муниципальное общеобразовательное учреждение
«Лицей № 3 Тракторозаводского района Волгограда»
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ
ВОЗМОЖНО ЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ В РЕАЛЬНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Выполнила:
Синицына П.С., ученица 10 «Г» класса
Куратор проекта:
Погорелова С.Г., учитель технологии
Волгоград 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность: Актуальность темы исследования заключается в том, что современный мир невозможно представить без 3D графики, она произвела грандиозные революционные изменения в науке, медицине, промышленности и строительстве.
Проблема: Возможно ли применение продуктов 3D моделирования в строительстве?
Гипотеза: Технология 3D печати позволяет создавать макеты различных зданий, даже тех, аналогов которым не существует, но большинство зданий, спроектированные в 3D моделировании, не могут быть построены из-за невозможности выстоять на почве.
Цель проекта – донести информацию о возможности применения продуктов 3D моделирования в реальном строительстве.
Задачи:
- Ознакомление с технологией 3D моделирования.
- Подробный разбор программы Blender.
- Изучение возможности применения 3D моделирования в реальном строительстве.
Объект: возможное применение технологии 3D моделирования в строительстве.
Предмет: использование 3D моделирования в реальном строительстве.
Личная значимость: популяризация 3D технологий в обществе, а также углубленное самостоятельное изучение.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ
- Понятие 3D моделирования
Современный мир сложно представить без визуализации. Визуализация – это способ трансформации информации в зрительно воспринимаемую форму: диаграмму, график, топографическую карту, рисунок, эскиз, таблицу, образ и т.д. Целью визуализации является целенаправленно созданная модель, воплощенная средствами 3D графики. Материалы, созданные в 3D редакторах можно использовать в различных целях: строительство, реклама, фильмы, игры и т.д.
Сегодня наиболее эффективным методом развитие современной архитектуры является активное применение передовых 3D технологий, позволяющих вывести визуальные, конструктивные, инженерные и технические решения на качественно новый уровень. 3D моделирование позволяет создать прототип будущего сооружения, коммерческого продукта в объемном формате.
3D моделирование — это проектирование трехмерной модели по заранее разработанному чертежу или же эскизу. Для построения объемной модели предмета используются специальные программные продукты визуализации и аппаратные устройства в виде компьютеров, планшетов и оргтехники. При моделировании важным этапом является рендеринг — преобразование черновой вариации модели в приятный для глаз формат.
Конструкторы-проектировщики часто прибегают к помощи 3D-програм, чтобы осуществить:
- Проверку правильности создания конструкции;
- Расчет некоторых показателей, например, площади составляющих объекта или их массы;
- Удобное ознакомление с необходимой документацией;
- Быстрое проектирование устройства и его отправление на разработку;
- Замену кропотливого процесса создания натуральных макетов на работу с виртуальными образами.
-
Blender — программа по созданию 3D моделей
Данное приложение довольно полезно строительным компаниям и фирмам. При наличии программы они могут ознакомить клиентов со строительным объектом прямо на мониторе компьютера. Причем ограничений в презентации практически не существует: клиент может ознакомиться с проектом или планировкой своего дома как снаружи, так и изнутри. При необходимости модификации определенных элементов строительства программа тут же «прибежит» на помощь, опять же позволяя сэкономить средства и время.
Blender – это свободное приложение для создание трехмерной графики, анимации, интерактивных программ и др. Blender имеет длительную историю развития, профессиональную команду разработчиков, достаточно большую популярность.
Интерфейс Blender особенный как минимум по двум причинам. Во-первых, в нем избегается использование перекрывающихся окон. Это значит, что даже если что-то открывается в отдельном окне, это окно не блокирует работу других окон. Во-вторых, упор сделан на использование комбинаций клавиш. Если в других приложениях не всякая команда имеет горячую клавишу, то в Blender скорее наоборот – не у каждой клавишной комбинации есть соответствующий ей элемент в интерфейсе.
Кроме того, в Blender, наряду с обычными клавишами, активно используется NumLock. Поэтому желательно иметь обычную клавиатуру, а не урезанную. Хотя на таких можно переключаться в режим цифровой клавиатуры, но при этом блокируется часть обычных клавиш. и официальной системе.
1.2.1. Основные термины и определения
Рендеринг является процессом графического отображения 3D сцены или объекта. Такие возможности, как материалы, текстуры, освещение и тени управляют эффектами и качеством рендера. Чем больше этих элементов добавлено, тем более реалистичной становится сцена.
Материалы и текстуры характеризуют внешний вид объекта (цвет и структуру). Материалы придают объекту реализм с помощью различных эффектов, таких как блеск, световое излучение, прозрачность и т.п.
Текстуры создают различные характеристики поверхностей, например, дерево, мрамор, облака, волны и неровность. Текстуры могут быть изготовлены из любой сканированной фотографии или нарисованного объекта в любом редакторе изображений, также может использоваться и видео.
Освещение характеризуется наличием источников света, которые через различные отражения и тени добавляют к сцене необходимые световые эффекты. Вы можете контролировать тип, интенсивность и цвет света, а также его границы на определенном расстоянии. Вы также можете создавать специальные эффекты, такие как эффект ореола при освещении тумана или пыли.
Камера – это точка наблюдения сцены. Камера позволяет управлять длиной фокусного расстояния (объектива), настраивать область обзора и глубину резкости. Она может следовать за объектом по определенному пути, либо следить за объектом с установленной точки.
Анимация – это серия изображений, формирующих видеоряд. Основными вариантами анимации являются изменение размеров объекта, его вращение и передвижение. На качество фильма влияют частота кадров в секунду (FPS), размер изображения, тип файла вывода и сжатие.
Анимация в реальном времени позволяет добавлять к объектам реальные физические свойства, а также использовать клавиатуру и другие устройства ввода для управления объектами на сцене. Можно создавать персонажей (actor), изменять массу (mass), регулировать трение (friction), силу и вращение в разные стороны, связываться с другими объектами сцены.
1.2.2. Анимация и спецэффекты
После создания модели объекта Blender позволяет применить к нему анимацию (интерполяция): синхронность, движение, вращение, масштабирование и добавить спецэффекты.
Движение, вращение, масштабирование – три основных модификатора, используемые при анимации. При работе с этими модификаторами необходимо указать только положение объекта в начальном и конечном кадрах, при этом положения объекта в остальных кадрах Blender просчитает автоматически.
Когда необходимо анимировать вращение колеса, шагающего персонажа или другой объект с повторяющимся движениями необходимо создать один цикл движения (для повторения), определить кривую этого цикла и выбрать нужный тип повторения, при этом важным моментом является правильный выбор скорости движения объекта (кадров/секунду). Движение будет повторено на протяжении всей анимации.
Кроме того, блендер обладает способностью использовать специальные модификаторы и функции для придания октябрьским объектам (сценам) различных спецэффектов, придающих реализм, например, такие эффекты, как волна, зеркальное изображение, жидкость, одежда, огонь, снег, фейерверк и другие.
Чтобы украсить фон объекта, Blender предлагает несколько основных типов окружающего эффекта: управление цветами в верхней и нижней части фона, добавление звезд, тумана и облаков, использование в качестве фона различных изображений. При необходимости создания фильма Blender позволяет соединять отдельные видеоролики (клипы) в один фильм.
- Современное применение технологии 3D моделирования
Одним из технологических «прорывов» современности являются инновационные цифровые технологии, в частности, трехмерная печать. С момента своего появления, за период около полувека, цифровые 3D-технологии достигли колоссального уровня развития. Сегодня они развиваются очень быстро и проникают практически во все сферы человеческой деятельности. На сегодняшний день использование 3D-технологий является наиболее эффективным методом повышения качества проектирования. Архитекторы наконец-то получили безотказный способ быстро, четко, наглядно и точно донести свои идеи до заказчика.
Давайте рассмотрим некоторые области, связанные с архитектурой и дизайном, в которых использование 3D-технологий показало наибольшую эффективность и помогло выйти на новый более высокий уровень качества:
- Макетирование. 3D-технологии используются во многих областях проектирования. Один из них — это макетирование. Качественная визуализация проекта в визуальной модели помогает получить более полную информацию о свойствах проектируемого объекта. Именно по макету мы можем судить о структуре объекта, размерах, пропорциях и масштабах, пластичности поверхности, пространственном размещении, цветовой гамме и многом другом. Качество макета напрямую зависит от качества материала и инструментов, а также от времени, затраченного на работу.
- Реставрация. Процесс реставрации подразумевает комплекс мер, направленных на предотвращение разрушения и достижение условий, при которых памятник будет сохранен. Исходя из этого, следует выделить две основные идеи реставрации: 1 — восстановление произведения в его первоначальном виде, 2 — сохранение объекта в максимально возможной неприкосновенности.
- Строительство. Использование 3D-печати в строительстве развивалось в нескольких направлениях, различающихся по типу использования печатного инструмента. Одним из них является использование мобильных роботов: группа мини роботов перемещается по участку и постепенно строит необходимый объект.
Первым этапом такого строительства является построение контура, «следа» будущего здания. Роботы движутся по заданной траектории, подключенные к роботу-поставщику, который поставляет печатный материал. После возведения фундамента сверху возводятся стены и потолки, после чего армирование конструкции является важным шагом для придания ей большей прочности.
Второе направление — печать промышленными манипуляторами. Отличительной особенностью этого направления является то, что печать происходит не послойно, а сразу со структурой, напоминающей рамку. Оболочку можно заполнить раствором и оштукатурить, что повышает прочность конструкции, и работать без заполнения.
Третье направление — это использование портальных принтеров. По своему принципу эта технология напоминает стационарные 3D-принтеры. Отличительной особенностью является то, что возводимый объект всегда должен быть меньше самого принтера, поскольку печатающая головка перемещается по массивным направляющим.
1.3.1. Плюсы и минусы применения технологии 3D моделирования
Использование 3D-технологий имеет как положительные, так и негативные аспекты. Главный из них — их низкая распространенность. Кроме того, для работы с этими типами оборудования требуется персонал, знающий технологию. Для этого необходимо иметь специализированные учебные заведения.
Стоит выделить следующие недостатки, касающиеся процессов в строительстве:
1) Особые требования к строительной площадке, связанные с ее подготовкой;
2) Низкая мобильность и, как следствие, особые требования к строящимся объектам (размер, форма). Невозможность возводить высотные и крупногабаритные объекты;
3) Необходимость дополнительного привлечения специалистов для отделочных работ;
4) Высокий уровень затрат на строительство для индивидуальных домостроительных фирм; 5) На современном рынке не большой выбор оборудования.
К основным положительным аспектам можно отнести такие, как:
1) Широкая сфера применения;
2) Экономия в технологическом процессе строительства;
3) Возможность сотрудничества со смежными специалистами;
4) Высокая точность и скорость как при проектировании, так и при строительстве; 5) Возможность прокладки коммуникаций во время строительства;
6) Работая с этими технологиями, не требуется большого количества высококвалифицированных специалистов, так как вся работа максимально автоматизирована;
7) Индустрия 3D-технологий сегодня перспективна. В связи с этим можно предположить, что когда они будут популяризированы, оборудование и ресурсы станут дешевле, а на рынке появится большая доступность.