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Modélisation 3D
la salle de modélisation 3D 14 le Castello Sforzesco Musées de Milan, fait pour mettre en évidence les parties impliquées dans réordonnancement du même réalisée par BBPR dans les années cinquante et soixante

la modélisation en trois dimensions ou modélisation 3D Il est procédé à définir une forme tridimensionnel dans un espace virtuel généré sur ordinateur; ces objets, appelés modèles 3D Ils sont réalisés en utilisant des programmes spéciaux logiciel, appelé modeleurs 3D, ou plus généralement des logiciels 3D.

Ce terme est utilisé dans le domaine IT et il se distingue des autres types de modélisation en trois dimensions, comme le sculpture Traditionnelle.

histoire

L'histoire de Infographie 3D est naturellement très récemment, le même terme infographie Il né seulement en 1960[1].

L'une des premières représentations de l'ordinateur en trois dimensions est celle du fameux « premier homme » ou « Boeing Man » créé par William Fetter; un ensemble de lignes décrivant la silhouette virtuelle d'un pilote d'avion.

A partir de 1959, General Motors, en partenariat avec IBM, Il développe le système « DAC », l'un des premiers systèmes CAD; au moyen d'un crayon optique et un écran tactile, les opérateurs ont attiré des courbes mathématiques dans un espace virtuel, qui délimite les profils, les sections et les surfaces des automobiles[2]. Sur la première moitié des années soixante, il est également un système appelé « Adage », considéré par de nombreux premiers postes de travail CAO indépendants[3].

L'émergence de la modélisation 3D a donc eu lieu dans l'industrie, principalement comme aide à la conception. Depuis lors, les domaines d'utilisation de la modélisation 3D et des graphiques en trois dimensions sont enormenente élargies, venant en grande partie du technicien de portée.

Modélisation dans la pratique opérationnelle par des graphiques 3D

la modélisation 3D Il peut aussi être une fin en soi, et dans ce cas le modèle généré ne nécessite pas un traitement ultérieur, mais en général la modélisation représente la première étape d'une série d'opérations successives qui vont déterminer le dernier traitement. Cette première étape, dans le domaine spécifique de Infographie 3D, Il ne peut jamais faillir, et il est la prémisse de départ.
Prenons, par exemple, un cas particulier assez complexe: la réalisation d'un '« Image statique d'un caractère 3D photoréaliste ». Cela implique les étapes clés suivantes:

  • Modélisation 3D primaire[4]
  • Modélisation 3D secondaire[5]
  • Surfaçage (définition des matériaux de surface)
  • Mapping (définition des coordonnées de projection)
  • Texture application
  • Insertion du squelette
  • Écorcher le modèle
  • Définition de la posture du modèle
  • Préparation scénique[6]
  • éclairage de scène
  • Rendu de la scène
  • Enregistrez l'image dans un fichier graphique
  • Sortie finale (par exemple l'impression. sur papier)

Ou un cas relativement simple: « Corps en aluminium d'une bobine, faite avec la machine-outil ».

  • Modélisation 3D de la pièce dans un modeleur CAD
  • Assemblage et les essais de la pièce dans le modèle d'assemblage
  • Exportation d'un modèle 3D dans un format compatible avec la machine
  • travailler avec outil CNC article
  • Nettoyage, finition
  • anodisation et le polissage de l'objet
  • Assemblée dans le produit final

Comme on peut le voir la réalisation du modèle 3D Il est toujours au début de la poste de chaîne opérationnelle, et est la base des opérations ultérieures.

Les champs d'application de la modélisation 3D

Les systèmes de modélisation sont utilisés dans tous les domaines Infographie 3D, si bien que, dans certains cas modélisation 3D et des graphismes 3D sont synonymes.

dans les applications scientifiques et techniques

  • Mathématique, physique et naturel (biologie, physique, mathématiques, astronomie etc.)
  • Étude du territoire (géologie, sismologie, météorologie etc.)
  • Sciences historiques (archéologie, paléontologie, paléoanthropologie etc.)
  • Sciences appliquées
  • médecine (légal, reconstructive, tests de diagnostic, etc.)
  • ingénierie
  • génie industriel
  • architecture
  • dessin industriel
  • Conception mécanique Partie

Applications artistiques

Types de modélisation

D'un point de vue typologique, l'ensemble modélisation 3D, Il se divise en deux grandes catégories, couvrant chacun un genre très spécifique de modèles:

  • la Modélisation organique - Il est la modélisation typique utilisé pour fabriquer des humains ou des créatures, des animaux ou des humanoïdes. Il est utilisé pour tous les sujets « Naturel », tels que les roches, les plantes, les arbres et le territoire en général, dans ce cas, les modèles sont les plus efficaces, plus ils sont riches en détails. Même de nombreux objets dessin industriel, qui ont des formes lisses et arrondies, ils peuvent utiliser une modélisation organique.
  • la La modélisation géométrique[7] - est le plus ancien type de modélisation, est utilisé pour réaliser des objets techniques ou mécaniques, ou en tout cas pour tout ce qui a une nature artificiel, et qui ne tombe pas dans la catégorie ci-dessus. En général, la complexité des modèles réalisés avec ce type de modélisation est beaucoup plus faible, si vous regardez l'apparence des formes individuelles, mais pas si l'on considère les aspects liés à la précision et la correspondance des parties.

Bien entendu, un seul et même objet peut contenir à la fois organique et la modélisation géométrique, ou peut être formé par un ensemble de pièces contenant à la fois des modèles organiques et géométriques.

des techniques de modélisation 3d

Ils peuvent être divisés en trois grandes catégories:

  1. Modélisation procédurale (automatique et semi-automatique)
  2. Modélisation manuelle
  3. Étant donné que les données à partir de modèles réels (numérisation en trois dimensions)

À son tour, peut être divisé en trois types de modèles différents:

  • Modélisation solide - où l'objet résultant est considéré comme constitué d'un volume complet.
  • modélisation volumique - détermine la génération d'une entité surface implicite.
  • Modélisation des surfaces - l'objet dans ce cas, est déterminée par ses surfaces externes.

