Полигональное моделирование уроки. д моделирование грифа. Введение в полигоны

Существуют несколько видов трехмерного моделирования: каркасное, твердотельное, поверхностное, генеративное и полигональное. Объемная визуализация с использованием полигонов является самой первой разновидностью . Полигональное моделирование 3d max имеет свои нюансы и сложности, однако данный метод по-прежнему пользуется огромной популярностью в сфере 3D-технологий.

Что такое полигональное моделирование

Низкоуровневое моделирование, которое позволяет визуализировать объект с помощью полигональной сетки.

Полигональные сетки состоят из таких подобъектов:

.вершина - точка соединения ребер, их может быть сколько угодно;
.ребра - линии, выступающие границами граней;
.грани или полигоны - ячейки сетки, участки плоскости, которые имеют чаще всего треугольную или четырехугольную форму. Полигональная сетка может состоять из огромного количества одинаковых ячеек.

Для создания трехмерной модели объекта необходимо работать с подобъектами. Можно менять их масштаб и форму, вращать, объединять и делить, а также применять другие операции, которые позволяют специальные компьютерные программы.

Полигональное моделирование выполняется в таких программах:

3ds Max;
. Maya;
. Alias;
. Rhino.

Полигональные сетки представляют собой совокупность полигонов, из которых формируются контуры, оболочка будущего объекта. Кажется, что с ними несложно работать, они имеют четко определяемые внешнюю и внутреннюю область, не нужно делать никаких дополнительных параметров и вычислений. Однако этот метод требует терпения и усидчивости, поскольку для создания даже самой простой трехмерной модели необходимо сделать тысячи кликов мышью. Наименьшая ошибка может свести всю работу не «нет», так как переделать готовый объект очень сложно.

Методики и способы построения полигональных моделей

Существует три основных методики создания полигональных моделей, которые чаще всего используются в объединенном варианте, однако могут применяться и в чистом виде.

1. С помощью примитивов - когда за основу берутся готовые геометрические фигуры (например, куб или цилиндр), затем конструируется нужная модель путем вытягивания подобъектов, деления существующих граней.
2. Вытягиванием из полигона-исходника новых граней , когда каждый подобъект появляется из предыдущего.
3. Вручную, без исходников и примитивов , когда все подобъекты прорисовываются, а не вытягиваются.

Полигональное моделирование предусматривает три основных способа построения объектов визуализации.

1. Моделирование при помощи вершин - проводятся манипуляции с вершинами, их перемещение, удаление и т.д.
2. Моделирование при помощи ребер - для придания нужной формы объекту меняется положение ребер, их размеры.
3. Моделирование при помощи полигонов - грани используются для более сложных операций, например, придания формам выпуклости или наоборот заостренности, сглаживание или вдавливание поверхности, здесь ведется работа с плоскостями.

1. Лучше использовать четырехугольные геометрические фигуры . Они проще деформируются, что позволяет не тратить время на ненужные манипуляции. Рекомендуется применять как можно меньше треугольников.
2. Не стоит использовать сложные геометрические фигуры , с большим количеством углов и ребер, это может привести к деформации текстуры.
3. При создании полигональной модели нужно визуализировать только необходимые элементы , построение дополнительных конструкций усложняет саму модель, если это мелкие детали, их можно сделать, используя текстуры.

Полигональное моделирование рассчитано в первую очередь на создание объемных моделей объектов с точными формами и четкими контурами. Объекты складываются из полигонов - крошечных граней, которые имеют форму и цвет. Данный метод на сегодняшний день чаще всего применяется в

Под геометрическими примитивами понимают тот базовый набор геометрических фигур, который лежит в основе всех графических построений, причем эти фигуры должны образовывать " базис " в том смысле, что ни один из этих объектов нельзя построить через другие. Однако вопрос о том, что включать в набор геометрических примитивов, нельзя считать окончательно решенным в компьютерной графике. Например, количество примитивов можно свести к некоему минимуму, без которого нельзя обойтись, и этот минимум сводится к аппаратно реализованным графическим объектам. В этом случае базисный набор ограничивается отрезком, многоугольником и набором литер (символов).

Другая точка зрения состоит в том, что в набор примитивов необходимо включить гладкие кривые различного рода (окружности, эллипсы, кривые Безье ), некоторые классы поверхностей и даже сплошные геометрические тела. В качестве трехмерных геометрических примитивов в таком случае предлагаются пространственные кривые, параллелепипеды, пирамиды, эллипсоиды. Но если такой расширенный набор примитивов связан с аппаратной реализацией, то возникает проблема перенесения программных приложений с одного компьютера на другой, поскольку такая аппаратная поддержка существует далеко не на всех графических станциях. Кроме того, при создании трехмерных геометрических примитивов программисты сталкиваются с проблемой их математического описания, а также разработки методов манипулирования такими объектами, поскольку те типы объектов, которые не попали в список базовых, надо уметь приближать с помощью этих примитивов.

Во многих случаях для аппроксимации сложных поверхностей используются многогранники, но форма граней может быть различной. Пространственный многоугольник с числом вершин больше трех не всегда бывает плоским, а в этом случае алгоритмы изображения многогранников могут привести к некорректному результату. Поэтому программист должен сам позаботиться о том, чтобы многогранник был описан правильно. В этом случае оптимальным выходом из положения является использование треугольников, поскольку треугольник всегда является плоским. В современной графике это, пожалуй, самый распространенный подход.

Но существует и альтернативное направление, которое называется конструктивной геометрией тел . В системах, использующих этот подход, объекты строятся из объемных примитивов с использованием теоретико- множественных операций ( объединение , пересечение ).

Любая графическая библиотека определяет свой набор примитивов. Так, например, широко распространенная интерактивная система трехмерной графики OpenGL включает в список своих примитивов точки (вершины), отрезки, ломаные, многоугольники (среди которых особо выделяются треугольники и четырехугольники), полосы (группы треугольников или четырехугольников с общими вершинами) и шрифты. Кроме того, в нее входят и некоторые геометрические тела: сфера, цилиндр, конус и др.

Понятно, что для изображения таких примитивов должны быть разработаны эффективные и надежные алгоритмы, поскольку они являются конструктивными элементами. Исторически сложилось так, что первые дисплеи были векторными, поэтому базовым примитивом был отрезок . Но, как уже было отмечено в первой главе нашего курса, самая первая интерактивная программа Sketchpad А.Сазерленда в качестве одного из примитивов имела прямоугольник , после чего этот объект уже традиционно входил в различные графические библиотеки.

Здесь мы рассмотрим такие примитивы, как вершина , отрезок , воксель и модели, строящиеся на их основе, а также функциональные модели .

Для этих пространственных моделей используются в качестве примитивов вершины (точки в пространстве), отрезки прямых (векторы), из которых строятся полилинии , полигоны и полигональные поверхности . Главным элементом описания является вершина, все остальные являются производными. В трехмерной декартовой системе координаты вершины определяются своими координатами (x,y,z), линия задается двумя вершинами, полилиния представляет собой незамкнутую ломаную линию, полигон - замкнутую ломаную линию. Полигон моделирует плоский объект и может описывать плоскую грань объемного объекта. Несколько граней составляют этот объект в виде полигональной поверхности - многогранник или незамкнутую поверхность ("полигональная сетка").

Рис. 4.1.

В современной компьютерной графике векторно-полигональная модель является наиболее распространенной. Она применяется в системах автоматизированного проектирования, компьютерных играх, тренажерах, ГИС, САПР и т. д. Достоинства этой модели заключаются в следующем:

• Удобство масштабирования объектов.
• Небольшой объем данных для описания простых поверхностей.
• Аппаратная поддержка многих операций.

К числу недостатков полигональных моделей можно отнести то, что алгоритмы визуализации выполнения топологических операций (например, построение сечений) довольно сложны. Кроме того, аппроксимация плоскими гранями приводит к значительной погрешности, особенно при моделировании поверхностей сложной формы.

К ее недостаткам относятся:

• Большое количество информации, необходимое для представления объемных данных.
• Значительные затраты памяти, ограничивающие разрешающую способность, точность моделирования.
• Проблемы при увеличении или уменьшении изображения; например, с увеличением ухудшается разрешающая способность изображения.

Этот урок полигонального моделирования в 3ds Max рассказывает о наиболее часто используемых 3d операциях при использовании Edit Poly модификатора (или Editable Poly). Этот метод отлично подходит для создания практически любых объектов в 3ds Max.

Для начала создадим простой примитив Box с пропорциями реального телевизора.

рис.1. Создали исходный 3d примитив - Box

Применим к нашему боксу модификатор Edit Poly

рис.2. Применили модификатор Edit Poly

Нажатием клавиши F4 на клавиатуре в 3ds Max включаем отображение ребер нашей полигональной модели.

В стеке модификаторов переходим на уровень полигонов для того чтобы начать моделирование. И выделяем передний полигон, где начнем создавать экран.

рис.3. Перешли на уровень полигонов и выделили передний в окне перспективы

Применим к выделенному полигону операцию Inset для создания грани как показано на рисунке. Она послужит основой для создания экрана.

рис.4. Применяем к полигону операцию Inset

Вдавливаем образовавшийся полигон внутрь командой Extrude .

рис.5. Вдавили полигон операцией Extrude

Подразбиваем дважды вдавленный полигон операцией Tesselate (Подразбиение), тем самым увеличивая детализацию передней грани для возможности дальнейшей ее деформации. Вообще не рекомендуется злоупотреблять этой операцией в своих моделях.

рис.6. Увеличиваем детализацию грани операцией Tesselate

Переходим на уровень вертексов и выделяем центральную вершину экрана.

рис.7. Выделили центральный вертекс

Активируем режим мягкого выделения Soft Selection (Благодаря ему мы сможем деформировать объект более плавно). Обратите внимание на параметры Falloff и Bubble. Falloff отвечает за ширину зоны захвата соседних вертексов. Bubble - за форму распределения весов. Цветовое окрашивание наглядно показывает степень захвата.

Теперь переместим центральный вертекс немного вперед чтобы придать округлости экрану. По окончании обязательно выйдите из режима мягкого выделения.

рис.8. Перемещаем центральный вертекс немного вперед в режиме мягкого выделения

Экран готов, тепрь надо подготовить заднюю стенку. Снова переходим на уровень полигонов и выделяем заднюю грань.

рис.9. Выделили заднюю грань телевизора

Применяем к выделенному полигону операцию Bevel (Выдавливание со скосом).
Height - величина выдавливания
Outline - степень сужения

рис.10. Выделили заднюю грань телевизора

Вновь выдавливаем заднюю грань операцией Extrude .
Height - величина выдавливания

Что такое, и для чего используется полигональное 3D моделирование?

Полигональное 3D моделирование (Polygonal modeling) является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. С ним современный человек сталкивается практически каждый день, возможно, этого даже не осознавая. Кино, мультипликация, компьютерные игры, виртуальная реальность и т.д. – все это направления, где используется полигональная 3D графика.

С появлением 3D принтеров полигональные модели стали также использоваться для 3D печати объектов.

В связи с возрастающей популярностью 3D принтеров, и сравнительно более простым 3D моделированием по сравнению с поверхностным/твердотельным, форматы полигональных моделей стали больше применять разработчики CNC программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). В основном ЧПУ по дереву, пластикам и мягким металлам.

Чтобы иметь правильное представление о 3D моделировании, и корректно поставить задачу дизайнеру, достаточно знать несколько основополагающих принципов.

Сегодня существует два основных направления развития 3D моделирования объектов: полигональное и твердотельное (поверхностное).

Основное направление, где используется полигональное 3D моделирование, - 3D графика. Твердотельное/поверхностное - промышленный дизайн.

В зависимости от того, какое конечное изделие Вы хотите получить, выбирается твердотельное (поверхностное) 3D моделирование, либо полигональное.

Например, если вы ходите напечатать на 3D принтере игрушку или вырезать на фрезерном станке 3D рельеф картины из древесины, то следует выбрать полигональный формат 3D модели. Если же собираетесь выпустить любое промышленное изделие, то Вам придется остановить свой выбор на твердотельном формате. (см. раздел «Технологии» Твердотельное / поверхностное 3D моделирование).

Различия двух форматов заключаются в принципах формирования 3D объекта. В полигональном 3D моделировании объекты строятся из полигонов, в твердотельном /поверхностном 3D моделировании объекты строятся из геометрических элементов, таких как линии. кривые, сплайны и т.д., а на основании этих элементов строятся различные геометрические фигуры.

Полигон – это единичный элемент поверхности, представленный в виде треугольника, либо четырехугольника, который размещен в трехмерной системе координат. Фактически полигональное моделирование является потомком растрового двухмерного изображения (всем хорошо известного пикселя), но в трехмерной системе координат.

Качество полигональной 3D модели определяет количество полигонов, и сопряжения их ребер друг с другом. Всегда действует правило - чем больше полигонов, тем выше детализация полигональной 3D модели.

В 3D моделировании, при высокой детализации полигональной модели, не имеет большого значения сопряжение ребер, если Вы собираетесь изготовить данное изделие на 3D принтере, либо на фрезерном станке. Как правило, системы CNC на станках, которые воспринимают данный формат, имеют алгоритмы, которые делают несущественными подобные ошибки полигональной 3D модели.

Полигональные модели не используется для изготовления сложных деталей на станках по причине невозможности обработки детали различными инструментами в процессе механической обработки. А это крайне важное условие, если обрабатывается промышленная деталь. Высока вероятность того, что лицензионное CNC программное обеспечение к современным металлообрабатывающим станкам не будет даже иметь импорта полигональных моделей.

Так что, если у Вас стоит задача изготовить изделие с высокой точностью, с ровными отверстиями, резьбой и т.д, то следует выбрать поверхностное/твердотельное 3D моделирование.

Самым распространенным форматом полигональной 3D модели, воспринимаемым большинством CNC программ, для формирования управляющих программ для станков является - *.STL (Binary).

Менее распространены *.3DS,*.OBJ, *.ASC, *.PLY, *.FCS.

Хотим обратить Ваше внимание на то, что эффективного конвертера для преобразования STL в IGS, STP (твердотельную модель) на текущий момент не существует. Все решения дают посредственный результат, который нельзя использовать без дополнительных доработок 3D модели.

Конвертация полигональной 3D модели из одного формата полигонов в другой обычно производится путем пересохранения файла 3D модели в нужном формате.

Помните, что правильный выбор формата данных перед началом моделирования, и корректная постановка задачи исполнителю Вашего заказа – это основа для получения ожидаемого качества изделия!

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование (polygonal modeling) - это самая первая разновидность трехмерного моделирования, которая появилась в те времена, когда для определения точек в трехмерном пространстве приходилось вводить вручную с клавиатуры координаты X, Y и Z. Как известно, если три или более точек координат заданы в качестве вершин и соединены ребрами, то они формируют многоугольник (полигон), который может иметь цвет и текстуру . Соединение группы таких полигонов позволяет смоделировать практически любой объект. Недостаток полигонального моделирования состоит в том, что все объекты должны состоять из крошечных плоских поверхностей, а полигоны должны иметь очень малый размер, иначе края объекта будут иметь ограненный вид. Это означает, что если для объекта на сцене предполагается увеличение, его необходимо моделировать с большим количеством полигонов (плотностью) даже, несмотря на то, что большинство из них будут лишними при удалении от объекта.

Благодаря росту мощности процессоров и графических адаптеров , в графических программах наблюдается переход с полигонов на сплайны , и на данный момент уже существуют программы, абсолютно не поддерживающие полигональное моделирование. Тем не менее, благодаря огромной популярности трехмерных игр реального времени, полигональному моделированию было воздано по заслугам, поэтому многофункциональные средства редактирования полигонов постепенно преобразовываются в инструменты для работы со сплайнами.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Полигональное моделирование" в других словарях:

Тип трёхмерная графика Разработчик Autodesk … Википедия

Autodesk 3ds Max Тип трёхмерная графика Разработчик Autodesk ОС … Википедия

Запрос «Houdini» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Houdini … Википедия

Файл:Zbrush002.PNG 3D Скульптура, выполненная в Zbrush Цифровая скульптура (скульптурное моделирование или 3d скульптинг) вид изобразительного искусства, произведения которого имеют объёмную форму и выполняются с помощью специального программного … Википедия

2006, запущенный под Windows XP. Тип Программы САПР Разработчик Autodesk … Википедия

Логотип компании 3D Coat (3Д Коут) коммерческая компьютерная программа для моделирования различных органических объектов и грубых низкополигональных 3D моделей; предоставляет широкий набор инструментов, которые позволяют пользователям… … Википедия

Наземный Лазерный Сканер (НЛС) это съёмочная система, измеряющая с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до точек объекта и регистрирующая соответствующие направления (вертикальные и… … Википедия

Книги

• , Миловская Ольга Сергеевна. Для эффективной работы в 3ds Max 2018 понадобится многое - моделирование, настройка материалов, постановка источников света и, наконец, визуализация. Уникальная системаобучения, предложенная…
• 3ds Max 2018. Дизайн интерьеров и архитектуры , Ольга Миловская. Для эффективной работы в 3ds Max 2018 понадобится многое - моделирование, настройка материалов, постановка источников света и, наконец, визуализация. Уникальная системаобучения, предложенная…