то есть деформирование её полигональной сетки специальными инструментами – кистями. Можно провести аналогию с лепкой фигур руками из пластилина или глины. Только в программах 3d моделирования пальцы заменены на инструмент «кисть», а «пластилином» является полигональная сетка.

Программами-представителями данного вида моделирования являются «ZBrush», «Sculptris», «Autodesk Mudbox» и др.

На рисунке представлен интерфейс бесплатной программы для скульптингового 3d моделирования «Sculptris». Примером подобной техники моделирования может послужить 3D-модель персонажа Тролль.

Подготовка модели для последующих инженерных изысканий

 В тот момент, когда дизайнер формирует техническое основание и задание для дальнейшей разработки проекта инженером, необходимо определить концептуальное направление работы над моделью объекта. Для дальнейшего производства объекта модель может быть разработана двумя основными подходами:

  1. Создание параметрической модели на основе задания без исходной модели.
  2. Реверс инжиниринг на основе исходной модели.

Второй подход способен ускорить процесс создания параметрической модели. То есть, если при создании эскизной полигональной модели были соблюдены общие габариты объекта либо его пропорции, то для создания параметрической модели возможно использование вершин полигонов в качестве управляющих вершин кривых, образующих поверхности параметрической модели (рис.4).

Рис.4. Слева направо: низкополигональная модель, высокополигональная модель, параметрическая модель.

Такой метод имеет недостатки при определенных требованиях качества поверхности. При сочленении нескольких сложных поверхностей, образованных таким методом, не всегда возможно выполнить требования поверхности класса «А» (рис.5).

Рис.5. 1-курватура непрерывности поверхности, образованной на основе полигональной модели, 2 — курватура поверхности, соответствующей требованиям поверхностей класса «А»

Полигональный метод моделирования является оптимальным инструментом для реализации эскизного проектирования форм. Помимо возможности визуализации концепции формы данный метод позволяет дать основание для быстрого перевода модели со стадии эскизирования на стадию инженерной разработки.

Корректируем положение рёбер в окне проекции Top относительно чертежа

Теперь нам нужно на виде сверху скорректировать рёбра по линии чертежа бампера. Для этого перейдём к проекции Top, последовательно выделяя рёбра и перенося их относительно линии бампера.

Обратите внимание, что в проекции Top мы обнаружили такую картину:


Рёбра в окне проекции Top

Добавленные нами рёбра распределены от доработанного профиля до центра бампера. Чем ближе они к профилю, тем более замысловатую форму имеют. И наоборот, чем ближе к центру, тем ровнее расположены. Давайте выровняем их относительно длинной стороны.

Перейдите на уровень подобъекта Vertex, включите ограничение по рёбрам — свиток Edit Geometry — Constraints — Edge.

Не забывайте переводить эту опцию в положение None после того, как выполните нужное действие. Иначе впоследствии точки будут перемещаться только по рёбрам.

Выделите первую группу вершин. Это можно делать как на проекции вида сверху (Top), так и на проекции вида спереди (Front). Затем перейдите на панель Ribbon — Modeling — Align — Z.


Выравнивание рёбер по оси Z с помощью панели Ribbon

С оставшимися группами вершин проделайте всё то же самое самостоятельно, не трогая пока самые крайние группы вершин. Должно получиться так:


Выровненные рёбра

Следующим шагом нужно расположить эти группы вдоль линии бампера на чертеже. Для этого можно работать как с уровнем подобъектов вершин (Vertex), так и с рёбрами (Edge) — кому как больше нравится. Я предпочитаю использовать рёбра.

Поочередно выделяйте рёбра и перемещайте их вдоль внешней линии бампера. Напомню, что инструмент перемещения можно активировать по клавише W.


Перемещаем рёбра и выравниваем их относительно чертежа

Теперь требуется правильно сформировать поворотную секцию бампера и поработать над точной расстановкой рёбер относительно ключевых точек чертежа.


Красным прямоугольником выделен поворотный фрагмент бампера, который требует внимания

Выделите группу рёбер и перенесите их, как показано ниже.


Перенос рёбер ближе к поворотной секции

Затем выберите инструмент поворота (клавиша E) и поверните ребро перпендикулярно линии чертежа бампера.


Поворот выделенных рёбер перпендикулярно линии чертежа

Теперь те же манипуляции нужно проделать с остальными рёбрами. Старайтесь соблюдать примерно одинаковое расстояние между ними, чтобы сетка была более ровной.


Переносим и разворачиваем остальные рёбра

После всех этих действий должно получиться так:


Результат переноса и разворота рёбер

Пока что модель далека от идеала, но часть формы бампера мы построили. Идём дальше и поправим крайний профиль, который не стали трогать на предыдущем этапе.


Красным прямоугольником обозначены нужные вершины

Сделать это автоматически не получится. Поэтому руками аккуратно и не торопясь выравниваем вершины.


