Файл: Технологии современного производства 3Д моделирование (компас) прототипирование.docx
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 177
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Ехэ-Цакирская средняя общеобразовательная школа»
РЕФЕРАТ
на тему:
«Технологии современного производства: 3Д моделирование (компас) прототипирование»
Выполнил:
Лыгденов Чингис Аюрович
Проверил:
_________________________
у. Ехэ-Цакир
2023
Содержание:
-
Введение -
Краткая история развития 3D-технологий -
Технология 3D-принтера -
Трехмерная графика или 3D -
Моделирование -
Рендеринг -
Возможности и области применения 3D-технологий -
Перспективы развития 3D-технологий -
Программные ресурсы -
Заключение -
Список литературы
Введение
В нашей жизни есть много вещей, на которые изменения не влияют часто. Но это явно не включает передовые технологии. Постоянно обновляясь, они падают на жизнь человека, заставляя все больше и больше удивляться и восхищаться.
Современный мир невозможно представить без информационных технологий. Они все глубже и глубже проникают в нашу жизнь, захватывая все больше и больше наук - информатики и информационных технологий, математики, физики. Совершенствуются широко используемые информационные технологии - в образовании, бизнесе, развлечениях.
Информационному обществу нужны новейшие разработки, альтернатива прошлому веку. На помощь приходят 3D-технологии. Все чаще их можно встретить в печати, телевизорах, принтерах.
Сфера развлечений не обходится без новинок 3D - большинство премьер фильмов показывают в формате 3D.
Тема моего очерка «Перспективы развития 3D-технологий» выбрана не случайно. Они занимают все большее место не только в производственной, но и в повседневной жизни человека. Использование таких технологий упрощает многие жизненные процессы.
Краткая история развития 3D-технологий
1984: Американец Чарльз Халл разрабатывает технологию "стереолитографии" (SLA) для печати трехмерных объектов по цифровым моделям из фотополимеризуемых композитных материалов (FPC).
1985 - Михайло Фейген предложил формировать послойные 3D модели из листового материала: пленки, полиэстера, композитов, пластика, бумаги и др., Скрепляя слои между собой нагретым валиком. Эта технология получила название «Производство ламинированных объектов» (LOM).
В основном листы приклеиваются друг к другу, и лазер вырезает контур.
1986 - Получен патент на технологию "стереолитографии" (SLA), разработанную в 1984 году.
В том же году Чарльз Халл основал 3D Systems и разработал первое коммерческое устройство для 3D-печати. Называлось это просто - «установка для стереолитографии».
1986 - Доктор Карл Декарт и Джо Биман из Техасского университета в Остине разработали и запатентовали метод селективного лазерного спекания (SLS).
1987 - Израильская компания Cubital разработала технологию уплотнения слоев (SGC).
1988 г. - компания 3D Systems разработала модель SLA-250, запущенную в серийное производство для широкого круга пользователей.
1988 - Скотт Крамп изобретает FDM (моделирование разложения плавящихся материалов). Самая распространенная технология на сегодняшний день. Используется в большинстве «домашних» 3D-принтеров.
1989 - Скотт Крамп основал Stratasys.
1991 - Stratasys запускает первый 3D-принтер Dimension с экструдированной печатающей головкой (FDM).
1991 - Helisys продала свою первую машину для производства изделий из ламината (LOM)
1992 - Stratasys продала свою первую машину на основе FDM, «3D Modeler».
1992 - DTM продала свою первую систему селективного лазерного зажигания (SLS).
1993 - Основание Solidscape. Сейчас один из ведущих производителей.
1995 - Термин «3D-печать» был изобретен в Массачусетском технологическом институте.
1995 - Z Corporation получила эксклюзивную лицензию от MIT на использование технологии 3DP (адгезивная порошковая печать).
1996 - Компания Stratasys представила Genisys.
1996 - Z Corporation представила Z402.
