Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
“Гимназия “Гармония”
Учебно-исследовательская работа
«3D моделирование в нашей жизни»
Выполнил: Воронин Александр,
учащийся 7 «Н» класса
МАОУ «Гимназия «Гармония»
Руководитель: Журавкова Кристина Рахмановна,
учитель математики
МАОУ «Гимназия «Гармония»
Великий Новгород
2025 г.
Актуальность темы учебно-исследовательской работы:
В настоящее время активно развивается сфера компьютерных технологий, одним из направлений, которых является 3D-моделирование. С его помощью можно не только создавать виртуальные модели, но и изготавливать необходимые полезные 3D-объекты.
Гипотеза:
Использование 3D-моделирования сильно ускоряет процесс изготовления продукта и сокращает затраты на него.
Цель:
Создать с помощью 3D-принтера дом из пластика.
Задачи:
– найти информацию о применении 3D технологий
– узнать историю 3D-технологий;
– изучить виды и сферы применения 3D-моделирования;
– узнать, насколько сильно 3D технологии облегчают процесс творчества;
– создать макет дома на 3D принтере
– сделать выводы о возможностях 3D-принтера.
Содержание учебно-исследовательской работы:
3D моделирование стало неотъемлемой частью современного мира, охватывая разнообразные сферы, от промышленного дизайна до искусства и архитектуры. Эта технология позволяет создавать трехмерные цифровые объекты, которые можно визуализировать, анализировать и модифицировать. В условиях стремительного развития технологий и возрастающей конкуренции 3D моделирование становится важным инструментом для бизнеса, позволяющим быстро реагировать на потребности рынка, сокращать время разработки продуктов и оптимизировать производственные процессы.
Современное 3D моделирование использует передовые программные решения и мощные компьютеры, что дает возможность специалистам создавать высокодетализированные модели с минимальными затратами времени и средств. Оно позволяет дизайнерам и инженерам экспериментировать с формой, материалами и текстурами, значительно расширяя горизонты креативного подхода. Кроме того, 3D модели можно использовать для создания виртуальных прототипов, что способствует более эффективному тестированию и улучшению конечного продукта. Таким образом, 3D моделирование не только ускоряет процесс разработки, но и способствует более качественному результату в различных отраслях.
История 3D технологий берет начало в 1960-х годах, когда появились первые компьютерные графические системы. Одной из первых таких разработок можно считать программу Sketchpad, созданную Иваном Сазерлендом, которая позволила пользователям манипулировать графикой на экране. С тех пор технологии начали развиваться, и в 1970-х годах появились более продвинутые алгоритмы для работы с трехмерными объектами, включая концепцию полигональной модели. Эти разработки легли в основу будущих 3D приложений и игр.
С переходом в 1990-е годы и 2000-е годы начинается бурный рост популярности 3D технологий, благодаря развитию графических процессоров и программного обеспечения. Именно в этот период 3D стало неотъемлемой частью видеоигр и киноиндустрии, с такими хитами, как “Титаник” и “Пятый элемент”, которые установили новые стандарты в создании визуальных эффектов. В наши дни 3D технологии охватывают множество областей, включая архитектуру, медицину и анимацию, и продолжают эволюционировать с применением таких инновационных подходов, как виртуальная и дополненная реальность
Виды 3D моделирования можно разделить на несколько категорий, включая полигональное, NURBS и скульптурное моделирование. Полигональное моделирование используется для создания моделей с помощью вершин и граней, что позволяет получить детализированные текстуры и формы, популярно в играх и анимации. NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) моделирование основывается на математических уравнениях и идеально подходит для создания гладких, плавных поверхностей, часто применяется в промышленном дизайне и архитектуре. Скульптурное моделирование позволяет создавать более органичные и детализированные формы, что делает его эффективным в области дизайна персонажей для мультфильмов и игр.
3D технологии находят широкое применение в различных областях. В киноиндустрии они используются для создания визуальных эффектов и анимации, улучшая зрелищность фильмов. В архитектуре 3D моделирование помогает визуализировать проекты, позволяя архитекторам и клиентам увидеть, как здания будут выглядеть еще до начала строительства. Кроме того, 3D технологии активно используются в медицине для создания точных моделей органов, что помогает в планировании операций. В производстве 3D печать стала революционным методом, позволяя создавать прототипы и изделия с высокой степенью точности и экономией времени.
Представим ситуацию, когда архитектурное бюро приступает к проектированию нового жилого дома и одновременно разрабатывает концепцию по созданию индивидуальной домашней утвари для будущих жителей.
Производство макета дома:
- 3D моделирование: Архитекторы используют 3D программное обеспечение для создания виртуальной модели дома. Этот процесс может занять, скажем, 2 недели. В традиционном подходе на создание плоских чертежей могло бы уйти около 3-4 недель.
- Корректировки: После первой версии модели заказчик может внести изменения. Например, быстрая адаптация размеров кухни. В 3D модели это можно сделать за пару часов, в то время как переделка чертежей может занять 1-2 недели.
- Печать модели: Далее создается масштабированный макет дома с использованием 3D печати, которая может занять около 1 недели. В традиционном подходе на изготовление макета из материалов, таких как дерево или пенопласт, может уйти до 2-3 недель.
Итак, в итоге:
– Время разработки: 3D моделирование (2 недели) + корректировки (2 часа) + печать (1 неделя) = 3 недели.
– Традиционный подход: 3-4 недели (черчения) + 1-2 недели (корректировки) + 2-3 недели (изготовление макета) = 6-9 недель.
Таким образом, благодаря 3D технологиям процесс проектирования сокращается примерно на 50%.
Для того, чтобы на собственной шкуре ощутить все прелести работы с 3D моделированием я сам создал макет дома на 3D принтере. Для этого я сделал его в программе Blender, потом с помощью программы Flesch Print нарезал его, затем перенёс его на 3D принтер на флешке, и через 3 часа он был готов.
Вывод:
На собственном опыте я убедился, что использование 3D-моделирования действительно сильно упрощает процесс создания продукта в сравнении с традиционными методами.
Обоснование актуальности и гипотезы в контексте влияния 3D моделирования на дизайн и производство:
– 3D моделирование — процесс создания трёхмерных объектов с использованием специализированного программного обеспечения.
– Полигональное моделирование — создание моделей с помощью вершин и граней, формирующих полигональные структуры.
– NURBS — Non-Uniform Rational B-Splines, технология для представления гладких поверхностей и кривых.
– Скульптурное моделирование — метод, позволяющий создавать модели в виде “скульптур”, используя инструменты для лепки и детализации.
– UV-развёртка — процесс создания 2D-изображения, на которое затем накладываются текстуры 3D-модели.
– 3D печать — аддитивная технология, при которой объекты создаются послойно из различных материалов.
Словарь терминов:
– Рендеринг — процесс преобразования 3D модели в 2D изображение с использованием света, текстур и эффектов.
– Анимация — создание движущихся изображений из статических моделей, включая смешение и интерполяцию поз.
– Визуализация — представление данных или проектов в графическом или визуальном формате, часто с использованием 3D технологий.
– Риггинг — процесс создания скелетной структуры для анимации 3D моделей, позволяющий их деформировать.
– Полигоны — основные элементы, из которых состоят 3D модели, обычно представлены в виде треугольников или квадратов.
– Текстура — 2D изображение, использующееся для придания модели деталей, таких как цвет, узоры и поверхности.
– CAD (Computer-Aided Design) — компьютерные технологии, используемые для разработки и проектирования в инженерии и архитектуре.
– VR (Виртуальная реальность) — технология, создающая искусственную среду для взаимодействия пользователя с 3D пространством.
– AR (Дополненная реальность) — технология, накладывающая цифровую информацию на реальный мир, улучшая взаимодействие с объектами.
Этот словарь поможет вам разобраться в основах 3D технологий для вашего проекта.