Dans certains modeleurs un objet est considérée comme étant formée par des surfaces jusqu'à ce qu'elles soient ouvertes, alors qu'il est reconnu comme un solide une fois que toutes les surfaces sont soudées les unes aux autres et forment un corps fermé.

La liste suivante examine différentes techniques Modélisation manuelle. Certaines des techniques décrites (par exemple. Les surfaces de raccordement), étant assez démodé, se révèlent être dépassées et obsolètes par rapport aux techniques les plus récentes et avancées. Malgré cela, certains modélisateurs 3D, conserver en eux certains de ces outils comme accessoires ou utilitaire.

Construction de base (solides et surfaces)

  • primitif - En général, chaque paquet 3D qui ne traite pas seulement interprétation, contient en elle une plus ou moins Set alimenté primitif, c.-à-objets prédéfinis (solides ou des surfaces), directement utilisable; généralement des normes primitives, qui est toujours présent, ils sont les suivants: plan, la le Cube/cuboïde, la sphère, la cylindre, la cône/pyramide,[8] la Taureau, et souvent le Teapot[9].
Primitives.jpg
  • construction d'extrusion - Il est un procédé simple pour la fabrication de profilés extrudés à partir d'une conception de base 2d ou d'un polygone plan, et l'attribution d'une certaine hauteur et une direction d'extrusion.
  • bâtiment pour la révolution - plus complexe que la construction précédente, un révolution peut être considérée comme une extrusion autour d'un axe, il est toujours partie d'un profil ou d'un polygone de base, et au lieu de la profondeur est affectée un angle de révolution.

Patch surfaces

la modélisation pièce Il est l'un des systèmes plus anciens utilisés dans graphiques 3D, et au fil du temps, il a évolué en développant une série de nouvelles techniques. Dans sa forme la plus simple il détermine les surfaces paramétriques générées par quatre ou plus de courbes adjacentes qui forment une boucle fermée.

  • Surface de Coons - détermine une correction interpolée entre seulement quatre courbes de bord, ayant les sommets communs, le premier algorithme de cette classe de surfaces sur lesquelles il a été développé par Steven A. Coons dans 1967.[10]
  • rustine Bézier - Il est une surface paramétrique commandé localement au moyen d'une grille de points de contrôle, se joignant ensemble plusieurs patchs Bézier Ils auront des surfaces d'appels plus complexes surfaces cannelées[11], dans ce cas, les points de contrôle sont situés à l'intersection entre les différents patchs.

Modélisation cannelé (surfaces)

La modélisation de la spline utilise la technique de patcher, précédemment décrit, et les courbes spline. Fondamentalement, un modèle produit par ce système est constitué par une cage de courbes splines, se croisant et reliées les unes aux autres. Les espaces entre trois ou quatre courbes splines unis dans leurs points de contrôle, sont ensuite remplis par le patch.[12] Un tel système est particulièrement adapté pour réaliser des modèles organiques.

Modélisation 3D
Modélisation pour patcher spline

Construction avancée (solides et surfaces)

La construction avancée en utilisant le même concept derrière le 'extrusion et révolution simple, mais ils ajoutent des contrôles beaucoup plus sophistiqués.

  • Extruder balayage - Il est essentiellement une extrusion le long d'un chemin d'accès. Il est de plus en plus utilisé un profil ou d'un polygone de base, comme une simple extrusion, qui est associé à un chemin qui peut être une des lignes courbes ou brisées.
  • Loft pour la construction - dans ce cas, la forme de l'objet est donnée par une série de profils disposés dans un certain ordre, les profils peuvent être considérés comme le sections objet.
  • révolution ferroviaire - Il est un système hybride entre une révolution et un balayage, il commence toujours à partir d'un profil et un axe de révolution, mais il y a aussi ajouté un chemin de base (également appelée binaire[13]), Que le profil devra suivre au cours de la révolution.

Ce genre de construction, au fil des ans ont été montés dans la réalité de nombreux types de contrôle, ont été ajoutées des lignes directrices supplémentaires, les commandes de type de torsion, etc. définitions de tangence
Ces systèmes de modélisation pour leur haut degré de précision, sont principalement utilisés pour définir des objets techniques ou le design industriel.

La modélisation polygonale

Ces techniques de base dans le domaine des graphiques 3D.
la modélisation polygonale Elle opère sur des surfaces organisés en mailles plus ou moins détaillée visages polygonale. Ces surfaces ne peut qu'approcher l'objet final si nous sommes en présence d'un faible niveau de polygones (Dans ce cas d'espèce, l'objet est dit faible Poly). Dans d'autres cas, un modèle polygonal - dans la modélisation achevée - peut également être formé par un très grand nombre de visages.[14]
Les systèmes suivants procèdent du plus simple au plus avancé:

  • Pour déplacer des éléments - un modèle polygonal est formé par trois éléments essentiels: visages, côtés et sommets; le déplacement arbitraire d'un seul élément ou un groupe d'entre eux, détermine une variation de la maille de départ. La sélection d'un composant de maillage et son déplacement (entraînement, rotation, redimensionnement etc.), dans l'espace est la plus technique de base de la modélisation polygonale.
  • A partir de primitives de base - L'un des systèmes les plus simples et directes pour commencer la modélisation d'un objet polygonal, est de commencer à partir d'une base polygonale primitive et commencent à se modifier en mouvement, en rotation, mise à l'échelle ses composants, jusqu'à obtenir la forme souhaitée. Cette technique est très simple, mais peut généralement obtenir peu de modèles complexes, à savoir la complexité liée (également en termes de densité de maillage polygonal) du départ primitif.
    Modélisation 3D
    Construction d'un maison Inférieur détail à partir d'une boîte
  • Procédé de maille plane - En plus de modifier les polygones de maillage existants (par exemple. Les primitives), il existe la possibilité de créer individuellement chaque polygone d'objet et construire les polygones dans la position la plus confortable pour faire le modèle final. L'un des systèmes de dessin de polygones directs sont dit Procédé de maille plane.[15][16] Il est essentiel de créer une grille de polygones positionnés dans le sol et ayant le profil de la structure et la conformation générale de l'objet final. polygones positionné sur l'avion, commutateur pour déterminer son caractère tridimensionnel: ou en déplaçant les points de grille le long de la profondeur du modèle, ou par des systèmes d'extrusion.
    Modélisation 3D
    Piranha faible détail obtenu à partir d'une maille plane tessellated
  • Une méthode d'araignée - Il est une variante de la technique précédente. Dans ce cas, ils ne sont pas construire et positionner tous les polygones de base du modèle, mais fait partie de sa superficie (milieu), et vous commencez à créer et façonner les polygones individuels avec un système de note « Toile d'araignée »,[17] qui est, de l'intérieur et allant progressivement vers les zones externes du modèle. Il est un système complexe et coûteux en termes de temps, qui est utilisé principalement pour son haut degré de précision.
    Modélisation 3D
    la modélisation d'un visage à partir de la position de yeux
  • Pour finition progressive - est le système le plus avancé, peut être considéré comme l'un des paradigmes de la Modélisation 3D. L'adoption d'une méthode précédemment analysé, il commence à définir la forme d'une manière très schématique, la plupart du temps approssimandone la morphologie et en prenant soin de garder le nombre initial extrêmement faible de polygones. Le fait de devoir gérer quelques polygones peut être changé très facilement proportions et la forme générale du volume. Seulement lorsque vous êtes satisfait de l'aspect rugueux du modèle, vous pouvez commencer - l'adoption d'outils spécifiques pour chaque logiciel - pour mieux définir la forme. Il est important que chaque étape est des étapes de finition pour définir les premiers grands volumes de modèle, pour aller ensuite à définir plus en plus petites zones, la définition et le nombre de détail qualifiés est à la discrétion du graphique 3D. Le principe fondamental de garder à l'esprit est que: plus le nombre de polygones du modèle, plus grande est la possibilité de modifier leur morphologie générale - plus le nombre de polygones beaucoup moins, il sera possible de modifier la forme déjà défini précédemment . Dans la pratique, chaque passage est irréversible, Plus vous définissez les détails de l'objet, moins il sera possible de changer (ou corriger) son apparence générale.[18] A ce problème peut être résolu en sauvegardant le modèle d'une manière progressive, de manière à disposer de toutes les étapes de modélisation intermédiaires, en cas d'erreur peut redémarrer à partir du modèle précédent en détail mineur, si le logiciel utilise la couche, il est possible de conserver les différentes versions en couches séparées.
  • Plan Déplacement - voir la section
  • Pour Sculpture 3D - voir la section

Modélisation solide

La modélisation de solides, ou CSG, est un type de modélisation géométrique, qui est utilisé notamment dans le domaine technique et CAD, Historiquement, le discours est de la modélisation solide qu'à la fin des années 60, alors que le premier modeleur solide commercial (appelé Romulus,) remonte à 1981,[19] suivi de granit de PTC avec la sortie de Pro / ENGINEER en 1987, qu'il a introduit le concept de la 3D paramétrique et Parasolid, Unigraphics, en 1988.[20]
Modélisation solide utilise les outils de base suivants:

  • base Primitive - sont les mêmes primitive analysés précédemment.
  • Construction pour l'extrusion et de la révolution, simple et avancée - aussi dans ce cas, les modèles solides utilisent les mêmes techniques décrites précédemment.
  • opérations booléennes - résultant de 'L'algèbre booléenne, cette technique est exclusive à la place de la modélisation solide. Il permet de se procurer les formulaires complexes base des primitives solides, assemblant par trois opérations: l'Union, la soustraction et l'intersection.
  • Chanfreins et raccords - sont des fonctions automatiques qui interviennent sur les bords de la matière solide, ce qui permet de les relier au moyen d'un certain rayon, ou le chanfreinage suivant un angle prédéterminé.

modélisation paramétrique solide

Une variante de la modélisation solide classique qui a donné une grande impulsion au développement d'applications de CAO a été l'introduction du concept de paramétrique solide à base de caractéristiques, qui diffère du concept de modélisation solide traditionnelle puisque le solide est créé sur la base des opérations comparables à ceux à réaliser pour parvenir à une véritable pièce. Dans la modélisation paramétrique, en outre, les solides sont gouvernés et mis entre eux en fonction des paramètres de physique, mathématique ou géométrique.
L'introduction de ce système de concepts liés à la modélisation 3D est généralement attribué à l'évolution du Dr Samuel P. Geisberg qui a conduit à la libération du système Pro / ENGINEER en 1987.
Dans le contexte actuel des propositions de CAO industrielle, la majorité des logiciels populaires ont adopté ce paradigme bien qu'il existe des différences par rapport à l'approche du modèle parametrics, organiser des événements et la technologie mathématique et de l'information pour les atteindre.

metaball

Modélisation 3D
objet de forme sphérique modélisé en utilisant metaball

la metaball (Ou « blob »), sont un type particulier de primitives utilisées pour fabriquer des modèles organiques, la conception ou des simulations liquides. Ce sont des entités telles que volumétriques voxel, Ils ont un noyau central qui est affiché en tant que surface implicite et un champ de force ou « influence extérieure ». Lorsque deux metaball sont juxtaposés ils réagissent les uns avec les autres à travers le champ de force externe qui les attire (si elle est positive) et détermine la fusion, ou rejette (si elle est négative), et provoque une soustraction du volume.[21]

Fait le modèle sous la forme de surface implicite, il est possible de le convertir en un maillage polygonal généralement vrai, en invoquant des paramètres comme la densité finale de la maille. Ils ont été mis au point différentes formes de Metaball:

  • sphérique metaball - metaball sont sous leur forme native, être contraint à une telle géométrie, présentent l'inconvénient, au cas où vous devez réaliser des modèles organiques complexes, le nombre élevé d'entités d'avoir à lieu, en particulier en présence de formes allongées et souples.
  • Metaball avec une autre géométrie - tout en exploitant les mêmes principes de la metaball sphérique, ces entités peuvent prendre la forme d'autres types de primitives, et ont l'avantage de permettre de rapprocher la forme finale en utilisant des entités beaucoup moins.
  • Metamuscoli - ces entités géométriques représentent l'un des développements majeurs de metaball. Ils ont été introduits pour la première fois en 1997 de REM Infografica sous la forme de Plug-in pour 3DS Max, appelé MetaReyes en révision 3.1.[22] Les metamuscoli sont des chemins de cannelures déformables metaball; la modification de certains points des cannelures et les paramètres de contrôle sont obtenus metaball de formes allongées se rapprochant d'un muscle, l'interaction des différents metamuscoli, selon le mode typique de metaball, il génère la forme finale. La valeur et la limite de ces primitives est leur spécialisation dans des formes presque exclusivement définitoires anatomique.

Surfaces NURBS

Modélisation 3D
Modélisation d'un crochet à travers les surfaces NURBS

la technologie NURBS Il a été introduit par Boeing en 1975,[23] est synonyme de NURBS (B-spline rationnelle non uniforme), est utilisé dans les graphiques 3D pour créer un large éventail de modèles; Il est bien adapté pour représenter des surfaces organiques, telles que des créatures et des personnages et des objets de conception qui nécessitent des surfaces complexes et précises comme voitures. Les surfaces NURBS sont des surfaces mathématiques parfaitement lisses, non caractérisés par la facette typique des surfaces polygonales,[24] Ils sont facilement modifiables et contrôlables par quelques points de contrôle, appelé CV (contrôle vertices).

Une surface NURBS peut être générée par les mêmes courbes ou NURBS, à travers des opérations d'extrusion, révolution, lofting, patcher et d'autres, ou par des primitives de type NURBS telles que des sphères, des cylindres, etc. taureaux. Des modifications ultérieures d'un modèle NURBS sont fortement influencées par les outils fournis par le logiciel 3D, mais en général vous passez à modifier les points de la surface, ou les sommets des CV,[25] où il est nécessaire, vous pouvez ajouter ou supprimer des courbes dans les directions U et V,[26] que vous pouvez ajouter et supprimer les points de contrôle dans les courbes.

modélisation paramétrique solide

Il est généralement utilisé dans un environnement de modélisation CAD.
La modélisation paramétrique solide dans la conception CAD Il a rempli des lacunes de la modélisation solide simple. Il vous permet de générer des solides en entrant des paramètres numériques, par exemple. la hauteur, la longueur, la profondeur, les rayons et les mesures angulaires, et pour être en mesure d'intervenir sur ces paramètres, même après avoir atteint le modèle, afin de modifier et mettre à jour la géométrie sans avoir à reconstruire. En plus de la modélisation en utilisant des paramètres, il a été également introduit le concept de « Fonction » et l'arbre de construction: dans la pratique, tous les procédés appliqués sur le modèle solide sont enregistrées (en tant que caractéristique), en une sorte d'arbre chronologique qui fonctionne selon un schéma de dépendance-parent-enfant; Ils peuvent à tout moment de la modélisation remontant la construction dans l'arborescence, sélectionner une fonction, éditer et modifier ses paramètres, et mettre à jour tout le modèle avec les nouveaux paramètres. La modélisation paramétrique solide est maintenant appelé « Hybride »,[23] autant modélisateurs CAD Ils ont ajouté les fonctionnalités avancées de modélisation hybride solide et de surface, pour être en mesure d'accomplir des modèles plus complexes.

Modélisation 3D
CAD Parametric Modélisation solide d'un composant mécanique, avec l'arborescence.

Ci-dessous est représentée de manière schématique un type de modélisation solide paramétrique de séquence; Ceci est un schéma très simple, adoptable en particulier pour les composants mécanique ou qui, autrement, ne requièrent pas d'opérations complexes:

  1. Sélection d'un piano départ (Un régime par défaut ou spécialement créé)
  2. 2D sur la conception du plan (croquis Home)
  3. travail ou caractéristique de base (Ex. L'esquisse extrusion)
  4. traitement secondaire (Cut / extrusions d'une manière analogue à l'usinage de base)
  5. usinage de finition (Chanfreins, raccords, fils, etc.)

Rappelez-vous que chaque paramètre numérique lié croquis de départ et les caractéristiques d'usinage peuvent être modifiés et les modifier à tout moment de la modélisation, car ils sont modifiés toutes les options de la fonction. Le système de traitement ne se déroule pas dans un seul sens (comme dans la modélisation polygonale de finition Progressive) mais est infini réversible et modifiable.

La subdivision de surfaces (surface de subdivision)

la Surfaces de subdivision de Catmull-spline B Clark Ils ont été développés par E. Catmull et J. Clark 1978.[27] Ils ont été utilisés pour la première fois dans le cadre de Infographie 3D de Pixar dans le film d'animation Le jeu de Geri, la 1989.
Je suis un outil de modélisation très polyvalent, particulièrement adapté pour réaliser des modèles organiques dans un simple et détaillé. Ils combinent les meilleures caractéristiques de la modélisation et la modélisation polygonale NURBS; que les surfaces NURBS Ils sont parfaitement lisses et sans facettes, mais ils peuvent avoir comme des formes de base par topologie irrégulier,[28] Typique des modèles polygonaux.
L'un des meilleurs systèmes pour initier la modélisation avec des surfaces de subdivision est juste pour convertir un modèle polygonal, la seule condition importante est que le maillage à convertir est aussi simple que possible, qui est formé par un faible nombre de polygones, c'est parce que ils ne ont pas besoin de polygones pour obtenir des surfaces de subdivision parfaite. La transition d'une surface polygonale à une surface de subdivision est automatique, et cela est également vrai pour le processus inverse.
Fondamentalement, la subdivision de surfaces en utilisant les mêmes techniques de modélisation utilisées pour le maillage polygonal, avec quelques mises en garde et avec beaucoup plus de possibilités, comme étant capable d'affecter plus ou moins "poids"[29] à chaque point de la surface.

Surfaces implicites (Voxel)

En général, au lieu de représenter une technique de modélisation, voxel Ils sont utilisés comme systèmes pour afficher des géométries ou des phénomènes particuliers. Le voxel générer un volume autour d'un point géométrique (c.-à-définie et positionnée dans l'espace), ce point est affiché et rendu par le surface implicite voxel.
L'affichage volumétrique à l'aide voxel est largement utilisé en médecine, en utilisant des données en trois dimensions à partir tomographie par ordinateur (TC), et le imagerie par résonance magnétique (RM),[30] Les modèles générés de cette manière entrent dans la catégorie de la modélisation comme « balayage en trois dimensions, » décrit plus loin.
Les voxels sont également utilisés dans le cadre du animation D pour certains types de simulation complexe, comme celui des effets gazeux, temps et pour la explosions,[31] De même, ils peuvent être utilisés pour obtenir les matériaux liquides et fluides, comment eau, lave, etc. au moyen de moteurs de production des particules, dans ce cas leur utilisation entre dans le cadre de la « modélisation procédurale. »
En ce qui concerne les surfaces de modélisation manuelle vraies et propres, implicites peuvent utiliser la structure des géométries existantes. Profitant de la caractéristique des voxels pour créer des entités volumétriques autour des points géométriques, vous pouvez construire des formes spéciales, à la fois materiche que « immatérielle » en utilisant l'un des modèles examinés ici des systèmes (par exemple. La modélisation polygonale), et vérifiez progressivement la forme volumétrique qui est généré.

Les modèles obtenus peuvent également être similaires à ceux obtenus par la metaball[32] (Ce qui ils sont aussi une entité volumétrique), mais il est généralement exploiter la capacité typique des voxels pour produire des surfaces très complexes, difficile à obtenir de toute autre manière. D'après ce qui précède, il est entendu que la portée de l'utilisation de surfaces implicites comprend des formes presque exclusivement des structures de type organique, naturel ou imaginaire, mais pas de type géométrique.

Modélisation 3D
la modélisation en 3D en utilisant voxel à partir d'un ensemble de points

déplacement Plan

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: la cartographie de déplacement.

la displacement mapping Il est une technique de modélisation qui n'utilise pas les outils d'édition standard, mais est basée sur le développement de images échelle de gris.
Il utilise le même principe de « Images mapping » (cartographie des images), par exemple. le "bump mapping« (Rugosité), avec la différence que le déplacement se produit sur géométrie modèle, en le modifiant. Agissant dans la direction « normale » de la surface, la carte de déplacement provoque un déplacement dans le sens positif des points de modèle correspondant aux zones claires de l'image, et dans un sens négatif de celles correspondant aux zones les plus sombres. Il peut être considéré comme un instrument de déformation engrener[33] à travers des images, il est utilisé à la fois sur des modèles organiques géométrique.
Il existe deux types de déplacements:

  • déplacement géométrique - agissant directement sur les points du maillage de polygones, ce type de déplacement nécessite un niveau élevé de tasselizzazione du maillage pour produire de bons résultats, donc il a l'inconvénient de produire très lourds et difficiles à gérer des modèles.
  • Déplacement pour Micropoligoni (microdisplacement) - déplacement pour Micropoligoni génère automatiquement un grand nombre de petites faces triangulaires (même plusieurs millions), et est en mesure de créer des modèles très détaillés. La particularité et le grand avantage de ce système réside dans le fait que le modèle de tassellizzazione se produit uniquement en phase interprétation ou pré-visualisation (c.-à-est temporaire), tout ne va pas affecter la géométrie base qui peut le garder très simple. Pour l'extrême, en utilisant seulement polygone plan et une image cartographiée, vous pouvez obtenir dans le processus de rendu un modèle parfaitement défini (par exemple. un sol ou en dents de scie bas-relief sculptural).
    Modélisation 3D
    Le déplacement de micropoligoni, obtenu à partir d'un seul polygone quadrangulaire

