Вопросы по 3D моделированию | pro-proectirovanie.ru

Основные вопросы по 3D моделированию

Вам может быть также интересно: Конвертация моделей из Компас 3D в CINEMA 4D

Ключ к достижению отличных результатов в области 3D моделирования — работать в тех программах, которые Вы знаете лучше, совершенствовать навыки именно в этих программах, выжимать из них максимум, и уже потом искать для себя что-то новое или дополнительное.

CAD системы — по-русски «системы автоматизированного проектирования» (САПР). В современной проектной отрасли множество различных систем для черчения и моделирования. Лидирующие позиции занимает до сих пор Автокад (AutoCAD). Отечественная САПР производства АСКОН — Компас 3D пока не сильно распространён, однако во многих параметрах и функциях он превосходит зарубежный аналог.

Все наши 3D модели мы разрабатываем в CAD системе АСКОН Компас 3D V16. Для визуализации и рендеринга (Получения фотореалистичных изображений) мы используем MAXON CINEMA 4D R16. Расчёт прочности наших моделей мы предпочитаем вести при помощи ANSYS Workbench R15.

Далее рассмотрим взаимосвязь этих приложений, а также способы получения фотореалистичных изображений более-менее хорошего качества (нет предела совершенству).

Преимущества АСКОН Компас 3D

Каждый проектировщик выбирает для себя то приложение, которое для него более удобное, в котором он быстро ориентируется и может быстро и качественно выполнять те или иные задачи.

Основные преимущества CAD системы Компас 3D:

  • чёткое начало координат (в 2D и 3D);
  • интуитивно понятный интерфейс, не плохая эргономика;
  • оформление документов по ГОСТ в версии «из коробки»;
  • элементы чертежей, соответствующие ГОСТ (стили линий, размеров, стрелки, тексты, шрифты и пр.);
  • быстрая скорость работы;
  • приятное отображение на экране и в печатном виде;
  • простая работа со слоями и масштабами;
  • чтение и экспорт файлов в общепринятые форматы, в том числе в DWG;
  • огромные дополнительные возможности с библиотеками «из коробки»;
  • удобство создания и дальнейшего использования стилей линий и штриховок.

Многие перечисленные преимущества не развиты, либо отсутствуют в принципе в конкурентных системах.

Разработка 3D моделей в Компас 3D V16

Методика разработки 3D моделей зависит от назначения полученной модели. Таким образом, можно выделить три основных подхода к моделированию:

  • для создания чертежей с модели ;
  • для расчёта конструкции методом конечных элементов;
  • для 3D визуализации (рендеринга) деталей.

Все три подхода различаются между собой, рассмотрим подробнее:

Моделирование для разработки сборочных и деталировочных чертежей

Требования, которым должны отвечать 3D модели для формирования на их основе качественных сборочных и деталировочных чертежей, включают в себя:

  • каждая деталь должна быть выполнена отдельно от остальных;
  • наименования деталей и расположение их по слоям значительно упростят работу со сборочным чертежом и спецификациями.

Таким образом, 3D модель, выполненная в Компас 3D должна представлять собой сборку, состоящую из отдельных деталей. Сварочные швы здесь не изображаются, края деталей имеют только ту обработку, какую они должны иметь в действительности — если не предусмотрены фаски и скругления — края моделей должны быть ровными, острыми. На рисунке ниже представлен пример 3D модели, выполненной в Компас 3D V16.

3D модель Компас, металлоконструкция 3D, Компас металлоконструкции
Пример 3D модели для чертежа (1)
3D модель Компас, металлоконструкция 3D, Компас металлоконструкции
Пример 3D модели для чертежа (2)

Пример 3D модели хорошо отражает все особенности выполнения — отсутствие сварных швов и лишних скруглений, для упрощённой ориентации все отдельные детали модели (состоящие в свою очередь из составных частей) окрашены в различные цвета.

Моделирование для проведения прочностных расчётов

Кардинальным образом 3D модели для разработки чертежей и проведения расчётов методом конечных элементов (МКЭ) не отличаются. Однако есть следующие основные моменты, которых стоит придерживаться:

  • Если есть желание провести расчёт максимально приближенный к действительности (с минимумом условностей) — необходимо отдельно проработать сварные швы — выполнить скругления в узлах, где фактически будет сварка (радиус скругления выбирать на основании толщин деталей). Данный метод актуален для небольших конструкций, где возможность проработать все сварные швы не отнимет очень много времени.
  • При проведении расчётов МКЭ на основе модели для чертежей (с острыми кромками и соединениями) будут возникать критически большие напряжения в некоторых местах соединения нагруженных элементов в самых «труднодоступных местах» — так называемые концентраторы напряжений. Чтобы обезопасить себя — можно в этих местах сделать сетку модели более мелкой, чтобы проконтролировать, насколько быстро происходит спад значений напряжений. Фактически, в действительности, в этих местах будут сварные швы, и места концентрации напряжений будут не такими явными. Обычно при указании результатов расчётов — цветных эпюр в технических отчётах добавляют комментарий о наличии сингулярности в результатах расчётов, и не уделяют этому внимания.
3D модель Компас, металлоконструкция 3D, Компас металлоконструкции
3D моделирование для расчётов (1)

