مدل‌سازی سه‌بعدی

فرآیند توسعۀ یک ارایۀ ریاضی از هر سطح سه‌بعدی یک شیء از طریق نرم‌افزارهای تخصصی

مدل‌سازی سه‌بعدی (به انگلیسی: 3D Modeling) فرآیند توسعۀ یک ارایه مبتنی بر مختصات ریاضی از هر رویه یا سطح یک شیء (بی‌جان یا جاندار) به صورت سه‌بعدی از طریق نرم‌افزارهای تخصصی با دستکاری اضلاع، رئوس و چند‌ضلعی‌ها در یک فضای سه‌بعدی شبیه‌سازی شده است.[۱][۲][۳]

مدل‌های سه‌بعدی (3D) یک جسم فیزیکی را با استفاده از مجموعه‌ای از نقاط در فضای سه‌بعدی نشان می‌دهند که توسط عناصر هندسی مختلف مانند مثلث‌ها، خطوط، سطوح منحنی و غیره به هم متصل می‌شوند.[۴] به عنوان مجموعه‌ای از داده‌ها (نقاط و سایر اطلاعات)، مدل‌های سه‌بعدی می‌توانند به صورت دستی، الگوریتمی (مدل‌سازی رَویه‌ای) و یا با اسکن سه‌بعدی ایجاد شوند.[۵][۶] سطوح آن‌ها ممکن است بیشتر با نگاشت بافت تعریف شود.

طرح کلیویرایش

این محصول مدل سه‌بعدی نام دارد. شخصی که با مدل‌های سه‌بعدی کار می‌کند ممکن است به عنوان یک هنرمند سه‌بعدی یا یک مدل‌ساز سه‌بعدی شناخته شود.

یک مدل سه‌بعدی همچنین می‌تواند به عنوان یک تصویر دو بعدی از طریق فرآیندی به نام رندرینگ سه‌بعدی نمایش داده شود یا در شبیه‌سازی کامپیوتری از پدیده‌های فیزیکی استفاده شود.

مدل‌های سه‌بعدی ممکن است به صورت خودکار یا دستی ایجاد شوند. فرآیند مدل‌سازی‌ دستی، تهیۀ داده‌های هندسی برای گرافیک‌های کامپیوتری سه‌بعدی شبیه به هنرهای پلاستیکی چون مجسمه‌سازی است. مدل سه‌بعدی را می‌توان با استفاده از دستگاه‌های چاپ سه‌بعدی که لایه‌های دوبعدی مدل را با مواد سه‌بعدی، لایه به لایه در یک زمان تشکیل می‌دهند، به صورت فیزیکی ایجاد کرد. بدون مدل سه‌بعدی، چاپ سه‌بعدی امکان‌پذیر نیست.[۷]

نرم‌افزار مدل‌سازی سه‌بعدی یک گروه از نرم‌افزارهای گرافیک کامپیوتری سه‌بعدی هستند که برای تولید مدل‌های سه‌بعدی استفاده می‌شوند. برنامه‌های منحصربفرد از این گروه، مانند اسکچ‌آپ، برنامه‌های کاربردی مدل‌سازی نامیده می‌شوند.[۸]

تاریخچهویرایش

 
مدل سه‌بعدی یک طیف سنج نوری[۹]
 
مدل بازی ویدئویی سه‌بعدی چرخان
 
مدل‌های سلفی سه‌بعدی از تصاویر دو بعدی گرفته شده در غرفۀ عکس سه‌بعدی فانتاسیترون در مادیرودام تولید می‌شوند
 
رندر مُدرنی از مدل قوری نمادین یوتا که توسط مارتین نیوول (۱۹۷۵) توسعه یافته‌ است. قوری یوتا یکی از رایج‌ترین مدل‌هایی است که در آموزش گرافیک سه‌بعدی استفاده می‌شود

مدل‌های سه‌بعدی در حال حاضر به‌طور گسترده در هر زمینه‌ای از گرافیک‌های سه‌بعدی و کَد (CAD) استفاده می‌شوند، اما تاریخچۀ آن‌ها به پیش‌تر از استفادۀ گسترده از گرافیک‌های سه‌بعدی در رایانه‌های شخصی باز می‌گردد.[۱۰]

در گذشته، بسیاری از بازی‌های رایانه‌ای از تصاویر از پیش رندر شده مدل‌های سه‌بعدی به‌عنوان اسپرایت استفاده می‌کردند، قبل از اینکه رایانه‌ها بتوانند آن‌ها را در زمان واقعی ارائه دهند. بنابراین طراح می‌تواند مدل را در جهت‌ها و نماهای مختلف ببیند، این می‌تواند به طراح کمک کند تا ببیند آیا شیء همانطور که در نظر گرفته شده است در مقایسه با دید اصلی‌اش ایجاد شده است، یا خیر. دیدن طرح به این صورت می‌تواند به طراح یا شرکت کمک کند تا تغییرات یا بهبودهای مورد نیاز محصول را کشف کند.[۱۱]

بازنماییویرایش

تقریباً تمام مدل‌های سه‌بعدی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

  • صُلب (Solid) – این مدل‌ها حجم جسمی را که نشان می‌دهند (مانند یک سنگ) را مشخص می‌کنند. مدل‌های جامد بیشتر برای شبیه‌سازی‌های مهندسی و پزشکی استفاده می‌شوند و معمولاً با هندسۀ صُلب (سخت) ساختاری ساخته می‌شوند.
  • پوسته (Shell) یا حصار (Boundary) – این مدل‌ها سطح را نشان می‌دهند، یعنی مرز جسم، نه حجم آن (مانند یک پوستۀ تخم‌مرغِ بی‌نهایت نازک). تقریباً تمام مدل‌های بصری مورد استفاده در بازی‌ها و فیلم‌ها، مدل‌های پوسته‌ای هستند.

مدل‌سازی صُلب و پوسته می‌تواند اشیاء یکسانی را ایجاد کند. تفاوت بین آن‌ها عمدتاً تغییرات در نحوۀ ایجاد و ویرایش آن‌ها و قراردادهای استفاده در زمینه‌های مختلف و تفاوت در انواع شباهت میان مدل و واقعیت است.

مدل‌های پوسته باید خمینه باشند (بدون سوراخ یا ترک در پوسته) تا به عنوان یک شی واقعیِ معنادار باشند. در مدل پوسته‌ای از یک مکعب، سطح پایین و بالای مکعب باید دارای ضخامت یکنواخت و بدون سوراخ یا ترک در اولین و آخرین لایۀ چاپ شده باشند. شبکه‌های چندضلعی (و به میزان کمتری سطوح تقسیم‌بندی شده) رایج‌ترین نوع بازنمایی هستند. مجموعهٔ تراز نیز یک بازنمایی مفید برای تغییر شکل سطوحی هستند که دستخوش تغییرات توپولوژیکی زیادی مانند سیالات می‌شوند.

فرآیند تبدیل نمایش اجسام، مانند مختصات نقطۀ وسط یک کره و یک نقطه در محیط آن به یک نمایش چندضلعی‌ از یک کره، تسلاسیون نامیده می‌شود. این مرحله در رندر مبتنی بر چندضلعی‌ استفاده می‌شود، جایی که اشیاء از بازنمایی‌های انتزاعی ("اولیه") مانند کره‌ها، مخروط‌ها و غیره، به اصطلاح مش‌ها (meshes)، که شبکه‌هایی از مثلث‌های به هم پیوسته هستند، تجزیه می‌شوند. مش‌های مثلث‌ها (به جای مربع‌ها) محبوب هستند، زیرا ثابت شده‌ است که شطرنجی‌کردن آن‌ها آسان است (سطح توصیف شده توسط هر مثلث مسطح است، بنابراین برآمدگی همیشه محدب است).[۱۲] بازنمایی‌های چندضلعی‌ در همه تکنیک‌های رندر استفاده نمی‌شوند، و در این موارد، مرحله تسلاسیون در انتقال از بازنمایی انتزاعی به صحنۀ رندر شده گنجانده نمی‌شود.[۱۳]

روندویرایش

سه روش رایج برای بازنمایی یک مدل وجود دارد:

