Глава 1. Теоретические основы 3d-моделирования

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

на тему:

«АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ 3D- МОДЕЛИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ 3D-ПЕЧАТИ»

 

Выполнил: Бурцев Игорь Игоревич,

ученик 11 А класса

Научный руководитель: Гербут Светлана Сергеевна, учитель информатики

 

 

Тула, 2021 год

 

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ.. 6

1.1. Трёхмерная графика. 6

1.2. 3D-моделирование. 6

1.2.1. Этапы создания 3D-модели. 6

1.2.2. 3D-принтер. 7

1.2.2.1. История создания. 8

1.2.2.2. Области применения. 9

1.2.2.3. Подготовка к печати. 10

1.2.2.4. Технологии печати. 11

1.2.2.5. Виды материалов. 12

1.3. Программы для 3D-моделирования, их интерфейсы и функционалы.. 16

1.3.1. Tinkercad. 16

1.3.1.1. Основные сведения. 16

1.3.1.2. Интерфейс и навигация. Работа с объектами. 17

1.3.2. КОМПАС-3D.. 19

1.3.2.1. Основная информация. 19

1.3.2.2. Интерфейс. 19

1.3.2.3. Функционал и возможности. 20

1.3.3. Blender 22

1.3.3.1. Основная информация. 22

1.3.3.2. Интерфейс. 22

1.3.3.3. Функционал и особенности. 23

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛИ.. 25

2.1. Создание модели башни Одоевских ворот Тульского кремля с помощью Tinkercad. 25

2.1.1. Подготовка к работе. 25

2.1.2. Моделирование башни Одоевских ворот. 25

2.2. Создание модели реактивной системы залпового огня «СМЕРЧ» на шасси МАЗ-530М.. 29

2.2.1. Подготовка к работе. 29

2.2.2. Моделирование РСЗО.. 30

Заключение. 33

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 34

ПРИЛОЖЕНИЯ.. 36

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире технологии развиваются очень быстро, а вместе с ними развиваются компьютерная техника и её программное обеспечение. В наше время каждый человек имеет представление о том, что такое 3D-графика, трёхмерное моделирование и трёхмерное изображение. Этому способствуют реалистичные спецэффекты, использующиеся в киноиндустрии, виртуальные миры компьютерных игр, поражающие своей правдоподобностью. Сталкиваясь с трёхмерной графикой в повседневной жизни, мы порой даже не замечаем её, как это происходит, например, при просмотре рекламы различных товаров и услуг. При конструировании архитектурных сооружений, различной техники, вооружения применяют компьютерные технологии. Они используются и при разработке дизайна интерьеров: благодаря этому можно увидеть готовый вариант ещё до создания обстановки в реальном мире. Трёхмерная графика позволяет создавать трёхмерные макеты всевозможных объектов, повторяя их геометрическую форму и имитируя материал, из которого они созданы. Чтобы получить полное представление об определенном объекте, необходимо осмотреть его со всех сторон, с разных точек, при различном освещении, и в этом опять же может помочь компьютерное моделирование. Более того, оно используется учёными из разных областей науки: астрономии, физики, химии, биологии, медицины, истории и многих других.

Таким образом, благодаря массовому распространению программ создания компьютерной графики, трёхмерное моделирование плотно вошло в нашу жизнь и стало обыденностью. Программы трёхмерной графики – наиболее интересные по своему функционалу, однако из-за этого многие из них сложны для освоения. На сегодняшний день существует большое количество как онлайн-платформ для 3D-моделирования (например, Tinkercad[1]), так и пакетов программ (КОМПАС-3D[2], Autodesk 3ds Max[3], Maya[4], Blender[5] и многие другие), их возможности различны и зависят от сферы применения и задач, для решения которых они используются.

 Актуальность темы обусловлена тем, что в современном мире 3D-моделирование используется во многих сферах деятельности, и с каждым днём её значение становится всё больше и больше.

Цель работы – изучить 3D-моделирование в различных программах и создать трёхмерную модель.

Для достижения этой цели мне нужно будет решить следующие задачи:

- знакомство с основами 3D-моделирования с помощью онлайн-платформы Tinkercad, создание простой трёхмерной модели;

- изучение функционала программы КОМПАС-3D, принципов работы в ней и создания трёхмерной модели;

- ознакомление с функционалом программы Blender, принципами работы в ней и созданием трёхмерной модели;

- исследование принципов работы с 3D-принтером;

- сравнение программ, их возможностей и сложности работы.

Объектом исследования является моделирование компьютерной графики.

Предмет работы – программное и технологическое обеспечения для 3D-моделирования и 3D-печати.

Методы исследования, применяемые в ходе работы: сравнительный анализ, анализ литературы, моделирование, сравнение, материальное моделирование.

Теоретическая значимость проекта состоит в изучении принципов работы в программах для 3D-моделирования, а также принципов работы с техникой для 3D-печати.

Практическая значимость работы состоит в формировании навыков работы в различных программах компьютерного моделирование и создания трёхмерных моделей разной сложности.

При знакомстве с 3D-моделированием и освоении навыков работы в программах для создания трёхмерных моделей использовались труды следующих авторов: Конакова И.П., Миловская О. С.. Вопросы, относящиеся к затронутой теме, освящаются также в журналах «Молодой учёный»[6], «Техника молодёжи»[7].

Для создания трёхмерной модели применялись работы таких исторических экспертов, как: Шевчук А.В., Косточкин В.В.

Работа состоит из введения, двух глав и заключения. Глава 1 содержит в себе теоретическую информацию о 3D-моделировании. В главе 2 описано создание компьютерной 3D-модели и её печать с помощью специального оборудования.

 

Трёхмерная графика

Трёхмерная графика – это раздел компьютерной графики, в котором рассматриваются способы создания изображений или видео с помощью моделирования объёмных объектов в трёхмерном пространстве[8].

Графическое изображение трёхмерных объектов представляет собой проецирование трёхмерной модели сцены на плоскость с помощью специальных программ. (Однако сейчас, в связи с появлением 3D-принтеров и 3D-дисплеев трёхмерная графика – это не обязательно построение проекций объектов на плоскости).

3D-модели представляют собой трёхмерные пространственные модели различных объектов или территорий.

 

D-моделирование

Этапы создания 3D-модели

Процесс создания виртуальной трёхмерной модели объекта называется 3D-моделированием. Целью 3D-моделирования является создание зрительного образа определённого объекта; создаваемая при этом модель может быть как объектом из реального мира, так и полностью абстрактным объектом. Для создания трёхмерной модели используются программные средства – специализированные приложения для 3D-визуализации, а также аппаратные средства, к которым относят 3D-принтеры и 3D-мониторы (то есть устройства, с помощью которых создаётся и отображается модель).

Создание 3D-модели выполняется в несколько этапов:

1. Получение трёхмерного изображение на плоскости

2. Рендеринг

3. Вывод модели на монитор (либо её печать)

Получение трёхмерного изображения осуществляется с помощью программных средств, и этот процесс также можно разделить на несколько шагов:

1. Моделирование, то есть создание математической модели (с помощью математических формул), задание соответствующих размеров. Таким образом, получается «каркас» трёхмерной модели.

2. Текстурирование – присвоение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур, в том числе настройка свойств различных материалов, таких как прозрачность, отражения, неровность и прочее.

3. Освещение, которое заключается в создании, направлении виртуальных источников света и их настройке (источники света могут иметь и отрицательную интенсивность, в таком случае они будут затемнять зону своего влияния).

В ходе рендеринга (от англ. «Rendering» – визуализация) созданному при моделировании «каркасу» придают более приятный для человеческого восприятия вид, а именно: закругляют углы, сглаживают полигоны, происходит отображение света и текстур объекта. Как и первый этап, рендеринг также осуществляется с помощью программных средств.

Последний этап осуществляется с помощью аппаратных средств: модель выводят на 3D-монитор или создают в реальном мире с помощью печати на 3D-принтере.

D-принтер

3D-принтером называют устройство, позволяющее, в отличие от обычного, 2D-принтера, печатающего двухмерную информацию на плоских поверхностях, производить вывод трёхмерной информации. Трёхмерная (или 3D-) печать осуществляется путём послойного (как правило, снизу вверх) создания физического объекта в реальном мире на основе виртуальной трёхмерной модели этого объекта, созданной в любой CAD-программе (системе автоматизированного проектирования).

 

История создания

История 3D-принтера берёт своё начало в 1948 году, когда американец Чарльз Халл разработал технологию создания из фотополимеризующейся композиции (ФПК) материальных трёхмерных объектов путём их послойного «выращивания». Однако патент на своё изобретение Чарльз получил лишь в 1986 году; в это же время он основал компанию 3D System и начал разработку первого устройства для промышленной трёхмерной печати. Оно было представлено общественности в 1987 году. Чарльз Халл называл своё устройство «установкой для стереолитографии». Такие понятия, как «3D-принтер» и «3D-печать» появились позже, в 1995 году. Таким образом, Чарльзом Халлом была разработана SLA-печать.

Другая технология трёхмерной печати была придумана Скоттом Крампом. Всё началось с того, что он решил с помощью клеевого пистолета сделать игрушку для своей дочери. Впоследствии появилась идея автоматизации и смешивания пластика с воском, и 30 октября 1989 года Крамп подал заявку, чтобы запатентовать своё изобретение: аппарат для создания трёхмерных объектов методом послойного наплавления. Так была создана технология FDM-печати. В том же году он основал компанию Stratasys, которая и сейчас занимается производством и поддержкой принтеров.

Первые установки для трёхмерной печати создавались для использования на промышленных предприятиях; они имели большие размеры и могли стоить очень дорого. Однако технология трёхмерной печати развивалась, и 3D-принтеры становились всё более компактными и доступными, стали появляться установки для 3D-печати не только для крупных производственных предприятий и коммерческих организаций, но и для мелких предпринимателей и домашних хозяйств.

Области применения

В настоящее время области применения 3D-печати уже сильно расширены по сравнению с временем, когда данная технология только начала внедряться в жизнь людей. Сейчас трёхмерная печать используется в следующих областях человеческой деятельности:

– Архитектура: технология, позволяющая быстро создавать всевозможные пробные миниатюрные конструкции и макеты очень востребована в этой области. Более того, 3D-печать уже может применяться для создания полноценных зданий, причём за сравнительно короткое время.

– Инженерия: в ходе конструирования всевозможных прототипов обязательным этапом является создание предварительных макетов, и в этом инженерам помогает трёхмерная печать.

- Медицина: с помощью 3D-печати могут воспроизводиться искусственные имплантаты и протезы, требующие высокого уровня точности при их реализации, причём стоимость их создания гораздо меньше, чем производство аналогичных предметов из других материалов с помощью других технологий. Более того, ведутся поиски способов воссоздания живых органов для их последующей имплантации.

– Обучение: с распространением 3D-принтеров появляется возможность создавать собственные наглядные пособия, что поможет ученикам лучше понимать и усваивать учебный материал. Более того, учащиеся смогут самостоятельно воплощать свои конструкторские и дизайнерские идеи в жизнь, создавая различные прототипы и необходимые детали.

- Бизнес: в настоящее время возможности применения трёхмерной печати в этой области очень обширны, и по мере того, как эта технология всё больше распространяется, эти возможности становятся всё более безграничными.

- Бытовое использование: уже сейчас возможно приобрести 3D-принтер для домашнего использования, но такие принтеры становятся всё более доступными, и скоро каждый желающий сможет иметь собственный 3D-принтер у себя дома, и границы его использования будут зависеть только от воображения владельца.

 

Подготовка к печати

Для того, чтобы распечатать трёхмерный объект, необходимо сначала получить виртуальную модель этого объекта:

- Можно использовать готовую виртуальную модель, скачав её, например, из Интернета;

- Виртуальную модель можно создать самостоятельно с помощью специализированных программ;

- Можно получить виртуальную модель объекта, отсканировав его с помощью 3D-сканера.

3D-сканер – это устройство, которое анализирует форму предмета и может на основе данных, полученных с помощью проведённого анализа, создать 3D-модель этого предмета[9].

Существует 2 вида 3D-сканеров:

1. Контактный – сканирование проводится при контакте сканера с исследуемым объектом.

2. Бесконтактный – такие сканеры получают представление о форме объекта на основе отражённых от этого объекта излучений.

a) Активные сканеры сами излучают на объект некоторые направленные волны. Как правило, в качестве волн используются светодиодные или лазерные лучи; также могут использоваться рентгеновское излучение, инфракрасное излучение или ультразвук.

b) Пассивные сканеры используют отражённое окружающее излучение (как правило, видимый свет), не создавая излучение самостоятельно.

После получения виртуальной трёхмерной модели объекта можно приступать к его печати.

 

Технологии печати

Существует несколько способов печати, в большинстве из которых материальная модель получается при послойном наращивании полимеров, такой способ носит название «FDM» (от англ. «fuseddepositionmodeling» - моделированием методом направления). Этот способ печати далеко не самый точный и при работе с некоторыми видами пластика могут возникнуть определённые проблемы, но у него есть и преимущества перед другими видами: малые затраты, небольшие габариты оборудования и лёгкость постобработки напечатанных моделей.

Помимо FDM, существуют и другие технологии 3D-печати, отличающиеся принципами работы:

- SLS (от англ. «selectivelasersintering» – селективное (выборочное) лазерное спекание). Специальный мелкодисперсный порошковый материал (обычно, металлический) поступает в принтер при помощи вращающегося вала, затем равномерно распределяется по поверхности принтера. Лишний материал принтер удаляет (и использует его в дальнейшем), а нужные участки спекает с помощью лазера. Деталь при этом неподвижна, что обеспечивает высокую точность печати; печать таким способом не требует дополнительных поддержек для создаваемого объекта, готовые изделия имеют высокую прочность. Однако изготовленная таким способом модель имеет неровности поверхности, в следствие чего нуждается в последующей обработке; кроме того, 3D-принтеры, работающие по принципу SLS, имеют большие габариты и нуждаются в дополнительном оборудовании.

- SLA (от англ. stereolithography – стереолитография) является одним из наиболее часто используемых принципов трёхмерной печати. Этот способ основан на воздействии лазерного луча на фотополимерную смолу (вещество, которое затвердевает под воздействием света, чаще всего - ультрафиолетового). Излишки смолы удаляются для повторного использования, а после добавляется новый слой фотополимера. При печати отсутствуют какие-либо ограничения по геометрии создаваемого предмета; напечатанные таким способом объекты имеют гладкую поверхность (следовательно, нет нужды в обработке после печати), более того, принтеры такого принципа работы способны создавать модели с большим уровнем детализации. Недостатком является высокая стоимость сырья для печати, необходимость дополнительного оборудования, а также хрупкость готового изделия.

- Склеивание порошков. В сопло принтера поступает крахмально-целлюлозный порошок и клей на водной основе, который связывает этот порошок, формируя контуры модели. Для придания напечатанному предмету прочности пустоты в нём заливают жидким воском.

- Струйное моделирование осуществляется одновременным нанесением моделирующего и поддерживающего материалов. После их нанесения производится фотополимеризация, а затем – механическое выравнивание. С помощью струйного моделирования можно создавать и твёрдые, и мягкие изделия.

 

Виды материалов

- ABC-пластик. Этот материал известен как акрилонитрилбутадиенстирол. Он является одним из лучших расходных материалов для 3D-печати. ABC-пластик не имеет запаха, не токсичен, ударопрочен и эластичен; его температура плавления составляет от 220^оС до 248^оС. Он поступает в розничную продажу в виде порошка или тонких пластиковых нитей, намотанных на бобины. Объекты, напечатанные при помощи АВС-пластика, долговечны, однако не переносят прямой солнечный свет. Этим материалом можно печатать только непрозрачные модели.

- Акрил можно использовать, чтобы создать прозрачные 3D-модели. При печати акрилом нужно учитывать, что его температура плавления выше, чем у ABC-пластика. К тому же, этот материал быстро остывает и затвердевает. В акриле высокой температуры образуется множество пузырьков воздуха, которые в дальнейшем могут вызывать искажения и создавать неровности у готового изделия.

- Бетон. 3D-печать можно осуществлять в том числе и бетоном, и для этого уже созданы прототипы специальных 3D-принтеров. Они имеют большие габариты и могут печатать не только отдельные строительные детали и конструкции, но даже целые дома. Для такой 3D-печати используют усовершенствованный бетон, но его состав совпадает с обычным на 95%.

- Гидрогель. При помощи 3D-принтера и гидрогеля учёные из иллинойского университета смогли напечатать биороботов размерами 5-10 мм. На их поверхность поместили клетки сердечной ткани, которые распространились по гидрогелю и начали сокращаться, тем самым заставляя роботов двигаться. Такие биороботы из гидрогеля обладают способностью передвигаться со скоростью 236 микрометров в секунду. В будущем их будут запускать в организм человека, чтобы обнаруживать и нейтрализовывать опухоли и токсины, а также осуществлять транспортировку лекарственных препаратов к месту их назначения.

- Бумага. Существуют 3D-принтеры, в качестве материала для печати использующие обычную бумагу формата А4. Бумага - это доступный и недорогой материал, поэтому модели, напечатанные на таком принтере, получаются недорогими и доступными для пользователей. Так же, как и в большинстве технологий печати, на бумажном 3D-принтере печать происходит послойно, и каждый слой вырезается принтером и наклеивается на предшествующий ему слой. Бумажные модели быстро печатаются, однако они не обладают высокой прочностью, эстетичностью и не являются долговечностью. Модели из такого материала идеально подходят для быстрого создания прототипов проекта: дёшево и быстро.

- Гипс. Гипсовые материалы активно используются в современной 3D-печати. Изготовленные из гипса модели недолговечны, но имеют крайне низкую себестоимость. Для изготовления макетов, предназначенных для показа на презентациях, целесообразно выбирать именно гипсовую 3D-печать. Модели, напечатанные с её помощью, отлично передают форму, структуру и размер оригинального изделия. Кроме того, гипсовые материалы имеют значительную термостойкость, в следствие чего их можно использовать в качестве литейных образцов и форм.

- Деревянное волокно. Специальное деревянное волокно для трёхмерной печати разработал учёный Кай Парти. Такое волокно скомбинировано из дерева и полимера и по своим свойствам похоже на полиактид. Такая комбинация обеспечивает долговечные и твёрдые модели, которые имеют вид деревянных изделий и запах свежеспиленного дерева.

- Лёд. В 2006 году двумя канадскими профессорами был получен грант на развитие технологии 3D-печати фигур изо льда. За три года они научились создавать при помощи 3D-принтеров небольшие ледяные предметы. Печать льдом проводится при температуре -22°С, в качестве расходных материалов используются вода и метиловый эфир, разогретый до температуры 20°С.

- Металлический порошок. Для того, чтобы придать напечатанной трёхмерной модели металлический вид и тактильное ощущение, а также высокую прочность, при 3D-печати очень часто используется порошок из лёгких и драгоценных металлов, таких как медь, алюминий, из их сплавов, из золота и серебра. Однако металлические модели не имеют достаточной химической стойкости и обладают высокой теплопроводностью, поэтому в металлический порошок добавляют стекловолоконные и керамические вкрапления.

- Нейлон. Печать нейлоном имеет много общего с печатью АВС-пластиком. Различия заключаются в более высокой температуре печати (около 320°С), высокой способности впитывать воду, более продолжительном периоде застывания, необходимости откачки воздуха из экструдера (это связано с токсичностью компонентов, входящих в состав нейлона). Нейлон - это достаточно скользкий материал, из-за чего при печати нейлоном следует оснащать экструдер шипами. Несмотря на перечисленные недостатки, нейлон успешно используют в 3D печати, поскольку детали, изготовленные из этого материала, получаются не такими жёсткими, как из АВС-пластика, и для них можно использовать шарниры скольжения.

- Поликапролактон (PCL). По своим свойствам этот материал близок к биоразлагаемым полиэфирам. Он является одним из самых популярных расходных материалов для 3D-печати. Поликапролактон имеет низкую температуру плавления, малое время затвердевания; он обеспечивает прекрасные механические свойства готовых изделий, легко разлагается в человеческом организме и безвреден для человека.

- Поликарбонат (PC). Поликарбонат - это твёрдый пластик, способный сохранять свои физические свойства в условиях экстремально высоких и экстремально низких температур. Этот материал обладает высокой светонепроницаемостью, имеет высокую температуру плавления, а также удобен для экструзионной обработки (то есть придания свойства пластичности). Синтез поликарбоната сопряжён с рядом трудностей и вреден для экологии. Данный материал используется для печати сверхпрочных моделей в некоторых технологиях 3D печати: лазерном спекании(SLS), изготовлении моделей методом ламинирования (LOM) и моделировании методом направления (FDM).

- Полилактид (PLA). Данный материал является самым биологически совместимым и экологически чистым материалом для 3D-принтеров. Он изготавливается из остатков биомассы, силоса сахарной свёклы или кукурузы. Кроме большого количества положительных свойств, полилактид обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, модели, изготовленные из него, недолговечны и постепенно разлагаются под тепловым и световым действиями. Во-вторых, стоимость производства полилактида очень высока, что приводит к высокой стоимости полученных при таком методе печати моделей. Этот материал применяется в таких технологиях 3D-печати, как SLS и FDM.

- Шоколад. Британскими учёными был представлен первый 3D-принтер, способный печатать любые шоколадные фигурки, заказанные оператором. Как и большинство прочих принтеров, этот принтер также осуществляет печать послойно, нанося каждый следующий слой шоколада поверх предыдущего. Шоколад обладает способностью быстро застывать и твердеть при охлаждении, благодаря чему процесс печати протекает довольно быстро. Такие принтеры могут стать весьма востребованными в кондитерских и ресторанах.

- Прочие материалы. Помимо всех перечисленных, печать трёхмерных изображений можно осуществлять и многими другими материалами, такими как, например, глиняные смеси, известковые порошки, продукты питания, живые органические клетки и т.д., что может использоваться в абсолютно различных сферах человеческой деятельности. О том, какие материалы для 3D печати будут использоваться в ближайшем будущем, остаётся лишь догадываться.

Tinkercad

Основные сведения

Tinkercad – это программа для параметрического моделирования, в основе которой лежит работа с геометрическими примитивами (такими как куб, шар, пирамида и многие другие), имеющими собственные параметры. Таким образом, любая модель, созданная в этой программе, состоит из множества простых фигур, соединённых битовыми и логическими операциями. Кроме того, Tinkercad является облачным онлайн-сервисом, благодаря чему для работы в нём не требуется устанавливать программу и файловый носитель, все проекты сохраняются на сервере Autodesk. Для того, чтобы начать работу в этой программе, нужно иметь устойчивое подключение к интернету и зарегистрироваться на сайте Tinkercad[10].

Tinkercad является одной из самых простых программ для 3D-моделирования, так как имеет ограниченный функционал. Однако благодаря этому он прост и быстр в освоении. И даже несмотря на то, что его функционал не так обширен по сравнению с другими 3D-редакторами, в Tinkercad можно создавать довольно сложные объекты.

 

КОМПАС-3D

Основная информация

КОМПАС-3D – это универсальная система трёхмерного проектирования с возможностями твердотельного, поверхностного и прямого моделирования. Ключевой особенностью этой программы является обеспечение сквозного процесса проектирования от реализации идеи в 3D до подготовки полного комплекта документации. В основе КОМПАС-3D лежат собственное математическое ядро и параметрические технологии. В данной программе присутствуют инструменты для коллективного проектирования различных изделий, а также строительных объектов любой степени сложности. КОМПАС-3D позволяет подготовить полноценную электронную модель изделия, здания или сооружения.

КОМПАС-3D имеет несколько версий для персонального использования:

- КОМПАС-3D Home – включает в себя электронную или же дисковую лицензию на год, стоимостью в 1490 рублей, продление на год составит 550 рублей;

- КОМПАС-3D LT – ориентирована на новичков, которые только знакомятся с проектированием и инженерной специальностью;

- КОМПАС-3D (учебная версия) – доступна для студентов инженерных и технических вузов, выдается бесплатно.