Выравниваем вершины так, чтобы рёбра располагались перпендикулярно линии чертежа

Не забываем проверять, чтобы линии по длинной стороне бампера были параллельны. Сейчас наблюдается такой момент:


Двойной красной линией обозначены параллельные рёбра, а одинарной — непараллельные

Рёбра, отмеченные двумя красными чёрточками, расположены параллельно, а там, где всего одна, их нужно поправить. Для этого переместим выделенные вершины чуть вверх и вправо.


Вариант перемещения вершин для запараллеливания нужных рёбер

Но выравнивать по одной не очень удобно и долго, поэтому мы будем сразу передвигать группы вершин.


Перемещаем группы вершин по периметру созданной плоскости, чтобы сделать рёбра максимально параллельными друг другу по длинной стороне

По сути, мы сейчас уменьшили плоскость по всему периметру с помощью вершин, так как у нас ещё не закрыта боковина бампера. Когда мы её закроем, окажется, что полигоны повело винтом.

Так получилось, потому что полка бампера сужается и речи о параллельности рёбер уже не идёт. Более того, нам придётся ещё пару раз пройтись по вершинам, чтобы привести модель в соответствие с чертежом.


Так выглядит промежуточный вариант бампера в окне проекции перспективы

Взаимодействия с полигонами и их составляющими.

Для начала необходимо применить к объекту модификатор Edit Poly. Для этого нужно перейти на вкладку Modify – Modifier List – Edit Poly. Я рекомендую использовать именно его, потому что при желании его свободно можно удалить со всеми внесенными изменениями. Если вы превратите объект в Editable Poly, то вернуть объект к начальному виду будет сложнее.

Для того, чтобы выбирать подобъекты, необходимо включить редактирование точек (Vertex), ребер (Edge), краев (Border), полигонов (Polygons) или элементов (Elements) в разделе Selection. После этого понадобится только нажать на те подобъекты, которые нужно менять.

Точкой, ребром и целым полигоном можно управлять с помощью стандартных инструментов передвижения, вращения и масштабирования. Эти инструменты можно найти на панели Main Toolbar. Это самый базовый способ придания формы и формирования целого объекта.

Взаимодействие с точками немного отличается в зависимости от того, сколько точек выделено. Если выделена одна точка, то ее можно только двигать. Другие инструменты эффекта не дадут. К другим типов редактирования это не относится.

Если выделено две и более точек, то их можно перемещать все вместе, а также вращать и масштабировать вокруг их общего центра. Все то же самое справедливо и для остальных типов редактирования.

Удалить полигоны можно клавишей Delete. Точки и ребра лучше удалять клавишей Backspace.

Так же стоит сказать об одном очень удобном способе создания формы с помощью клавиши Shift. С помощью это клавиши легко копировать объекты. Так же копировать можно и полигоны. Но если попытаться скопировать так край (Border), то он вытянется вместе с новыми полигонами. Используя инструменты передвижения, вращения и масштабирования с зажатой клавишей Shift, можно создать практически любую форму даже из одного полигона.

Приемы моделирования объектов

Конструирование с помощью вершин

Основу сетки составляют прямоугольные ячейки, каждая имеет свои вершины, с их помощью происходит редактирование. Что бы создать другой объект, необходимо произвести манипуляции с точками вершин.

В качестве наглядного примера, используется куб, затем, активировав F9, не снимая выделения, переходят в режим редактирования вершин. Задействовав инструмент Move Tool, верхние точки перемещаются, так, что бы примитив принял другую форму. При необходимости сохранить симметрию, удобней всего воспользоваться инструментом Scale Tool.  Воспользовавшись различными инструментами можно добиться совершенно уникальных результатов, например, при вращении, вершинах приобретут спиралевидную форму.

Кроме всего прочего, для вершин существует уникальный метод стёсывания, позволяющий создавать множество граней из одной.

Использование рёбер в проектировании

Этот метод схож с предыдущим, редактирование рёбер осуществляется по тому же принципу, что и с вершинами. На практике это работает следующим образом: в качестве базового элемента создаётся куб, при нажатии клавиш F10 активизируется редактор рёбер. Далее, в качестве примера вытягивается одна и противоположных граней ребра. После чего, появится дополнительная плоскость, такую же операцию можно повторить и с соседними рёбрами.

Проектирование моделей с помощью полигонов

Сразу стоит отметить, это наиболее распространённый метод создания сложных объёмных конструкций. В этом случае работа проводится с полигонами, производя различные манипуляции можно менять форму, размер, создавать более сложные объекты. Как и в предыдущих примерах, редактирование происходит по аналогичному сценарию. Активизировав клавишу F11, запускается редактирование полигонов, предварительно выделив один из примитивов, можно работать с гранями, меняя их положение.

Дополнительно доступно множество приёмов по преобразованию граней.

При разбивании грани на две части, создаётся ещё одно ребро. После активации команды правка, курсор мыши изменится, после этого стоит выделить вершины нового ребра и выйти из режима правки, кликнув на пустом поле. После этого можно совершать любые действия относительно новых рёбер.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий