Трехмерная графика, или 3D-моделирование — это компьютерная графика, включающая в себя инструменты и приемы, необходимые для создания объемных объектов в трехмерном пространстве.
На текущий момент использование 3D-технологий является актуальным и необходимым для многих сфер деятельности, что приводит к потребности изучения трехмерной графики и процесса 3D-моделирования и печати в школе.
В области трехмерной компьютерной графики можно выделить четыре основных этапа, которые необходимы для получения готового продукта:
- Моделирование или создание геометрии модели. Речь идет о создании трехмерной геометрической модели, без учета физических свойств объекта.
- Текстурирование объекта. Уровень реалистичности будущей модели напрямую зависит от выбора материалов при создании текстур. На данном этапе определяются свойства поверхностей объектов для имитации различных свойств реальных предметов (цвет, фактура, прозрачность, яркость, степень отражения и т. д.).
- Выставление света и точки наблюдения. Этот этап включает в себя добавление и размещение источников света, а также выбор положения камеры. Именно от выбора тона света, уровня яркости, резкости и глубины теней напрямую зависит реалистичное восприятие изображения.
- 3D-визуализация или рендеринг. Завершающий этап 3D-моделирования. Он заключается в детализации настроек отображения 3D-модели. Визуализация или рендеринг — формирование изображения или видео, на основе моделей, материалов и освещения.
На сегодняшний момент разработаны различные программы для 3D-моделирования. И их список постоянно пополняется, ведь компании, создающие такое программное обеспечение (ПО) стремятся охватить как можно большую аудиторию потребителей, поэтому с появлением новых потребностей к специфике программы, они создают новые приложения. Среди них существуют как платные, так и бесплатные программы для трехмерного моделирования. К лидерам первой категории относятся 3ds Max, Maya, AutoCad, Cinema 4D, Компас 3D, а ко второй стоит отнести Blender, 3D моделирование, Wings3D и TinkerCad. Рассмотрим более детально каждый из этих продуктов:
3 ds Max — универсальный пакет трехмерного моделирования компании AutoDesk. Он имеет мощные и гибкие инструменты для создания виртуальных моделей и работы с ними, удобный редактор для создания материалов, обширные возможности для работы со светом, современную и качественную систему визуализации. Используется для создания мультипликационного монтажа, анимации и трехмерной графики.
Maya — универсальный пакет трехмерного моделирования также компании AutoDesk. Это профессиональное ПО, используемое кинематографом и разработчиками игр для создания реалистичных персонажей и эффектов. Оно обладает всеми необходимыми инструментами для получения качественных и реалистичных 3D-моделей.
Nano Cad — российское профессиональное ПО для создания чертежей и 3D-моделей с прямой поддержкой *.dwg-формата. Поддержка IFC позволяет эффективно работать в связке с технологиями информационного моделирования.
Cinema 4D — профессиональное ПО, разработанное для трехмерного моделирования и анимации, симуляции и рендеринга. Cinema 4D включает в себя быстрый, мощный, гибкий и стабильный набор инструментов, что делает рабочие процессы доступными и эффективными для дизайна, графики, визуальных эффектов, AR/MR/VR и разработки игр.
Компас 3D — российская система трехмерного проектирования. Она имеет математическое ядро и подходит для реализации инженерных проектов. Программа может не только построить модель, но и выполнит расчеты и анализ для дальнейшего её изготовления.
Blender — программа для 3D-моделирования, рендеринга, анимации, монтажа и постобработки. Программа с открытым исходным кодом, свободно распространяемая и поддерживаемая Blender Foundation. Программа включает в себя полностью интегрированный набор программ, предлагающий широкий диапазон инструментов для создания 3D-приложений, включая моделирование, анимацию, визуализацию, постобработку видео и создание игр.
Wings3D — простое ПО для трехмерного моделирования, в которой можно работать с несложными моделями. Минимальный и доступный интерфейс значительно облегчает работу начинающим специалистам. Кроме этого, при помощи открытого кода программу можно модифицировать.
Tinkercad — это бесплатное и простое в использовании веб-приложение, которое помогает молодому поколению инженеров и проектировщиков освоить базовые навыки, требуемые для внедрения инноваций в области 3D-проектирования, электроники и программирования.
При выборе ПО для трехмерного моделирования, прежде всего, необходимо определиться с целями, для которых будет использоваться 3D-редактор. В общеобразовательной организации основной из целей является использование ПО в учебном процессе. 3D графика может применяться учителем в качестве демонстрационного материала. С другой стороны, изучение 3D-редакторов и использование их для создания моделей объектов может выступать частью обучения школьников.
Из широкого разнообразия программ для трехмерного моделирования необходимо выбрать ту, которая будет наилучшим образом соответствовать требованиям для применения в общеобразовательной организации.
1. Учет возрастных особенностей и уровня начальной подготовки пользователей.
Выбор 3D редактора зависит от опыта работы в программах данного рода или вообще его отсутствие. Возраст пользователя должен определять уровень понятности интерфейса программного средства: сложность и разнообразие функций, наличие русификации, всплывающих подсказок и справки.
2. Минимальные финансовые затраты.
Бесплатность, свободная распространяемость, является одним из важнейших критериев отбора программного средства, исходя из ограниченных возможностей школьного бюджета, а также необходимости использования 3D-редактора в домашних условиях.
3. Системные требования компьютера.
Примерные характеристики, которым должен соответствовать компьютер для того, чтобы на нём могло использоваться какое-либо определённое программное обеспечение. Эти характеристики могут описывать требования как к аппаратному обеспечению (тип и частота процессора, объём оперативной памяти, объём жёсткого диска), так и к программному окружению (операционная система, наличие установленных системных компонентов и сервисов и т. п.).
4. Ориентирование на использование полученных навыков в профессиональной деятельности.
Учитывая выделенные выше требования, которым должны удовлетворять программные средства, пригодные для использования в основной школе, были проанализированы наиболее распространенные программы для 3D-моделирования (Таблица 1).
Таблица 1
Сравнение программ для трехмерного моделирования
|
Программы |
||||||||
|
Критерий |
3ds Max |
Maya |
NanoCad |
Cinema 4D |
Компас 3D |
Blender |
Wings3D |
Tinkercad |
|
Условия распространения |
Платно/бесплатная учебная лицензия (0,5 балла) |
Платно/бесплатная версия для студентов (0,5 балла) |
Платно/бесплатная пробная версия на 30 дней (0,5 балла) |
Платно (0 баллов) |
Платно/ 1 год бесплатно для студентов (0,5 балла) |
Бесплатно (1 балл) |
Платно-бесплатная (0,5 балла) |
Бесплатно (1 балл) |
|
Операционные системы |
Windows macOS Linux (1 балл) |
WindowsmacOs Linux (1 балл) |
Windows Astra Linux Special Edition (0,5 балла) |
WindowsmacOS (1 балл) |
WindowsLinux (1 балл) |
macOS WindowsLinux Steam (1 балл) |
WindowsLinux OS x (1 балл) |
Онлайн (0,5 балла) |
|
Поддержка анимации |
Есть (1 балл) |
Есть (1 балл) |
Есть (1 балл) |
Есть (1 балл) |
Есть (1 балл) |
Есть (1 балл) |
Нет (0 баллов) |
Нет (0 баллов) |
|
Поддерживаемые форматы |
3DS, OBJ (0 баллов) |
3DS, OBJ (0 баллов) |
STL, SAT, STP, JT и др. (0,5 баллов) |
3DS, BVH, CATProduct, cgr, dem, dae (0 баллов) |
Frw, cdw, m3d, a3d (0 баллов) |
OBJ, FBX, PLY, STL (1 балл) |
OBJ, STL, 3DS, Adobe Illustrator Artwork (1 балл) |
STL, OBJ, X3D colors, VRNL colors, SVG (1 балл) |
|
Русифицированная версия |
Да (1 балл) |
Русификатор отдельно (0,5 балла) |
Да (1 балл) |
Русификатор отдельно (0,5 балла) |
Да (1 балл) |
Да (1 балл) |
Русификатор отдельно (0,5 балла) |
Да (1 балл) |
|
Объем занимаемой памяти компьютера |
Около 7Гб (0 баллов) |
Около 4Гб (0,5 балла) |
Более 7Гб (0 баллов) |
Около 4Гб (0,5 балла) |
Около 8Гб (0 баллов) |
Около 680 MБ (1 балл) |
Около 28МБ (1 балл) |
Не требуется (1 балл) |
|
Общий балл |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
3 |
3,5 |
6 |
4 |
4,5 |
Исходя из данных таблицы, наиболее подходящим ПО для школ являются Blender (6 баллов), Tinkercad (4,5 балла) и Wings3D (4 балла).
Для начального уровня создания трехмерных моделей подходят как Tinkercad так и Wings3D. Бесплатное онлайн приложение Tinkercad обладает самыми необходимыми инструментами для моделирования и значительно облегчает процесс работы. Tinkercad позволяет создавать детализированные 3D-модели, используя базовые формы, соединяя их вместе. Процесс обучения намного проще, чем в других программах. Приложение подходит для новичков и детей, а также поддерживает возможность создания моделей для последующей 3D-печати. Но т. к. Tinkercad является веб-приложением, то им не смогут пользоваться организации, у которых нет доступа в интернет. В этом случае можно альтернативой выбрать Wings3D, который обладает интуитивно понятным интерфейсом, имеет полный набор стандартных и дополнительных инструментов, а также можно настроить интерфейс под себя. Но обе эти программы применимы лишь для начального уровня трехмерного моделирования, т. к. они не подходят для моделей с высокой детальной обработкой.
Для более профессиональной работы с трехмерными моделями исходя из результатов таблицы наилучшим образом подойдет программа Blender. Процесс обучения более сложный, чем у предыдущих программ. Однако, благодаря своему набору инструментов Blender является универсальной программой для 3D-моделирования. Она используется в различных областях, начиная от создания анимации, видеоигр, дизайна 3D-моделей, заканчивая 3D-печатью. Программа позволяет оперировать системами частиц, контролировать веса отдельных частиц при текстурировании, применять направляющие при анимации и использовать внешние силы, например, ветер, создавать эффекты текучих тел, моделировать поведение мягких тел.
Таким образом из многообразия программ трехмерного моделирования для общеобразовательных организаций наиболее подходящими являются Tinkercad и Wings3D для изучения основ 3D-моделирования, а также Blender для начального профессионального создания моделей.
Литература:
- Меженин А. В. Технологии 3d моделирования для создания образовательных ресурсов. Учебное пособие. — СПб., 2008. -112с.
- Сайнахова Ю. В., Малышева Е. Н.. Анализ и характеристика 3d редакторов для изучения учащимися основной школы.
- КОМПАС-3D [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: http://kompas.ru/ (дата обращения 04.12.2023).
- Программное обеспечение для 3D проектирования, дизайна, графики и анимации [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: https://www.autodesk.com/ (дата обращения 14.03.2014).
- Blender [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: http://www.blender.org/ (дата обращения 04.12.2023).
- NanoCad [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: https://www.nanocad.ru/ (дата обращения 04.12.2023).
- Wings3d [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: http://www.wings3d.com/ (дата обращения 04.12.2023).
- Cinema 4D [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: https://www.maxon.net/en/cinema-4d/ (дата обращения 04.12.2023).
- Tinkercad [Электронный ресурс] // Официальный сайт: сайт. — URL: https://www.tinkercad.com/ (дата обращения 04.12.2023).