На рисунке Выше представлена модель, где сварные швы выполнены скруглениями (вручную). Данный метод позволяет провести более точные расчёты при проектировании особо ответственных деталей и конструкций. При этом нет смысла отображать и передавать в расчёт болтовые соединения, так как их число принято с запасом.

Моделирование для 3D визуализации (рендеринга)

Безусловно, можно передать для рендеринга 3D модель в любом виде. От степени первоначальной подготовки зависит лишь конечный результат. Если передать для рендеринга модель, выполненную для создания чертежей, то при визуализации близких видов будут видны острые углы, отсутствие сварных швов и другие «не реальные» особенности.

3D модели, на основе которых необходимо сделать качественную визуализацию (рендеринг) необходимо подготовить с учётом следующих требований:

  • в модели должны быть только те части, и поверхности, которые будут видны при визуализации. Таким образом, трубчатые элементы необходимо делать сплошными, чтобы не передавались внутренние грани и поверхности;
  • количество деталей в общей 3D модели должно быть оптимизировано. Сложные одинаковые детали лучше сделать отдельными, чтобы потом их можно было расставить вручную (данное требование обоснуем позже);
  • очень длинные детали (соотношение длины к поперечному размеру более 50 приблизительно) лучше сделать составными;
  • винтовые элементы, которые на рендерах будут хорошо видны лучше сделать вручную ещё в своей CAD-системе — Компас 3D.
3D модель Компас, металлоконструкция 3D, Компас металлоконструкции
3D модель для визуализации (1)

На модели на рисунке выше представлена крановая пристёжка, оптимизированная для текстурирования и рендеринга — модель объединена в составные части, выполнены скругления в местах сварных швов, фланцы (как самые сложные части) отделены в самостоятельные элементы — в одном экземпляре для последующей расстановки в сцене. Есть ещё одна желательная функция, которая, к сожалению, здесь не была выполнена — не допускать острых углов, придать всем кромкам хоть какое-нибудь скругление — ведь в природе не бывает абсолютно острых углов. Однако, эти погрешности видны только при рендеринге близких видов.

Проблема «Тело с нарушенной топологией»

В процессе разработки моделей в Компас 3D проектировщика может поджидать, пожалуй одна из самый непонятных ошибок — «Тело с нарушенной топологией». Большинство проектировщиков, впервые столкнувшихся с этой проблемой, затрудняются найти выход, да и на профессиональных форумах нет рабочих решений данной проблемы. Возникновение нарушенной топологии легче предотвратить, если понимать, откуда исходит проблема.

В 99% случаев возникновения нарушенной топологии имеет место образования отклонений в геометрии, толщина которых стремится к нулю, но не равна ему. Так, если при вырезании выдавливанием между контуром эскиза и моделью, из которой происходит вырезание, получается зазор, к примеру, в 0,00000000001 мм (образно говоря) — с вероятностью 99% возникнет именно ошибка топологии. Чтобы избежать вероятности возникновения данных ошибок необходимо отключить функцию «Округление (F7)» на панели инструментов, а также задавать ровные значения при построении эскизов и их привязки.

Ошибки топологии возникают потому, что Компас моделирует поверхности (тела) при помощи вычислений — не работает непосредственно с полигонами, как 3D редакторы, а производит вычисления. При возникновении ошибок вычислений — получаем ошибочную топологию.

Визуализация моделей Компас 3D

В жизни каждого проектировщика, который действительно любит проектировать, создавать, придумывать, рано или поздно возникает тяга к совершенствованию, предпринимаются попытки развиваться в этой области, создавать что-то более красивое, похожее на реальность. Здесь на помощь приходят программы для 3D рендеринга, визуализации и интерактивного представления моделей.

Среди тех программ, которые мы предпочитаем использовать для достижения наилучших результатов можно выделить следующие:

  1. АСКОН Компас 3D V16 для создания 3D моделей.
  2. MAXON CINEMA 4D для настройки и рендеринга моделей.
  3. Unreal Engine 4 для рендеринга в реальном времени и создания анимации.

В следующих статьях мы более подробно рассмотрим о ключевых методах взаимодействия между приложениями, а также увидим некоторые уже наработанные результаты.