  • مدل‌سازی چند‌ضلعی – نقاطی در فضای سه‌بعدی که رئوس (vertices) نامیده می‌شوند، توسط بخش‌های خطی به هم متصل می‌شوند تا یک شبکه چندضلعی‌ تشکیل دهند. اکثریت قریب به اتفاق مدل‌های سه‌بعدی امروزه به‌عنوان مدل‌های چندضلعی‌ بافت‌دار ساخته می‌شوند، زیرا انعطاف‌پذیر هستند، زیرا رایانه‌ها می‌توانند آن‌ها را به سرعت رندر کنند. با این حال چندضلعی‌ها، مسطح هستند و فقط می‌توانند سطوح منحنی را با استفاده از ازدیاد نسبی چندضلعی‌ها ایجاد کنند.
  • مدل‌سازی منحنی – سطوح توسط منحنی‌هایی تعریف می‌شوند که تحت تأثیر نقاط کنترل وزنی قرار می‌گیرند. منحنی از نقاط پیروی می‌کند (اما لزوماً درون‌یابی نمی‌کند). افزایش وزن برای یک نقطه، منحنی را به آن نقطه نزدیک می‌کند. انواع منحنی عبارتند از خط پایۀ غیر یکنواخت منطقی (NURBS)، خطوط پایه (Splines)، تکه‌ها (Patches)، و اشکال هندسی اولیه.
  • مجسمه‌سازی دیجیتال – هنوز یک روش نسبتاً جدید برای مدل‌سازی است، مجسمه‌سازی سه‌بعدی در طی چند سالی که بوجود آمده، بسیار محبوب شده‌ است.[۱۴] در حال حاضر سه نوع مجسمه‌سازی دیجیتال وجود دارد: جایگزینی، که در حال حاضر بیشترین استفاده را در بین برنامه‌ها دارد، از یک مدل متراکم استفاده می‌کند (اغلب توسط سطوح تقسیم‌بندی، یک مش کنترل چندضلعی‌ ایجاد می‌شود) و مکان‌های جدیدی را برای موقعیت‌های رئوس با استفاده از یک نقشۀ تصویری که مکان‌های تنظیم شده را ذخیره می‌کند، جایگزین می‌کند. حجم‌سنجی، به‌طور ضعیف بر اساس وکسل‌ها، دارای قابلیت‌های مشابه با جایگزینی است، اما زمانی که چندضلعی‌های کافی در یک منطقه برای دستیابی به تغییر شکل وجود ندارد، از کشش چندضلعی‌ آسیب نمی‌بیند. تسلاسیون پویا، که شبیه به وکسل است، سطح را با استفاده از مثلث‌سازی تقسیم می‌کند تا سطحی صاف را حفظ کند و جزئیات ریزتر را امکان‌پذیر کند. این روش‌ها امکان کاوش بسیار هنرمندانه را فراهم می‌کنند، زیرا مدل پس از شکل‌گیری مدل‌ها و احتمالاً جزئیات، توپولوژی جدیدی روی آن ایجاد می‌کند. مش جدید معمولاً دارای اطلاعات مش اصلی با وضوح بالا است که به داده‌های جایگزینی یا داده‌های نقشۀ معمولی برای موتور بازی منتقل می‌شود.

منابعویرایش

  1. ""What is 3D Modeling & What's It Used For?". Concept Art Empire. 2018-04-27. Retrieved 2021-05-05". Concept Art Empire (به انگلیسی).
  2. ""3D Modeling". Siemens Digital Industries Software. Retrieved 2021-07-14" (به انگلیسی).
  3. "Marketing, TOPS (2020-04-27). "What is 3D Modeling? | How 3D Modeling is Used Today". TOPS. Retrieved 2021-07-14" (به انگلیسی).
  4. "Slick, Justin (2020-09-24). "What Is 3D Modeling?". Lifewire. Retrieved 2022-02-03". Lifewire (به انگلیسی).
  5. ""How to 3D scan with a phone: Here are our best tips". Sculpteo. Retrieved 2021-07-14". Sculpteo (به انگلیسی).
  6. ""Facebook and Matterport collaborate on realistic virtual training environments for AI". TechCrunch. Retrieved 2021-07-14". TechCrunch (به انگلیسی).
  7. ""3D Modeling: Creating 3D Objects"". Sculpteo. Retrieved 2021-05-05. (به انگلیسی).
  8. Tredinnick Ross, Victoria Interrante (October 2006). "A Tablet Based Immersive Architectural Design Tool". ACADIA 2006: Synthetic Landscapes Digital ExchangeDigital Dissemination: Dissemination and Representation: 329.
  9. ""ERIS Project Starts"". ESO Announcement. Retrieved 14 June 2013. (به انگلیسی).
  10. ""The Future of 3D Modeling"". GarageFarm. 2017-05-28. Retrieved 2021-12-15. (به انگلیسی).
  11. ""What is Solid Modeling? 3D CAD Software. Applications of Solid Modeling"". Brighthub Engineering. 17 December 2008. Retrieved 2017-11-18. (به انگلیسی).
  12. Jon Radoff,. "Anatomy of an MMORPG". Archived 2009-12-13 at the Wayback Machine, August 22, 2008 (به انگلیسی). Archived from the original on 13 December 2009. Retrieved 30 March 2022.{{cite web}}: نگهداری CS1: نقطه‌گذاری اضافه (link) نگهداری یادکرد:ربات:وضعیت نامعلوم پیوند اصلی (link)
  13. Yu, Faxin; Lu, Zheming; Luo, Hao; Wang, Pinghui (2011-02-03). "Three-Dimensional Model Analysis and Processing". Springer Science & Business Media. (به انگلیسی). ISBN 978-3-642-12651-2.{{cite web}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  14. ""How to Make 3D Models"". Retrieved 2022-02-28. (به انگلیسی).

پیوند به بیرونویرایش

  پرونده‌های رسانه‌ای مربوط به مدل سه‌بعدی در ویکی‌انبار