 

Интерфейс

В нижней части страницы можно выбрать следующие режимы работы:

- открыть имеющийся проект;

- создать проект;

- создать чертеж;

- текстовый документ готового проекта;

- сборка и технологическая сборка;

- деталь для проекта.

После выбора режима работы перед пользователем откроется окно софта, включающее в себя следующие функции:

- заголовок – с помощью него можно задать имя файла;

- главное меню – содержит основные команды по работе с проектом, для различных режимов работы содержатся отдельные команды;

- панели инструментов – активируются при необходимости дополнительных команд для различных объектов;

- компактная панель – позволяет обратиться к наиболее используемым командам для работы;

- окно работы с переменными – позволяет настраивать связи между моделями в виде математических значений;

- библиотека – предназначена для использования встроенных стандартных объектов, таких как различные элементы резьбы, деталей труб, детали электрики; также включает обозначения материалов. Эта функция позволяет значительно упростить работу над проектом;

- панель свойств и параметров – в окне свойств можно изменять различные свойства модели: цвет, длину отрезков на чертеже; окно свойств работает только при разработке с чертежами. Свойства вызываются командой «Редактор + свойства». Окно параметров позволяет работать со всеми видами документов и появляется автоматически при открытии проекта;

- сообщения – в этом окне отображаются сообщения программы при работе над проектом;

- дерево документа – отображает все совершённые над объектом действия, позволяет изменять взаимосвязи деталей и их размеры.

 

Функционал и возможности

КОМПАС-3D содержит в себе множество полезных функций для работы над инженерными проектами:

- параметрическая и твердотельная разработка – даёт возможность при помощи эскизов создавать модель, к которой применяются все основные свойства программного обеспечения;

- библиотека стандартных моделей – позволяет использовать для разработки встроенный каталог простых деталей;

- 2D проектирование – создание чертежей и технической документации проекта;

- использование листового материала – проектирует детальные изделия, включая изгибы, резьбу, вырезу, отверстия;

- учет допусков – учитывает усадку, свойства и параметры материалов, а также технологию производства окончательного проекта;

- инструментарий – содержит обширный набор инструментов, включая изменение размеров, геометрию объекта, шероховатость;

К преимуществам КОМПАС-3D относят:

- русскоязычный, простой и понятный интерфейс;

- встроенную библиотеку моделей;

- сертифицированные учебные ресурсы от разработчиков;

- низкую стоимость;

- возможность разработки чертежей и 2D проектирования;

- учет свойств разнообразных материалов;

- возможность работы с множеством форматов моделей;

Blender

Основная информация

Blender – это бесплатное программное обеспечение, предназначенное для создания и редактирования трёхмерной графики. Blender поддерживает кроссплатформенность, имеет открытый исходный код, а также является бесплатным и обладает значительной функциональностью, благодаря чему пакет получил известность не только среди новичков, но и среди продвинутых 3D-моделеров. Это приложение практически не уступает по количеству возможностей и функционалу более продвинутым 3D-редакторам. В нём понемногу собрано из различных программ для трёхмерного моделирования, но при этом Blender является полностью самостоятельным и уникальным проектом.

 

Интерфейс

Программа имеет довольно сложный, но гибкий интерфейс, который можно настроить под конкретный вид деятельности, осуществляемый в программе.

- 3D-view – открываемое по умолчанию главное окно программы, которое отображает загруженную которое отображает загруженную трёхмерную сцену. В нём создаются, редактируются и анимируются 3D-объекты, составляющие сцену.

- Properties – отображает различные параметры, относящиеся как к выбранной модели, так и ко всей 3D-сцене:

1) Render – вкладка, содержащая параметры визуализации.

2) Scene – отображает параметры 3D-сцены.

3) Object – содержит различные параметры объекта, в том числе его имя, местоположение и т.д.

4) Modifiers – список, содержащий все модификаторы, назначенные для выбранного объекта. Кроме того, тут можно добавлять новые модификаторы, настраивать и удалять уже имеющиеся.