1996 - Компания 3D Systems представила Actua 2100. Это устройство для быстрого прототипирования впервые было названо 3D-принтером.
1997 г. - EOS была продана компании 3D Systems, конкуренту стереолитографии. И они стали монополистами.
2005 - Корпорация Z выпустила Spectrum Z510. Это был первый на рынке 3D-принтер с высококачественной цветной печатью (3DP).
2006 - Открытие проекта Reprap под Стандартной общественной лицензией GNU.
2008 - Выпущена первая версия Reprap, «принтера, который может производить сам себя». В то время он мог производить около 50% необходимых деталей.
2008 - Компания Objet Geometries Ltd, разработала мульти-материальный принтер Connex500 (3DP). Сейчас количество материалов перевалило за 100.
2010 - Urbee: первый автомобиль, построенный с использованием гигантских 3D-принтеров Dimension и Fortus 3D Production Systems.
2010 г. - медицинская компания Органово. Inc. объявила о создании технологии печати искусственных кровеносных сосудов.
2010 г. - группа ученых из Fluid Interfaces Group из Массачусетского технологического института представила первый 3D-принтер для создания продуктов - «Рог изобилия». На данный момент разработка не получила значительного развития.
2011 - Голландский производитель 3D-принтеров Ultimaker достиг скорости 3D-печати до 350 мм в секунду. Действительно неплохо, хотя точность пострадала от скорости. Теперь эта цифра уже настолько удивительна.
2011 - Исследователи под руководством Университета Эксетера и Университета Брунеля и компании Delcam создают первый шоколадный 3D-принтер. По сути, это снова FDM, сложность была только в разработке композиции.
Технология 3D-принтера
2011 - Первый 3D-печатный самолет создан инженерами Саутгемптонского университета. Сложность заключалась скорее в том, чтобы спроектировать модель таким образом, чтобы ее можно было распечатать. Модель прекрасно полетела.
2011 - Венский технологический университет представил самый маленький, легкий и дешевый 3D-принтер. Работаем над аддитивной технологией фотополимеризации светочувствительной смолы весом 1,5 килограмма и стоимостью около 1200 евро.
2012 - 3D Systems представила 3D Cube, персональный 3D-принтер для домашнего использования. FDM.
2012 г. - В Венском технологическом университете создан трехмерный принтер, который печатает микроскопические объекты с разрешением до 100 нм со скоростью 5 мм в секунду.
Трехмерная графика или 3D
Трехмерная графика - это раздел компьютерной графики, охватывающий алгоритмы и программное обеспечение для выполнения действий над объектами в трехмерном пространстве, а также результат работы таких программ. Чаще всего он используется для создания изображений в архитектурной визуализации, кино, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке. Трехмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трехмерной модели сцены на экране компьютера с помощью специализированных программ.
Чтобы получить 3D-изображение, нужно пройти два этапа:
-
Моделирование - создание математической модели и создание в ней объектов. -
Рендеринг - это концепция компьютерной графики, которая означает создание модели с помощью компьютерной программы.
Моделирование
«Три кита» моделирования:
-
Создание модели. -
Изучите модель. -
Применение результатов исследования на практике, а также формулирование теоретических выводов.
Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:
-
Геометрия - это модель, построенная с использованием различных приемов, например дом. -
Материалы - информация о визуальных свойствах модели, таких как цвет стен, толщина фундамента. -
Источники света - настройки направления, мощности, спектра освещения. -
Виртуальные камеры - выбор точки и угла проекции. -
Силы и действия - настройки динамического искажения объектов, используемых в основном в анимации. -
Дополнительные эффекты - объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облаках, огне и т. д.
Рендеринг
Модель в процессе рендеринга - это любой объект или явление, описанное на строго определенном языке или с использованием структурных данных.
На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую картинку. Если вы хотите создать фильм, будет отображаться последовательность таких изображений, по одному для каждого кадра. В качестве структуры данных изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определяется как минимум тремя числами: интенсивностью красного, синего и зеленого. Таким образом, рендеринг преобразует трехмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселей. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если вы хотите создать иллюзию реальности.
Методы рендеринга:
-
Растеризация. -
Метод метания лучей. -
Глобальное освещение. -
Трассировка лучей.
У рендеринга есть собственное уравнение ниже. Все модели представляют собой своего рода приближенное решение этого уравнения.
Наиболее популярные системы рендеринга.
PhotoRealistic Render Man (PR Man) - это стандартный программный пакет для рендеринга 3D-анимации. В частности, он существует как стандарт для описания трехмерных данных для их последующей визуализации, а также как автономный рендер, выпущенный недавно под тем же именем.
Mental Ray - это профессиональная система визуализации и визуализации изображений, разработанная компанией mental images (Германия). Интегрирован в Softimage | XSI (с 1996 года тогда Softimage называлась Sumatra), Autodesk Maya (с 2002 года), Autodesk 3ds Max (с 1999 года), Houdini, SolidWorks, есть еще и отдельная версия. Это мощный инструмент визуализации, поддерживающий рендеринг сегментов.
V-Ray - система рендеринга (визуализации изображений), разработанная Chaos Group (Болгария). V-Ray работает как плагин для Autodesk 3ds Max, Cinema 4D, SketchUp, Rhino, TrueSpace7.5, Autodesk Maya (бета-версия с 2005 года), как отдельный модуль, Blender (через автономный модуль).
BusyRay - это бесплатная версия средства визуализации для 3ds Max. Рендерер имеет следующие возможности: управление ресурсами памяти для рендеринга сложных сцен; отсутствие настроек - рендерер подстраивается под каждую сцену; не нужно настраивать сцены для рендеринга.
Maxwell Render - это программный движок рендеринга, разработанный компанией Next Limit Technologies, основанной разработчиками Виктором Гонселсом и Игнасио Варгосом в 1998 году в Мадриде. Maxwell Render - первая (с точки зрения выпуска) система рендеринга, использующая так называемый. физическая парадигма. Вся система основана на математических уравнениях, описывающих поведение света. По этой причине визуализация объектов выполняется по принципу «без предположений».
Indigo Renderer - это физически корректная система рендеринга (это означает, что все вычисления света / энергии / каустики и т. д. Происходят взаимозависимо, что отличает его от других рендереров, где все обрабатывается отдельно и определяется самим пользователем).
LuxRender - это средство визуализации, а не приложение для 3D-моделирования. Создание сцен для рендеринга, включая настройку материалов и камер, зависит от других программ. Благодаря использованию экспортеров вся соответствующая информация о сцене записывается в файл LuxRender. После открытия этого файла LuxRender будет выполнять только рендеринг сцены.
YafRay - это бесплатная программа с открытым исходным кодом для трассировки лучей, которая использует XML для описания сцены. В феврале 2004 года модуль управления YafRay был интегрирован в программу 3D-моделирования Blender. Программа распространяется под лицензией GNU Lesser General Public License (LGPL).
POV-Ray - это программа трассировки лучей, доступная для многих компьютерных платформ. Первоначально основан на DKBTrace Дэвида Кирка Бака и Аарона А. Коллинза. Также было влияние раннего трассировщика лучей Polyray, внесенного его автором Александром Энцманном. POV-Ray - это бесплатное программное обеспечение (Freeware) с доступным исходным кодом.
SketchUp - это программа для моделирования относительно простых трехмерных объектов - зданий, мебели, интерьеров.
Возможности и области применения 3D-технологий
По статистике за 2012 год в мире насчитывается более 1000 различных 3D-принтеров, и их количество стремительно растет. Поскольку перечислить их очень и очень сложно, предлагаю остановиться на некоторых моделях, которые важны в самых разных областях - от военной до аэрокосмической.