Sculpture 3D

Pour indiquer cette technique utilise également le terme « déplacement peinture », comme il vient de la communion des techniques cartographiques de déplacement et les techniques de peinture 3D.
Il est très similaire au système technique sculpture traditionnel, fonctionne à l'aide du brosse virtuel, de taille variable et des fonctions qui, passé sur la surface du modèle va changer sa géométrie En temps réel, ce qui provoque des saillies, des bosses, des entailles et gravures, comme il travaillait sur un morceau de argile.
Les précurseurs de cette technique ont été les programmes de peinture directe de maille, mais ils ne fonctionnent pas sur le canal de déplacement. Le premier exemple de ce type de sculpture est la forme « artisanale », employé par Maya, mais le vrai fondateur de modélisateurs basé sur cette technologie est sans aucun doute ZBrush de Pixologic,[34] suivie d'une série d'autres logiciels commerciaux.
La sculpture en maille directe est principalement utilisé pour la finition et les détails en haute définition de modèles simples faits avec d'autres méthodes, mais peut également être utilisé pour définir un modèle à partir de zéro, à partir de primitives simples telles que parallélépipèdes ou sphères. Il est utilisé dans une large mesure dans la modélisation organique, en particulier dans la modélisation des caractères et des définitions.
Compte tenu de l'extrême complexité des modèles obtenus avec cette technique (qui peut être constitué de plusieurs millions de polygones), il est presque toujours nécessaire de transférer les données de maillage en trois dimensions dans les cartes de déplacement ou des cartes normales, utilisées dans des modèles beaucoup plus légers.

techniques rotoscopie

Ce n'est pas une technique de modélisation 3D, à strictement parler, la rotoscopie (ou le suivi), il est plutôt un support à la technique de modélisation. Dans de nombreux cas, il peut être utile de commencer la modélisation en utilisant un objet comme des images d'arrière-plan de référence. Ceux-ci sont positionnés et mis à l'échelle dans les fenêtres de traitement standard du programme 3D, ou, si vous préférez, ils peuvent être mis en correspondance sur les plans parallèles aux vues de travail.[35] Pour certains sujets, il suffit d'utiliser une seule image de référence, pour d'autres, plus complexes, peut servir deux ou trois images, positionnées dans les vues: avant, latérale, plus (ou inférieur).
La technique de Rotoscoping est utilisé pour tout type d'objets, à partir de ceux réalisés dans la modélisation biologique, aux objets techniques réalisés dans un environnement CAD.

Modélisation 3D
Modélisation de détail anatomique (oreille), À l'aide d'une image d'arrière-plan
Modélisation 3D
Modélisation d'une créature en utilisant des images placées dans des vues de face et latérale

Une discussion séparée méritent les deux prochains articles, comme adopter des technologies et des procédures spécifiques qui les placent au-delà de la modélisation manuelle simple:

modélisation procédurale

la modélisation procédurale Il est aidé des outils de modélisation logiciel qui créent de manière automatique ou semi-automatique, la géométrie souhaitée. La qualité des modèles produits dans ce cas, est déléguée à la plus ou moins la capacité du logiciel utilisé.
Il existe différentes catégories d'application logicielle de procédure pour la création de formulaires en trois dimensions, vous pouvez distinguer les simulateurs et les générateurs suivants:

  • simulateurs fluide
  • simulateurs textiles et doux corps
  • générateurs végétation
  • générateurs cheveux et duvet
  • Générateurs modèles 3D (Faces, créatures, objets géométriques, etc.)
  • générateurs Fractales (terre, formes abstraites, etc.)

Ces programmes génèrent des formes en trois dimensions sous forme de maillage, surfaces ou volumes, aptes au travail dans des conditions normales de logiciels 3D pour les applications requises.
En règle générale, il existe deux méthodes de modélisation utilisées: soit exclusivement par le biais du réglage des paramètres mis à disposition par le logiciel et l'entrée de données numériques, après quoi le produit de la génération de manière automatique - ou par l'intermédiaire des systèmes de modélisation conduit, qui permettent un meilleur contrôle de ce qui se passe: dans ce cas, le logiciel suit la géométrie de guidage (courbes, mailles, etc.), ou est limité par des contraintes externes. Les cas de anallizzare seraient nombreux et spécifiques pour chaque type de modélisation procédurale.

Modélisation 3D
modélisation de l'échantillon totalement automatique, fixé par l'intermédiaire de paramètres
Modélisation 3D
Dans ce cas, la modélisation a été conduit par la collision avec des objets externes

Le balayage en trois dimensions

Faire des modèles 3D à partir d'objets réels en acquérant une partie d'un type de modélisation utilisé dans divers secteurs; de l'architecture à l'industrie cinématographique, la conservation du patrimoine artistique à la médecine, etc.
Il existe un large éventail d'instruments et de procédures pour l'obtention des répliques virtuelles d'objets physiques:

  • à photogrammétrie - Il est un système assez simple et économique,[36] qui permet d'acquérir des formes détail faible. Ils utilisent les photos du sujet prises sous différents angles (parfois avec marqueurs[37] appliquée), le logiciel traite ensuite de reconstruire la version en trois dimensions. La précision est pas absolue, et les modèles approximatifs de manière simple la forme de départ.
  • Pour contacter la sonde 3D (sonde) - Il est basé sur l'utilisation d'un bras mécanique articulé qui va à « tester » le modèle aux intersections d'une grille[36] marqué sur sa surface, tandis que le logiciel reproduit les points dans l'espace à trois dimensions, il est un système adapté à reproduire les objets qui ne sont pas trop grands et faits de matériaux rigides (p. petites et moyennes sculptures).
  • Laser à balayage
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Laser Scanner 3D.