5) Material – позволяет настраивать материал(материалы) выбранного объекта.

6) Texture – вкладка, предназначенная для настройки текстур материалов объекта и окружающей его среды.

- Userpreferences – окно, позволяющее настраивать вид программы под собственные предпочтения, настройки разделяются на несколько категорий:

1) Interface – настраивает интерфейс программы.

2) Editing – используется для настройки реакций инструментов программы на действия пользователя.

3) Input – настройка горячих клавиш, а также реакций программы на события мыши и клавиатуры.

4) Add-ons – позволяет устанавливать, настраивать и удалять аддоныBlender

5) Themes – вкладка, предназначенная для настраивания цветовой схемы Blender

6) File – вкладка, в которой задаются пути сохранения blend-файлов, текстур, отрендеренных изображений и других файлов, а также пути автосохранения.

7) System – системные настройки, в том числе разрешение, устройство рендеринга, параметры окна просмотра, язык интерфейса и др.

- FileBrowser – файловый менеджер, использующийся для сохранения и загрузки blend-файлов, для импорта и экспорта сцен и медиаданных.

 

Функционал и особенности

К особенностям данной программы можно отнести малую ресурсоёмкость и нагрузку на компьютер (при том, что Blender является многофункциональной программой, позволяющей создавать и редактировать трёхмерную графику, создавать анимацию, компьютерные игры и выполнять скульптинг). Помимо этого, программный пакет стабильно развивается благодаря профессиональной команде разработчиков.

Функционал программы представлен практически всеми существующими способами создания и работы с трёхмерными моделями. В Blender доступно проектирование объектов на основе примитивов, полигонов, битовых и логических операций, базовых инструментов скульптинга и многого другого.

Blender позволяет накладывать на одну модель несколько текстур и, кроме того, оснащён рядом инструментов для текстурирования, включая частичное настраивание текстур. Также программа обладает несколькими встроенными инструментами визуализации и поддерживает интеграцию с разнообразными внешними рендерами.

 

В данной главе были рассмотрены теоретические аспекты 3D-моделирования, что, несомненно, важно для практического создания трёхмерной модели.

На сегодняшний день существует множество различных программных пакетов 3D-редакторов, наиболее известные из которых были рассмотрены в этой главе. Это позволит сделать целесообразный выбор редактора для практической части проектной работы.

 

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛИ

В ходе этой главы я создам две различные модели в двух из рассмотренных трёхмерных редакторах: Tinkercadи Blender. Это позволит не только приобрести навыки по созданию 3D-моделей разных категорий, но и на практике сравнить функционал вышеперечисленных программ, а также удобство работы в них.

 

Подготовка к работе

Перед тем, как приступить непосредственно к созданию модели башни, необходимо было изучить основы работы в программе с помощью курса из нескольких уроков, находящегося на сайте программы во вкладке «Обучение»[11]. Затем с помощью поисковой системы «Яндекс» были найдены фотографии башни (в современном виде) с разных ракурсов, а также старинные планы и рисунки башни (см. Приложение 1).

 

Подготовка к работе

Перед тем, как начать моделирование, необходимо найти фотографии- и рисунки-референсы в сети Интернет (см. Приложение№2), а также изучить принципы работы в программе Tinkercad.

 

Моделирование РСЗО

           1. Первым этапом является создание шасси. За основу была взята трапециевидная форма, к которой были добавлены колёса, подпорки для фиксации автомобиля во время стрельбы, а также брызговики с фарами.

Рис.5. Шасси и колёса

2. Затем из базовых форм с помощью функций «Тело» и «Отверстие» была создана кабина.

Рис. 6. Кабина

 

3. Следующий этап – моделирование самой системы залпового огня (из цилиндров, конусов и параллелепипедов с многократным применением копирования), а также направляющей установки.

Рис. 7. Система залпового огня с установкой

 

4. Заключительный шаг – добавление косметических элементов (фар, антенн, лестниц, топливных баков и др.) и объединение всех объектов в единое целое, а также окрашивание и текстурирование.

 

Рис. 8. Объединённые элементы

 

    Готовая модель выглядит следующим образом: