3D графика. 3D принтеры
ФГОУ
ВПО «Мичуринский государственный
аграрный университет»
Реферат по информатике
на тему:
«3D графика.
3D принтеры»
Мичуринск 2010
Содержание
Введение………………………………………………………… ……………...…3
1.1.Трёхмерная
графика………………………………………………………….
1.2.Моделирование………….…………...…
1.3.Рендеринг……………………………………………
1.4.Использование
3D графики……………………………………………….....
1.5.Программные
ресурсы……………………………………………………...
2.1.3D-принтеры………………………………………
2.2.Виды
3D-печати………………………………………………….…
2.3.Где
применяется трехмерная печать?
2.4.Коммерциализация
трехмерной печати…………………………………
2.5.Доступность и перспективы трехмерной печати………………………….15
Приложения……………………………………………………
Информационные
ресурсы………………………………………………...……
Введение
Представьте себе ситуацию, что вам срочно нужно приобрести стул или стол на кухню. Сейчас вы, скорее всего, направились бы в обычный магазин за этой покупкой. В лучшем случае посмотрели бы товары в сети интернет. Но уже недалек тот день, когда вы сможете получить уникальный стул или стол не просто, не выходя из дома, но даже без какого-либо посредничества со стороны продавцов или службы доставки магазина. Главное, чтобы у вас дома был 3D-принтер.
Вам нужно
будет только перевести деньги за
продукт с помощью вашей
Все это
может вам показаться фантастикой.
Тогда приготовьтесь. Все это
уже функционирует. Это реальность,
которая пока используется для решения
узкого спектра задач. Но массовое внедрение
технологии в повседневную жизнь уже не
за горами.
1.1. Трёхмерная графика или 3D
Трёхмерная графика или 3D — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.
Трёхмерное изображение
При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира, так и быть полностью абстрактной.
Для получения трёхмерного
1. Моделирование — создание математической модели сцены и объектов в ней.
2. Рендеринг (русск. визуализация)
— построение проекции в соответствии
с выбранной физической моделью.
1.2. Моделирование
Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:
Геометрия - построенная с помощью различных техник модель, например здание.
Материалы - информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон.
Источники света - настройки направления, мощности, спектра освещения
Виртуальные камеры - выбор точки и угла построения проекции
Силы и воздействия - настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации
Дополнительные эффекты - объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.
1.3. Рендеринг
Рендеринг (англ. rendering — русск. визуализация) термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.
На этом этапе математическая
(векторная) пространственная
Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе.
Например:
1. Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX);
2. Сканлайн (scanline) — расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности.
3.Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда;
4. Глобальная иллюминация (англ. global
illumination, radiosity) — расчёт взаимодействия
поверхностей и сред в видимом спектре
излучения с помощью интегральных уравнений
и другие.
Наиболее популярными системами рендеринга можно назвать:
PhotoRealistic RenderMan (PRMan)
Mental ray
V-Ray
FinalRender
Brazil R/S
BusyRay
Turtle
Maxwell Render
Fryrender
Indigo Renderer
LuxRender
YafRay
POV-Ray
1.4. Использование 3D графики
3D графика
очень часто встречается в различных областях
нашей жизни. Порой мы не замечаем того,
что фотография, опубликованная в рекламе,
на самом деле является искусной трехмерной
моделью, которую сложно отличить от реально
сфотографированного объекта.
3D графика
появляется в играх, интернет, на телевидении,
рекламных щитах. 3D графика дизайн становится
всё более востребованной услугой. Современные
технологии в области трехмерной графики
позволяют применять 3D графику в дизайне
не только отдельных объектов, но и целых
миров, что открывает новые возможности
как перед исполнителями, так и перед заказчиками
рекламы.
3D графика
является незаменимым
3D графика
находит широкое применение в
техногенных сферах. Основные потребители
3D - это компании-производители различного
оборудования и организации, занимающиеся
строительством крупной недвижимости.
Производителям оборудования трехмерная
графика позволяет очень наглядно продемонстрировать
принципы работы технологических линий
и отдельных станков.
"Объемный" дизайн позволяет подчеркнуть преимущества и тонкости производственного процесса. С помощью 3D графики есть возможность показать всё оборудование и заглянуть "внутрь" технологического процесса. Эффектная визуализация концентрирует внимание зрителя на ключевых моментах демонстрации. Качественный трехмерный дизайн имеет идеальный вид, что способствует позитивному восприятию презентации в целом.
1.5. Программные ресурсы
Программные
пакеты, позволяющие создавать
3DS
Max — полнофункциональная профессиональная
программная система для работы с трёхмерной
графикой, разработанная компанией Autodesk.
Работает в операционных системах Microsoft
Windows и Windows NT (как в 32-битных, так и в 64-битных).
Весной 2009 года выпущена двенадцатая версия
этого продукта под названием «3ds Max 2010».
Maya
— редактор трёхмерной графики. В настоящее
время стала стандартом 3D графики в кино
и телевидении. Первоначально разработана
для ОС Irix (платформа SGI), затем была портирована
под ОС GNU/Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее
время существует как для 32, так и для 64-битных
систем.
Newtek
Lightwave - легкая в применении трехмерная
анимационная система, обладающая невероятной
мощью. LightWave 3D обеспечивает все: от парящих
логотипов до высококачественной анимации
для кино и телевидения. Интуитивный интерфейс,
мощный моделлер, превосходное управление
анимацией, высочайшее качество рендеринга.
SoftImage
XSI – это 3D анимационное программное
обеспечение применяемое при разработке
игр, создании фильмов и телевизионных
программ. В арсенале SOFTIMAGE XSI имеется полный
набор инструментов для 3D моделирования,
анимации и рендеринга. Базирующаяся на
новой, чрезвычайно гибкой архитектуре,
XSI обеспечивает 3D профессионалов беспрецедентной
мощью и гибкостью для реализации самых
невероятных творческих задумок.
Rhinoceros
3D - это коммерческое программное обеспечение
для трехмерного NURBS моделирования разработки
Robert McNeel & Associates. Преимущественно используется
в промышленном дизайне, архитектуре,
корабельном проектировании, ювелирном
и автомобильном дизайне, в CAD/CAM проектировании,
быстром прототипировании, реверсивной
разработке, а также в мультимедиа и графическом
дизайне.
CINEMA 4D
- является универсальной комплексной
программой для создания и редактирования
трёхмерных эффектов и объектов. Позволяет
моделировать объекты по методу Гуро.
Поддержка анимации и высококачественного
рендеринга.
Zbrush — программа для трёхмерного моделирования, созданная компанией Pixologic. Отличительной особенностью данного ПО является имитация процесса «лепки» 3d-скульптуры, усиленного движком трёхмерного рендеринга в реальном времени, что существенно упрощает процедуру создания требуемого 3d-объекта. Каждая точка содержит информацию не только о своих координатах XY и значениях цвета, но также и глубине Z, ориентации и материале. Это значит, что вы не только можете "лепить" трёхмерный объект, но и "раскрасить" его, рисуя штрихами с глубиной. То есть вам не придётся рисовать тени и блики, чтобы они выглядели натурально — ZBrush это сделает автоматически.
Blender
— пакет для создания трёхмерной компьютерной
графики, включающий в себя средства моделирования,
анимации, рендеринга, постобработки видео,
а также создания интерактивных игр. Особенностями
пакета являются малый размер, высокая
скорость рендеринга, наличие версий для
множества операционных систем — FreeBSD,
GNU/Linux, Mac OS X, SGI Irix 6.5, Sun Solaris 2.8 (SPARC), Microsoft
Windows, SkyOS, MorphOS и Pocket PC. Пакет имеет такие
функции, как динамика твёрдых тел, жидкостей
и мягких тел, систему горячих клавиш,
большое количество легко доступных расширений,
написанных на языке Python.
K-3D — программное обеспечение, система 3D-моделирования и компьютерной анимации. По оценке журнала «Компьютера» система может рассматриваться как хорошая альтернатива профессиональным пакетам.
Wings 3D
- это бесплатная программа 3D-моделирования
с открытым исходным кодом, на которую
повлияли программы Nendo и Mirai от компании
Izware. Программа получила название по названию
технологии обработки полигонов, примененной
в программе. Большинство пользователей
называют её просто Wings. Wings 3D доступна
для многих платформ, включая Windows, Linux
и Mac OS X. Программа использует окружение
и язык программирования Erlang.
Современный мир уже не может обходиться без компьютерной графики. Она движется и развивается очень быстро и стремительно. И возможно в скором будущем мы с Вами будем ходить в магазины, школу, работу, улицу не выходя из дома! А будем это делать в трехмерных мирах.
З
З
2.1. 3D-принтеры
3D-принтер — устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели.
3D-печать может
осуществляться разными
«В профессиональной
среде все уже привыкли к 3д-печати,
но широкие массы в большинстве
просто не знают, что это такое. При
этом применений для бизнеса, не относящегося
к конструкторской или
Перспективы вроде бы очевидны, но пока я думаю вам далеко не все понятно. Что же, не пугайтесь, технология действительно достаточно сложна. Для начала давайте разберемся с тем, что такое эта самая пресловутая 3D-печать, и какие ее виды существуют на сегодняшний день. А потом уже посмотрим на сферы ее применения сегодня и заглянем в недалекое будущее.
2.2. Виды 3D-печати
На сегодняшний день в 3D-печати господствует две принципиально разных технологии - это лазерная и струйная печать. При этом они тоже делятся на виды. Так, лазерная печать подразделяется на три вида: собственно, лазерная печать, лазерное спекание и ламинирование. Во всех этих способах используется своя технология производства продукции. Так, в случае лазерной печати принтер использует жидкий фотополимер, который засвечивается специальной ультрафиолетовой лампой при помощи фотошаблона. Затем все это превращается в твердый материал. Это, конечно, упрощенное описание технологии, но подробное просто выходит за рамки формата данной статьи.
Лазерное спекание проходит несколько иначе - лазер слой за слоем выжигает контур будущей детали на специальном порошке. То есть получается, что производство идет слой за слоем.
Наконец, в случае ламинирования процесс производства состоит из того, что готовый объект создается из большого количества разношерстных слоев, накладываемых друг на друга. Естественно, все это происходит не без помощи лазера.
В струйной печати присутствует два основных способа печати - это застывание материала при охлаждении и спекание порошкообразного материала. В первом случае происходит выдавливание термопластика по каплям на основу будущего продукта, а второй способ по своей сути очень напоминает лазерное спекание. Единственное отличие в том, что в данном случае порошок склеивается с помощью специально предназначенного для этой операции клея.
2.3. Где применяется трехмерная печать?
На сегодняшний день основным применение 3D-принтеров является быстрое прототипирование. Уже давно установлено, что при разработке какой-то сложной модели ее прототип позволяет сократить вероятность появления ошибок в конечном продукте. Многие крупные компании имеют в своих конструкторских подразделениях 3D-принтеры для разработки быстрых прототипов. Так, в свое время Porsche при помощи прототипа изучала работу тока масла в трансмиссии новой модели автомобиля 911.
Преимуществ у быстрого прототипирования множество. В первую очередь это возможность изменения и доводки прототипов во время изготовления. Все это приводит к тому, что компании имеют возможность учесть все особенности товара еще во время разработки.
Кроме того, сегодня 3D-принтеры востребованы при производстве деталей для малосерийного производства, мелких объектов для домашнего использования, сувениров. Но все это мелочь по сравнению с беспилотным самолетом Polecat от компании Lockheed. Большая часть деталей данного летательного аппарата была изготовлена с применением технологии трехмерной печати.
Совсем недавно, а если быть точнее, то в мае 2008 года произошло знаковое научное событие. Профессор из Университета Бат (Великобритания) Эдриан Боуер и его научный партнер Вик Оливер представили миру новую версию своего самореплицирующегося робота - Replicating Rapid-prototyper, который в миру получил имя RepRap. Собственно, над этим проектом два сотрудника из Университета Бат работают уже много лет, постоянно представляя новые версии своего детища. В мае 2008 года была представлена знаковая версия RepRap. Все дело в том, что этот робот-3D-принтер научился самостоятельно воспроизводить себя. То есть он может создавать себе подобных без участия человека, а те в свою очередь будут производить подобных себе. Думаю, что у некоторых уже рисуются картины из фильма «Терминатор».
Впрочем, пока паниковать рано. Воспроизвести себя полностью RepRap может только в теории. На практике все микросхемы должны быть представлены человеком (да, производить микросхемы и электронику трехмерные принтеры пока не умеют). Правда, профессор Боуер уже заявил, что времена, когда его детище сможет создавать себе подобных самостоятельно уже не за горами. Почему-то у меня нет повода сомневаться в словах Эдриана Боуера.
2.4. Коммерциализация трехмерной печати.
Однако,
все о чем мы сейчас говорили относиться
скорее к прогрессу и науке. Каким
образом современный бизнес использует
трехмерные принтеры? Пожалуй, в этом плане
сразу же вспоминается компания Philips, которая
в минувшем году открыла дочернее предприятие
под названием Shapeways. Собственно, Shapeways
будет заниматься трехмерной печатью,
сотрудничая не с компаниями, которым
требуются какие-то макеты, а с простыми
людьми, желающими произвести какой-то
небольшой сувенир.
Схема
сотрудничества с Shapeways достаточно проста.
Необходимо создать 3D-модель в одном
из популярных 3D-редакторов, зарегистрироваться
на сайте, и выслать ее в Shapeways. Далее вы
выбираете материал, из которого будет
изготовлено ваше изделие (это может быть
пластик, бронза, гипс и многое другое).
Оплачиваете, и все! Ваш заказ будет доставлен
по почте. Чего греха таить, данное начинание
Philips является первым шагом в массовой
популяризации трехмерной печати.
Впрочем,
не только в Европе запущен подобный
проект. В нашей стране тоже функционирует
похожая компания. Рекламное агентство
ITLOOKS, существующее с 2003 года, в минувшем
году запустило свой центр по 3D-печати
в Санкт-Петербурге, который получил имя
«Инвент». Глава ITLOOKS Александр Скрынник
говорит по этому поводу: «Заинтересовала
технология. Захотелось продвигать что-то
инновационное, отличное от других. Первыми
клиентами стали макетные мастерские».
Свою
деятельность «Инвент» начала с разработки
различных макетов. При этом основные
заказы шли по созданию прототипов
коттеджей. Сегодня деятельность компании
серьезно расширилась. Компания ко всем
прочим услугам теперь предоставляет
и трехмерную печать, в том числе и для
физических лиц. При этом можно распечатать
коллекционную фигурку какого-нибудь
персонажа из онлайновой компьютерной
игры. «Мы продвигаем это популярное на
западе направление (печать фигур игровых
персонажей), есть определенные планы
по развитию и совершенствованию сервиса.
Физические лица в основном более скрупулезны
в вопросе стоимости изделия, но уже сейчас
мы можем предложить для них фигурку персонажа
за 1500-2500 руб. или макет дома за 6000 руб.
Это совсем небольшие деньги за штучный
товар», - говорит Александр Скрынник.
Создать трехмерную модель игрового персонажа из той же World of Warcraft может любой желающий. Для этого не нужно никаких знаний в области создания 3D-моделей. В сети существуют программы, которые позволяют вычленить прямо из игры того или иного персонажа. Если же у вас есть знакомый дизайнер, то все будет еще интереснее. Вы можете легко и просто прислать в «Инвент» свою 3D-модель и она будет распечатана.
2.5. Доступность и перспективы трехмерной печати
До некоторого времени 3D-принтеры были очень дорогим удовольствием, которое мог позволить себе только крупный бизнес. Цены на них начинались со 100 тысяч долларов. Конечно, и сейчас такие продвинутые модели пользуются спросом, но постепенно появляются и более массовые изделия. В частности, одним из таких трехмерных принтеров является модель Desktop Factory, которая стоит всего лишь 5 тысяч долларов. Конечно, у нее есть целый ряд ограничений. Так, она может воспроизводить модели не более 12,7 х 12,7 х 12,7 см. Но это все равно большой шаг вперед. И заявка на то, что уже в ближайшие 10 лет в домах простых людей станут появляться личные 3D-принтеры.
Трехмерную
печать ждет серьезный скачок уже
в ближайшее время. Упростятся 3д-редакторы,
удешевится 3д-печать, сами принтеры станут
компактнее, улучшатся свойства используемых
материалов и каждый человек сможет изготовить
себе, например, уникальный корпус для
телефона или брелок, обладающий всеми
необходимыми свойствами - прочность,
влагостойкость, гибкость и т.д. без грязи,
химии и каких-то специальных навыков,
просто у себя дома на столе. Мне кажется
это рано или поздно наступит.
Что же, это направление развивается уже достаточно давно. До некоторых пор оно было больше востребовано в промышленных и научных кругах. Но с 2008 года трехмерная печать начала активно внедряться и в повседневную жизнь людей. С легкой руки Philips и ряда других компаний данная технология стала интересна и физическим лицам. Сейчас о ней знают немногие, но это уже вопрос маркетинга и времени.
ДДТ
З
З
З
0Приложение
Как Вы думаете, что перед Вами? Фото? А вот и нет! Это работа рук мастера!
(Готовая, отрендеренная сцена.)
(Вид в окне 3D редактора)
(Готовая, отрендеренная сцена.)
(Вид в окне 3D редактора)
(Готовая, отрендеренная сцена.)
(Вид в окне 3D редактора)
Информационные ресурсы
1. Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. — 640 с.
2. Д. Херн, М. П. Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL. — 3-е изд. — М.: Вильямс, 2005. — 1168 с.
3. Э. Энджел. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2001. — 592 с.
4. Г. Снук. 3D-ландшафты в реальном времени на C++ и DirectX 9. — 2-е изд. — М.: Кудиц-пресс, 2007. — 368 с.
5. В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. — М.: Радио и связь, 1995. — 224 с
6. www.ru.wikipedia.org
7. www.membrana.ru
- 3D методы при решении архитектурно - планировочных задач в современном градостроении
- 3D моделирование. Анимация. Виртуальные миры
- 3D моделирование в графическом редакторе
- 3D моделирование и 3D модели
- 3D принтеры
- 3D технологии в рекламе
- 3G - беспроводная технология глобальной коммуникации
- 30 Years War Essay Research Paper Kavita
- 30-е годы в истории СССР
- 30-летнее проведение реформы и открытой политики
- 34e423 Essay Research Paper Traditional Control Methods
- 35 лет «яблочной» истории
- 36111227 Genesis Review Essay Research Paper Richard
- 3D MAX