Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение “Подолешенская Средняя Общеобразовательная Школа Исследовательский проект Тема: «3D моделирование и его значение для человека» Автор работы: Гаврилюк Константин Васильевич Руководитель: Кузубова О.Т. 2024г. 1 Оглавление Введение ………………………………………………………….. стр. 3 История создания 3D- моделирования …………………………. стр. 4 Виды 3D- моделирования ………………………………………. стр.6 Применение трехмерного моделирования………………………стр. 9 Практическая работа………………………………………………стр.13 Заключение ………………………………………………………. стр.14 Литература ……………………………………………………….. стр.15 2 Введение. Раскрывая научные открытия трехмерного моделирования, можно с уверенностью сказать, что данное исследование является актуальным и востребованным. Эти открытия нашли свое применение в повседневной жизни, оказывая влияние на различные сферы деятельности человека, начиная от дизайна и компьютерных игр, и заканчивая медициной, наукой и промышленностью. Однако не следует останавливаться лишь на этих открытиях, поскольку трехмерное моделирование открыло путь к проведению дальнейших исследований, связанных с использованием 4D и 5D технологий. Несмотря на это, пока 3D технология достигла наиболее развитого уровня. Уникальность этой работы заключается в применении трехмерного моделирования в повседневной жизни человека, что позволяет эффективно решать Цель самые данного исследования сложные заключается в изучении задачи. трехмерного моделирования, его научных открытий и применении в повседневной жизни человека. В рамках поставленной цели исследовательского проекта решаются следующие задачи: - проанализировать и обобщить историю применения трехмерного моделирования; - рассмотреть основные типы трехмерных моделей, начиная от простых и заканчивая сложными; - выявить применение трехмерного моделирования в профессиональной деятельности человека. Практическая Применение значимость трехмерного моделирования в самых различных сферах жизни человека, начиная от дизайна и заканчивая медициной и промышленностью, имеет огромное практическое значение и потенциал. Исследование глубоко проникает в повседневную жизнь людей, превращая их идеи и концепции в реальность. Это позволяет эффективно проектировать и разрабатывать продукты, усовершенствовать искусственные органы, создавать инновационные промышленные решения. Стремительное развитие трехмерного моделирования открывает перед нами огромные возможности для усовершенствования и улучшения нашей жизни. Из истории трехмерного моделирования История развития трехмерного моделирования тесно связана с работами великих древних ученых-математиков, таких как Евклид, Виет и Декарт. Евклид заложил основы математики и геометрии в своих 13-томных трудах, которые впоследствии были использованы для создания трехмерного моделирования. Виет внес значительный вклад в разработку методов нахождения корней квадратичного уравнения. Коэффициенты и неизвестные, обозначаемые как a, b, c, x, y или z, как принято сейчас, были предложены Виетом. Декарт создал двухмерную систему координат и декартово произведение, которые в настоящее время применяются в 2D и 3D технологиях. Его исследования в аналитической геометрии сыграли важную роль в развитии трехмерного моделирования и применении функций в математике, программировании и компьютерной графике. Российские ученые Борис Делоне и Георгий Вороной также сделали значительный вклад в развитие трехмерного моделирования в начале XX века. Предложенный Делоне метод триангуляции и диаграмма Вороного по сей день используются в анализе данных и кластеризации объектов. С 4 использованием научных открытий, прогресса в технике и информационных технологиях, современные видеокарты стали невероятно мощными, позволяя использовать более 4 миллиардов транзисторов. Благодаря 3D моделированию, ученым удалось моделировать процессы, которые имеют применение в различных науках, таких как химия, физика, нано электроника и медицина. Различные виды 3D моделирования, такие как полигональное, сплайновое и скульптурное, находят применение в повседневной жизни людей. Полигональное 3D – моделирование Полигональное 3D-моделирование является классическим способом создания трехмерных моделей, основанным на ручном вводе координат X, Y, Z. Эти координаты определяют ключевые точки в пространстве, которые затем соединяются ребрами, образуя многоугольники, так называемые полигоны. Каждый полигон имеет свою уникальную текстуру, форму и цвет, что делает модель визуально привлекательной и реалистичной. Любая полигональная фигура состоит из граней, объединенных в один элемент с помощью вершин. Вершины являются точками, соединяющими ребра, а сами ребра являются линиями, соединяющими грани. Грани, или полигоны, представляют собой плоскости, состоящие из треугольных или четырехугольных ячеек, которые образуют сетку. Важно отметить, что количество ячеек не ограничено и может варьироваться в зависимости от сложности модели. Основу модели, независимо от ее сложности, составляет каркас, или ограничительная структура, которая позволяет редактировать модель, изменять ее форму, перемещать и т.д. Это делает полигональное моделирование удобным инструментом для создания трехмерных объектов. Однако, следует учитывать, что для достижения высокой степени 5 детализации и реализма объекта, количество полигонов должно быть значительным. Это является недостатком данного подхода, но не мешает ему продолжать применяться в различных сферах повседневной жизни. Область применения полигонального моделирования весьма разнообразна: от проектирования персонажей, растений и животных до создания сложных архитектурных форм зданий и сооружений. Этот метод позволяет воплотить в жизнь самые разнообразные идейные и технические решения, делая его незаменимым инструментом в мире трехмерной графики. Сплайновое моделирование моделирует не отдельные полигоны объекта,а кривые для создания поверхности – используя основу сплайнового каркаса. А затем формируется трехмерная поверхность, которая и огибает данный каркас (см. рисунок ). Такие поверхности применяются для моделирования сложных объектов, которые не имеют граней (при создании моделей автомобилей, животных или людей) – то есть получается сплайновое моделирование является более точным и при масштабировании объекта (изменения размера) качество объекта не меняется. Сплайновое моделирование имеет очень широкое применение при создании органических моделей в компьютерных программах: растений, людей и животных – но также данное направление можно наблюдать в дизайне. Скульптуринг – это новое направление в 3D геометрии создании и цифровой моделировании. модели При пользователь взаимодействует с виртуальным объектом точно так же, как скульптор с реальной глиной, а виртуальный материал можно 6 тянуть, толкать, скручивать или сжимать для создания необходимой модели (см. рисунок ). 7 В скульптуринге имеются следующие возможности: добавление или удаление лишних слоев, деформирование модели при помощи определенных инструментов – что позволяет сделать процесс был максимально комфортным для человека. В дальнейшим эти 3D моделирование стало основой 3D геометрии, которая стала использовать знания об уже известных фигурах в компьютерных программах, нацеленных на 3D моделирование. 3D моделирование или геометрия позволило не только создать объемные объекты при помощи компьютерных программ, но и добавить определенные свойства визуализации (звук, видео и т.д.) – это позволяет использовать эти свойства в дизайне, информационных технологиях, медицине, архитектуре и других областях человеческой деятельности. [2] Применение трехмерного моделирования 3D моделирование может применяться в различных направлениях человеческой деятельности, среди которых: дизайн, индустрия развлечений, кинематограф, реклама, медицина, строительство и другие. Рассмотрим подробно каждое направление. Реклама и маркетинг. Любимые зверушки, говорящие продукты питания или узоры, в считанные мгновения появляющиеся на стенках рекламируемого гаджета – все это 8 делается для потребителей. используют привлечения Все чаще внимания маркетологи 3D-визуализацию создавая анимационные рекламные объектов, ролики. Съемки в реальных условиях не дают такой привлекательной картинки, как с применением анимации. Преимущества использования трехмерной визуализации в рекламе: позволяет создать вымышленных героев; 3D-объект выглядит более привлекательно, чем в реальной жизни, лучше передает необходимые качества предлагаемого продукта; дает возможность создать готовый макет рекламного баннера и посмотреть, как он будет выглядеть. Кинематограф, компьютерные игры, анимация. В кинематографе и игровой индустрии 3D-визуализация прижилась и укоренилась, видимо, навсегда. Современному человеку трудно представить любимую игру без трехмерных персонажей, а очередной фильм – без 3Dграфики. Процесс создания визуальной модели объекта в данной сфере состоит из нескольких этапов Моделирование – создание 3Dобъектов. Текстурирование – нанесение текстур на трехмерную модель. Риггинг – создание «виртуальных» костей, скелета будущего персонажа. Анимация – «оживление» трехмерной модели. Рендеринг – переформатирование графической модели в запись. Композитинг – вставка персонажа в кадр или сцену, добавление спецэффектов, устранение дефектов и т.д 3D-визуализация – процесс создания объемного изображения, 9 вымышленного или максимально приближенного к реальности. Возможности данной технологии неограниченны – можно создавать объекты любых форм и размеров, экспериментировать с цветами, изменять и трансформировать. Однако главное преимущество трехмерной визуализации заключается в том, что она позволяет создать макеты впечатляющих образов, удивительных картин и замысловатых персонажей, которые рождаются в воображении человека. Медицина Однако кроме развлечений, 3D моделирование применяют в медицинских целях, а именно: компьютерная томография и протезирование. Сканирование в 3D формате помогает обнаружить дефекты тканей, органов, которые не были замечены при проведении других обследований, и выявить проблемные больные органы, а в некоторых случаях проводить серьезные медицинские операции . Геометрическое 3D протезирование позволяет создавать идеальный имплантат, который подходит по всем параметрам без дополнительных изменений. Такие технологии помогают смоделировать слуховые аппараты, протезы конечностей, а в некоторых случаях даже создать искусственный сердечный клапан. [3]. Дизайн интерьера, архитектура, строительство. Сегодня 3D-визуализация дома – важный этап перед началом строительных работ. Данная технология позволяет посмотреть на готовый объект и внести изменения при необходимости. Трехмерная визуализация используется при создании дизайна интерьера, где каждая деталь представляется в виде объемных изображений . 10 Презентация проекта по ландшафтному или внутреннему дизайну помещения уже не обходится без 3D моделирования. Это позволяет заказчику и дизайнеру просмотреть каждую проекта деталь в ретроспективе и под разными углами. Наука и промышленность Наука и промышленность также применяет 3D моделирование для проектирования технических изделий. Современные проектируемого технологии объекта, позволяют максимально создать приближенного визуализацию к реальному устройству, оценить его наглядно. Трехмерная модель будущего механизма ускоряет и облегчает работу инженера-конструктора, избавляя его от процесса черчения. Часто заказчики требуют продумать необычный дизайн бытовых предметов. В данном случае процесс визуализации помогает продемонстрировать дизайнерское решение. [3] Подводя итог обзору 3D моделирования можно с уверенностью сказать, что повышается уровень востребованности 3D технологии, которые развиваются, усложняются и все больше внедряются в нашу повседневную жизнь. Трехмерное моделирование позволяет создать очень точную модель, максимально приближенную к реальности, высоко детализировать объект и 11 исправить все просмотренные нюансы модели. [3] Практическая работа Рассмотрев и изучив тему 3D моделирования, я узнала, что существует множество техник, способов и методов создания 3D моделей. Меня заинтересовало полигональное моделирование. Чтобы склеить объёмную 3D -модель из бумаги, сначала нужно выполнить её развёртку. Представляю вашему вниманию свои работы. Заключение. По результатам исследования можно сделать следующие выводы: Применяя научные открытия ученых в 3D моделировании, прогресс техники и информационных технологий привел к тому, что создание 3D модели определенной задачи способен решать большинству научных, производственных и медицинских вопросов. 3D моделирование позволило не только создать объемные объекты при помощи компьютерных программ, но и добавить определенные свойства визуализации (звук, видео и т.д.) – это позволяет использовать эти свойства в дизайне, информационных технологиях, медицине, архитектуре и других областях человеческой деятельности. Трехмерное моделирование позволяет создать очень точную модель, максимально приближенную к реальности, высоко детализировать объект и исправить все просмотренные нюансы модели. 12 Список используемой литературы. 1. История 3 D геометрии // URL: https://www.hse.ru/news/communication/150125816.html 2. 3D моделирование // URL: https://proudalenku.ru/3d-modelirovanie/ 3. Области применения 3D модели // https://3d-stl.store/articles/stati_12.html 4.Области применения 3D-технологий в современном мире //URL: https://ucvt.org/blog/oblasti-primeneniya-3d-tehnologij-v-sovremennom-mire 5.Программы, технологии и процесс 3D-моделирования // URL:https://stankiexpert.ru/tehnologii/3d-modelirovanie.html 6.Геометрия трехмерных объектов // URL: https://professorweb.ru/my/WPF/graphics_and_animation/level27/27_3.php 13