С недавнего времени Компас 3D обладает собственным рендером — ArtisanRendering. Однако на просторах интернета не удаётся найти привлекательных примеров работ. Поэтому пока не будем обращать внимания на него. 

Рендеринг моделей Компас 3D в реальном времени в Unreal Engine

С недавнего времени мы продвигаем технологию передачи 3D моделей из Компас 3D в сторонние приложения для рендеринга в реальном времени. Для этой цели как нельзя лучше подходит игровой движок Unreal Engine 4.

Рассмотрим некоторые промежуточные результаты на конкретном примере. Стоит заранее упомянуть о том, что на следующих картинках все модели выполнены в Компас 3D V16.

Коттедж Компас 3D, модель здания, частный дом 3D
Частный дом в Компас 3D (1)
Дом в Компас 3D, 3D модель коттеджа, 3D модель здания
Частный дом в Компас 3D (2)

На рисунках сверху представлена 3D модель коттеджа, состоящая из отдельный частей (подсборок и деталей), а также модель в «рентгене», где видно внутренние модели.

Коттедж Компас 3D, модель здания, частный дом 3D
3D модель Патио для добавления в сцену (1)

На картинке сверху показана 3D модель Патио (открытого места для отдыха). Данная модель была спроектирована после формирования общей сцены в Unreal Engine 4, для её дополнения.

На следующих рисунках представлены эти же 3D модели из Компаса 3D в приложении CINEMA 4D — здесь были выполнены развёртки UV-координат, а также присвоение цветов отдельным поверхностям для автоматического формирования id материалов — для удобства последующего наложения материалов в Unreal Engine:

Настройка модели Компас 3D в CINEMA 4D
Настройка модели Компас 3D в CINEMA 4D (1)
Настройка модели Компас 3D в CINEMA 4D
Настройка модели Компас 3D в CINEMA 4D (2)
Настройка и развёртка модели Компас 3D в CINEMA 4D
Настройка и развёртка модели Компас 3D в CINEMA 4D (3)
Настройка и развёртка модели Компас 3D в CINEMA 4D
Настройка и развёртка модели Компас 3D в CINEMA 4D (4)

Экспорт моделей Компас 3D в Unreal Engine 4 производится из CINEMA 4D при помощи формата .fbx.

Для передачи групп сглаживания — модель FBX нужно скачала открыть при помощи 3DsMax и включить автоматическое сглаживание с ограничением угла, и пересохранить в том же формате .fbx.

По результатам всех манипуляций и наложения текстур получаем следующее:

3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (1)
3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (2)
3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (3)

Лестницы также выполнялись в Компасе 3D. С развёрткой пришлось немного повозиться, но в итоге всё получилось отлично.

3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (4)
3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (5)

Благодаря правильно выполненной развёртке UV-координат на картинках сверху материалы «легли» верно — волокно дерева направлено правильно.

Правильность развёртки UV-координат играет для Unreal Engine 4 ещё более важную роль, чем для CINEMA 4D. Unreal Engine 4 автоматически создаёт карты Lightmap (карты освещённости, карты «Лайтмап»), на которые запекает свет и тень. Правильная развёртка UV — ключ к отличным результатам:

3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (6)
3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (7)

На чердаке дома применён материал ковра — выглядит очень прилично, особенно с учётом того, что на рендер затрачиваются доли секунды — всё происходит в реальном времени с частотой кадров не менее 45 в секунду.

3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (8)

Дорожки выполнены из типовой модели, выполненной в Компасе 3D, с ручным текстурированием (потёртостями по углам), с тиражированием по сплайну. Даже уличные светильники выполнены в Компасе 3D V16:

3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (9)

Плавательный бассейн также выполнен в Компасе 3D. С развёрткой криволинейных ступеней пришлось, конечно, повозиться, но результат того стоил:

3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (10)
3D модель Компас в Unreal Engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (11)

Вот, что в итоге получилось из 3D модели Патио:

Unreal Engine 4 archiviz, архитектура unreal engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (12)

В планах выполнить текстуры-маски для лёгких загрязнений и потёртостей, ведь слишком идеальных поверхностей в реальности почти нет.

Unreal Engine 4 archiviz, архитектура unreal engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (13)
Unreal Engine 4 archiviz, архитектура unreal engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (14)
Unreal Engine 4 archiviz, архитектура unreal engine 4
3D модель Компас в Unreal Engine 4 (15)

Движение пламени и облаков происходят в реальном времени, производя непередаваемые впечатления, особенно после статичных кадров из CINEMA 4D.

Визуализация моделей в Unrial Engine 4 занимает гораздо больше времени, чем в CINEMA 4D. Конечно, в конце концов всё компенсируется результатом. Ввиду значительных трудозатрат — стоимость данных услуг также превышает привычную визуализацию.

Лучшие проекты для Вас