Il est un système polyvalent qui comprend de nombreux types d'outils, en fonction de la taille des objets à analyser, résolution, etc. , Allant de manuel, petit et portable, au matériel de studio, fixe ou mobile, jusqu'à l'équipement à utiliser dans des espaces ouverts pour détecter les territoires ou les architectures.[38]
Les systèmes laser, pour chaque trame d'objet, produisent les surfaces formées par nuage de points, divers plans pour fournir un ensemble de nuages ​​de points qui composeront le modèle 3D, les détails obtenus avec ces systèmes peuvent également être très élevé. Types d'objets analysables est très large; étant une technique sans contact et non-invasive, il peut détecter des objets souples et flexibles tels que par exemple. le corps humain.[39]

  • Pour Projeter Motif lumineux - Il produit une série de nuages ​​de points à traiter d'une manière similaire à balayage laser. Dans cette technique sur le modèle d'une lumière blanche est projetée, sous généralement la forme de bandes, qui est ensuite capturé par les capteurs de lumière[40] (Par ex. Des appareils photo numériques). Par rapport à balayage laser est un système beaucoup plus rapide, mais présente l'inconvénient de ne pas être en mesure de numériser des objets très volumineux.
  • tomodensitométrie ou IRM
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: tomodensitométrie et Imagerie par résonance magnétique.

Ces systèmes d'imagerie diagnostique permettent, d'une manière non-invasive, pour être en mesure de détecter des structures anatomiques internes d'un corps humain ou animal, ne peuvent être obtenus avec d'autres systèmes.

Les principes de modélisation correcte

Pour comprendre ce qui devrait être l'utilisation appropriée des différents systèmes de modélisation devraient introduire le concept de Modèle 3D correct et Modèle 3D à droite. Il a ce changement notre attention de l'attention de la modélisation technique à une analyse minutieuse du modèle à atteindre.
Le processus de modélisation est dérivé principalement du type de modèle à construire. Le type de modèle implique un premier choix parmi les techniques de modélisation organiques et des techniques de modélisation géométrique (ne serait pas logique d'aborder la modélisation d'un composant mécanique avec les techniques organiques, comme le serait un non-sens veulent obtenir main humaine avec un système CAD), En effet, chaque type d'objet peut être associé d'une manière naturelle à certaines techniques et non aux autres.
Ce qui influencera le choix spécifique du système de modélisation plutôt être les caractéristiques requises pour le modèle de son utilisation prévue. Un modèle 3D très beau à voir est pas nécessairement effectuée correctement: car il pourrait ne pas convenir à l'usage auquel il est destiné (par exemple le modèle 3D d'un.voiture à utiliser dans un jeux vidéos, Ce sera nécessairement différent du modèle CAO de la même voiture à utiliser pour la production en série). Il adoptera une technique de modélisation correcte si elle sera appropriée principalement à la modélisation et secondairement à son utilisation finale.

modèle 3D à mettre en œuvre: (Visage)
Type de modélisation: (Modélisation organique)
En utilisant le modèle:
Jeux vidéo en temps réel Animation faciale LIPSinc impression stéréolithographie
SYSTÈME MODÉLISATION « A »
La modélisation polygonale
faible Poly
SYSTÈME MODÉLISATION « B »
modélisation polygonale +
Les surfaces de subdivision
SYSTÈME MODÉLISATION « C »
modélisation polygonale +
Sculpture + STL Conversion 3D
CARACTÉRISTIQUES DU MODÈLE
nombre minimum de polygones
maille très légers
CARACTÉRISTIQUES DU MODÈLE
surface optimisée
animation
CARACTÉRISTIQUES DU MODÈLE
nombre élevé de polygones
maille très lourds

notes

  1. ^ Section 2: L'émergence de l'infographie
  2. ^ L'origine de l'infographie Dans General Motors - Annales IEEE de l'histoire de l'informatique
  3. ^ Section 3: L'industrie évolue
  4. ^ Bien que la modélisation est considérée comme la première étape de graphiques 3D, il nécessite généralement une étude préliminaire et une série de préparation traitées.
  5. ^ Le modèle secondaire est un type d'intervention plus en détail le modèle.
  6. ^ La mise en page d'une scène 3D, peut prendre plusieurs étapes, en fonction de la complexité, certaines étapes sont les mêmes que le sujet principal; modélisation, texturage, etc.
  7. ^ Strictement parlant, tout l'ordinateur de modélisation 3D, est un modélisation géométrique, répondant aux mêmes critères mathématiques, la division proposée ici n'analyse que les modèles d'un point de vue morphologique, et les différentes techniques utilisées pour les atteindre.
  8. ^ la pyramide dans ce cas, il est considéré comme cône ayant 4 côtés pour la base
  9. ^ Il peut sembler absurde de moins informé que nous pouvons inclure dans les primitives de base d'un package 3D une théière, il est en fait un hommage souvent fait par des programmeurs, la célèbre théière développée dans les universités Utah par Martin Newell dans 1975.
  10. ^ CAO 3D Tutor. Autocad cours interactif 3D. Di Claudio Gasparini, 2005, Gasparini Editeur, ISBN 88-89740-00-0 page. 52
  11. ^ Insights - Bézier Patches
  12. ^ LightWave 3D Guide complet, Dan Ablan, 1998 - ISBN 88-7303-399-7 Page APOGEO. 156-159
  13. ^ Aide en ligne rhinocéros Version 4.0 SR2, le 17 Octobre 2007, Note
  14. ^ Modèles de formats polygonaux par des centaines de milliers, parfois des millions, des visages peuvent poser des problèmes de gestion graves sur le matériel pas assez puissant pour surmonter ce ont été mis au point des systèmes de stockage de données géométriques du maillage dans les cartes spéciales appelle la carte standard.
  15. ^ Olli et Sami Sorjonen - techniques infographiques applications, numéro 15 Année VII Numéro 1-2, mars 2001, p. 64-65 éditions Imago.
  16. ^ Bill Fleming - 3D professionnel, Janvier / Février 1999 Nombre 1 p. 28, éditions Imago.
  17. ^ Antonio De Lorenzo, Luigi Beverelli, Kit Virgili - Infographie techniques Applications, Numéro 11 numéros Année V 1-2, Mai / Juin 1999, p. 62-64 éditions Imago.
  18. ^ Pour remédier à cette limitation de Mudbox Skymatter présente une gestion particulièrement évolué basée sur la couche de maille, qui est généré pour une couche pour chaque subdivision du modèle, il est alors possible de passer d'une couche à modifier le maillage au niveau de détail nécessaire, en: - Infographie techniques applications, numéro 56 Année XIII n ° 3, avril 2007, p. 43 Imago Edizioni
  19. ^ Rogers, David; Earnshaw, Rae (31/10/2001). Techniques graphiques informatique: théorie et pratique. Springer, 399. ISBN 0-387-97237-4
  20. ^ CAO 3D Tutor. Autocad cours interactif 3D. Di Claudio Gasparini, 2005, Gasparini Editeur, ISBN 88-89740-00-0 page. 58
  21. ^ Karen E. Goulekas - Effets Visuels dans un monde numérique - 2001, Morgan Kaufmann, ISBN 0-12-293785-6 page. 311-312.
  22. ^ Graphics techniques informatiques applications, numéro 6 Année III n ° 1-6, Janvier / Juin 1997, p. 28-30 éditions Imago.
  23. ^ à b http://www.lpdesign.it/CADCAM_nuovo.htm
  24. ^ Michael Todd Peterson - 3D Studio MAX 2 Guide complet APOGEO 1998 ISBN 88-7303-400-4
  25. ^ Les surfaces NURBS, tels que les courbes NURBS, peuvent être contrôlés au niveau de la pointe (qui passe le long de la courbe) ou du niveau de sommet de commande CV (qui passe à l'extérieur au lieu de la courbe)
  26. ^ Une surface NURBS est d'environ considérée comme rectangle, et il a trois directions principales: U, V et normal. La direction U et V peut être considéré comme le 'chaîne d'une maille et glissent le long de la surface. La direction normale est perpendiculaire à chaque point de la surface et détermine le sens positif ou négatif
  27. ^ E. Catmull J. CLARK, généré récursivement surfaces B-spline sur les mailles topologiques arbitraires, en conception assistée par ordinateur 10 (Sept. 1978).
  28. ^ John Kundert-Gibbs, Peter Lee - Maya Complete Guide 5 - Apogée Editeur ISBN 88-503-2219-4 page. 155
  29. ^ Le poids plus ou moins affectée détermine la courbure de la capacité de la surface en ce point.
  30. ^ Antonio Pennisi - Infographie techniques applications, numéro 14 Année VI Numéro 4-5, septembre 2000, p. 20-24 éditions Imago.
  31. ^ Vincenzo Mazza - Infographie techniques applications, numéro 18 Année VIII Numéro 1, janvier 2002, p. 46-51 éditions Imago.
  32. ^ LightWave 3D 7 - Guide de référence - Version manuelle: 1,1 à 2001 NewTek, chapitre 15.
  33. ^ le déplacement agit sur les polygones triangulaires.
  34. ^ Graphics techniques informatiques applications, numéro 56 Année XIII n ° 3, avril 2007, p. 51 Imago Edizioni
  35. ^ Dave Komorowski - Infographie techniques applications, numéro 21 Année VIII Numéro 7, septembre 2002, p. 56 Imago Edizioni.
  36. ^ à b Graphics techniques informatiques applications, Numéro 52 Année XII numéros 7-8, Août / Septembre 2006, p. 76 éditions Imago.
  37. ^ les marqueurs (ou marqueurs), sont des points de colle sur le modèle applicable en tant que références géométriques pour la reconstruction en trois dimensions
  38. ^ Massimo Campari - Infographie techniques applications, numéro 42 Année XI Numéro 2, mars 2005, p. 68-73 éditions Imago.
  39. ^ http://www.homometrica.ch/publ/2006_3dmod.pdf
  40. ^ http://www.hometrica.ch/publ/2007_videometrics.pdf

bibliographie

Livres et manuels

  • Andreucci Giacomo, SketchUp. Modélisation 3D et géo-modélisation, Edizioni FAG Milano, 2012, p. 512
  • CAO 3D Tutor. Autocad cours interactif 3D. Di Claudio Gasparini, 2005, Gasparini Editeur, ISBN 88-89740-00-0
  • LightWave 3D Guide complet, Dan Ablan, 1998 - ISBN 88-7303-399-7 APOGEO
  • Rogers, David; Earnshaw, Rae (31/10/2001). Techniques graphiques informatique: théorie et pratique. Springer, 399. ISBN 0-387-97237-4
  • Karen E. Goulekas - Effets Visuels dans un monde numérique - 2001, Morgan Kaufmann, ISBN 0-12-293785-6
  • Michael Todd Peterson - 3D Studio MAX 2 Guide complet APOGEO 1998 ISBN 88-7303-400-4
  • John Kundert-Gibbs, Peter Lee - Maya Complete Guide 5 - Apogée Editeur ISBN 88-503-2219-4
  • LightWave [6] Guide complet Dan Ablan, 2000 - ISBN 88-7303-583-3 APOGEO
  • mental ray pour Autodesk 3ds Max, Max et VIZ design, guide complet - 2008 - AM4 EDUCATIF ISBN 978-88-901879-1-9

magazines

  • Graphics techniques informatiques applications, Fascicoli N ° 6, 11, 14, 15, 18, 21, 42, 46, 52, 56, Imago Edizioni.
  • professionnels 3D, numéros 1 et 2, éditions Imago.
  • CG Computer Gazette numéro 12 an XIV, en Décembre 1999, IHT Gruppo Editoriale.

Articles connexes

  • Infographie 3D
  • graphique informatique
  • La modélisation géométrique
  • interprétation
  • animation par ordinateur
  • image Carte

D'autres projets

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