1.2. Основные программные средства, применяемые для создания 3D моделей

В настоящее время существует большое количество программных
3D-редакторов, в которых можно создать макет объекта или огромной высотки, внутренний интерьер, модель машины или её элемента [5,6]. Стоит заметить, что с помощью одних программ можно создавать анимацию, а с помощью других чертежи и модели деталей для станков и 3D-принтеров. Есть платные и бесплатные редакторы - просто нужно выбрать, то, что будет удобней для работы.

Созданные в указанных программах модели в дальнейшем могут быть
использованы при работе с геоинформационной системой военного назначения «Оператор» [7,8].

AutoCAD – система автоматизированного проектирования и черчения в режимах 2D и 3D, разработанная компанией Autodesk (рис. 1.1). Первая версия системы была выпущена в 1982 году. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Программа выпускается на 18 языках.

В данной программе можно с помощью 2D инструментов можно создать эскиз сложной детали, а затем перевести её в трёхмерное пространство [5,6]. В AutoCAD можно моделировать, как отдельные здания, так и целые комплексы. Самой оптимальной версией является AutoCad 2009 которая простая в эксплуатации и не требовательна к ресурсам компьютера.

AutoCAD Map 3D создан для специалистов, выполняющих проекты в сфере транспортного строительства, энергоснабжения, земле- и водопользования и позволяет создавать, обрабатывать и анализировать проектную и ГИС-информацию.

Основным форматом файла Auto CAD является DWG – закрытый формат, изначально разрабатываемый Autodesk. Для обмена данными с пользователями других САПР предлагается использовать открытый формат DXF. Следует отметить, что файлы с расширениями DWG и DXF может читать большинство современных САПР.

Для публикации чертежей и 3D-моделей (без возможности редактирования) используется формат DWF, также созданный компанией Autodesk.

Программа поддерживает запись и чтение (посредством импорта/
экспорта) файлов, формата 3DS, DGN, SAT и некоторых других. Начиная с версии 2012, Auto CAD позволяет преобразовывать файлы, полученные из трёхмерных САПР (таких как Inventor, SolidWorks, CATIA, NX и т. п.) в формат DWG.

Рис. 1.1. Диалоговое окно программы Auto Cad 2009

Autodesk 3DS Max – профессиональная программная
система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации (рис. 1.2). Содержит современные средства для
художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows. Autodesk 3DS Max - доступен в 2 лицензионных версиях: студенческая - бесплатная которая предоставляет полную версию программы, но её нельзя использовать с целью получения прибыли.

Autodesk 3DS Max – популярный программный пакет, предназначенный для редактирования трех мерной графики и ее визуализации. Утилита великолепно подходит для создания простых и сложнейших структурированных трехмерных объектов – животных, людей, зданий. Программа также позволяет выполнять глубокое моделирование природной среды, включая освещение, воду, деревья, ветер. В приложение интегрирован мощный модуль анимации, предоставляющий огромные возможности касательно управления параметрами анимированного изображения.

Создаваемый при этом видеоряд обладает высокой реалистичностью. Графическая среда большинства компьютерных игр создана средствами Autodesk 3DS Max. Кроме этого, данный пакет широко используется в теле- и киноиндустрии.

Рис. 1.2. Диалоговое окно программы Autodesk 3DS Max

Потребность в применении утилиты появляется тогда, когда необходимо получить изображение одной и той же сцены или предмета в разных проекциях. Стоит отметить, что прорисовка какой-либо сцены в 2D-редакторе займет меньше времени. Однако создав проект в Autodesk 3DS Max, пользователь получает возможность генерировать сцену в неограниченном числе проекций [6].

Немаловажен также тот факт, что процесс наложения теней и света в 3DS MAX осуществляется автоматически (главное правильно настроить источники света), в то время как в 2D-редакторах данная операция возлагается на пользователей. Работа в программе осуществляется в четыре этапа:

моделирование – создание каркаса, структуры объектов, подлежащих
визуализации, их математических моделей;

текстурирование – формирование текстуры, основных визуальных характеристик для объектов;

постановка света – отдельная и трудоемкая задача, для решения которой 3ds MAX предлагает широкий ассортимент разных типов источника света и немалые возможности по их настройке;

рендеринг – получение конечного результата – растрового изображения.

Математическая модель, созданная на предыдущих этапах, трансформируется в изображение, когда идет речь об анимации – в набор изображений.

Поддерживаются следующие форматы файлов: 3ds, max, lwo, jpg, png.

Визуализация трехмерной сцены в Autodesk 3DS Max может осуществляться разными модулями рендеринга, предназначенными непосредственно для 3D-редакторов. Большой популярностью пользуется VRay – внешний визуализатор, характеризирующийся более реалистичными изображениями и огромным числом настроек, сравнительно со встроенным в Autodesk 3DS Max визуализатором Scanline.

Blender – это бесплатный мощный редактор трехмерной графики и анимации рис. 1.3. Программа обладает большим набором инструментов: 3D-моделирование, анимация, рендеринг, обработки видео, а также целый набор опций для создания интерактивных игр, различные визуальные 3D-эффекты и многое другое [5].

Актуально заметить, что такие действия как передвижение персонажей и движение губ при разговоре, мимика могут быть легко обработаны программой, так же программе не составить большого труда - управлять сложными динамическими объектами, которые взаимодействуют друг с другом и окружающей средой. Данный редактор может придать максимальной реалистичности таки эффектам, как развивающийся флаг, льющая вода и многим другим (многое зависит от фантазии и опыта пользователя).

Помимо всего выше перечисленного стоит добавить, что Blender обладает большим набором примитивов (кубы, кольца, сферы, цилиндры и т.д.) и всё это бесплатно.

Рис. 1.3. Диалоговое окно программы Blender

Google SketchUp – это бесплатное приложение, позволяющее создавать, редактировать и просматривать 3D-проекты домов, ангаров, различные варианты дизайна интерьера, ландшафтов, танков, самолётов и прочих объектов рис. 1.4.

С помощью Google SketchUp можно добавлять к своим моделям новые детали, текстуры и прочие всевозможные элементы, причём реалистичные текстуры находятся уже в комплекте [5].

Данный редактор обладает такими инструментами как: рисование и геометрическое моделирование; инструмент для создания простых и сложных форм – круги, овалы, квадраты; инструмент для построения пропорционально-уменьшенных копий объекта; измерительная рулетка, транспортир, расчёт площади, длины и многое другое.

Основные возможности и особенности Google SketchUp [6]:

понятный и простой в использовании интерфейс;

поддерживает импорт и экспорт различных форматов двухмерной растровой и трёхмерной графики, в частности: *.3ds, *.dwg, *.ddf; *.jpg, *.png, *.bmp, *.psd;

дополнительно установленные плагины позволяют экспортировать в форматы *.mxs, *.atl, *.dae, *.b3d;

экспорт в формат *.jpg в качестве снимка с рабочей области окна приложения;

библиотеки компонентов, материалов и стилей рабочей области, которые можно пополнять своими элементами;

возможность устанавливать тени в соответствии с заданными широтой, долготой, временем суток и года;

возможность размещать свои творения в общедоступных онлайн коллекциях Google;

пополняемые библиотеки компонентов, материалов и стилей, бесплатные коллекции 3D-моделей;

возможность создавать макросы для повторяющихся действий;

полная интеграция с программой Google Earth («виртуальный глобус»).

Рис. 1.4. Диалоговое окно программы Google SketchUp

3DCrafter–это популярная бесплатная программа, предназначенная для 3D-моделирования и построения анимации в режиме реального времени (рис. 1.5).

Данным редактором применяется технология Drag&Drop, поэтому даже начинающие пользователи не почувствуют сильного затруднения в построении трехмерных моделей любой сложности.

Процесс создания анимации очень прост - нужно просто указать позицию объекта в каждый конкретный (нужный) момент времени, а программа сама, автоматически подровняет (сгладит) указанные траектории. Стоит добавить, что ранее программа 3DCrafter называлась - 3D Canvas.

Рис. 1.5. Диалоговое окно программы 3DCrafter

Основные особенности 3DCrafter:

поддержка форматов импорта: 3D Studio (3ds), 3D Studio (asc), AC3D (ac), AutoCAD (dxf)2, DirectX (x), Imagine (iob), Lightscape (lp), LightWave (lwo), Maya (rtg), Quicktime 3D (3dmf), Rail Simulator (igs/ia), RealiMation (rbs), RenderWare (rwx), StereoLithography (stl), TrainSim Modeler (dst), trueSpace (cob), VideoScape (geo), VRML 2.0 (wrl), Wavefront (obj), WorldToolKit (nff), XGL, XYZ, ZGL;

поддержка формата экспорта POV-Ray (pov);

автоматическое сглаживание траекторий.

Компас-3D – это самый популярный российский САПР, которым ежедневно пользуются тысячи инженеров, конструкторов и проектировщиков в России и многих других странах (рис. 1.6). Благодаря мощному функционалу, простому не громоздкому интерфейсу, поддержке российских и международных стандартов и огромным набором отраслевых приложений. С помощью данной системы можно реализовать проекты любой сложности – построение 3D-модели, расчет прочности этой модели, проведение кинематического и динамического анализов, подготовка конструкторской документации и её передача для изготовления деталей. Особенностью Компас-3D является, то что система использует собственное математическое ядро и параметрические технологии.

Рис. 1.6. Диалоговое окно программы Компас-3D