ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 41
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Исследовательский проект
Тема: «3D моделирование и его применение»
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
Введение.
Актуальность данного исследования связана с научными открытиями трехмерного моделирования, с применением этих открытий в повседневной жизни человека. Благодаря данным открытиям, можно моделировать геометрические 3D фигуры с более сложной структурой, которая присуще дизайну, компьютерным играм, медицине, науке и промышленности.
Однако на этих открытиях не следует останавливаться, так как открытия трехмерного моделирования позволили в дальнейшем проводить исследования, связанные с применением 4D и 5D технологиях (но пока должного уровня достигла только 3D технология).
Новизна работ в основном связана с применением 3D моделирования в повседневной жизни человека, открытия которых позволяют решать сложные задачи.
Цель исследования – изучение трехмерного моделирования, научных открытий и применение их в повседневной жизни человека.
В соответствии с поставленной целью исследовательского проекта решаются следующие задачи:
-
проанализировать и обобщить историю применения 3D моделирования; -
рассмотреть основные 3D модели от самых простых до самых сложных; -
выявить применение 3D моделирование в профессиональной деятельности человека;
Практическая значимость исследования заключается в применении открытий и изобретений трехмерного моделирования в повседневной жизни человека начиная от дизайна заканчивая медициной и промышленностью.
Из истории трехмерного моделирования
И
стория и научные открытия трехмерного моделирования неразрывно связаны с именами древних и великих ученых - математиков – таких как Евклид, Виет, Декарт.Т
руды Евклида изложены в 13 томах основы математики и геометрии. Теоремы, формулы и аксиома Евклида были доработаны, и в дальнейшем были использованы для создания 3D моделирования.Но основной вклад в создание 3D моделирования внес Виет, формулы которого используется для нахождения корней квадратичного уравнения. Он положил начало символьному анализу в алгебре, в результате чего все мы сейчас обозначаем неизвестные как x, y или z, а коэффициенты — как a, b, c. Без его трудов ни одна формула, отражающая функцию в трехмерном пространстве, не выглядела бы так, как она выглядит сейчас – а, следовательно, не применялась в 3D моделировании. [1]
А
известный ученый математик Декарт создал двухмерную систему координат и не менее известное декартовое произведение – которое сегодня применяется в 2D и 3D технологиях. Особое влияние на создание 3Dмоделирование повлияли его труды в аналитической геометрии, и именно исследования Декарта позволили перейти к основному понятию алгебры и геометрии – функции, которая применяется в математике
, программировании и в компьютерной 3D технологии. Однако труды Декарта были продвинуты созданием аналитической геометрии и основами дифференциальной геометрии Густава Эйлера, которые в дальнейшем использовались в работе с пространственными объектами.
В
истории трехмерного моделирования не обошлось и без других российских ученых: Бориса Делоне и Георгия Вороного – которые жили в начале XX века. Борис Делоне предложил метод триангуляции, который позволил разбивать поверхности трехмерных объектов на так называемые полигон, а второй создал «диаграмму Вороного», которая тесно связана с триангуляцией Делоне.Прошло сто лет, а математическая составляющая этой диаграммы и сейчас применяется в анализе данных при кластеризации объектов.
Применяя научные открытия ученых, прогресс техники и информационных технологий привел к тому, что в современной видеокарте стало возможным использование более 4 миллиардов транзисторов. А технический процесс позволил создавать видеокарты с применением трехмерного моделирования в геометрии и применению 20 нанометров - это в сотни раз меньше, чем толщина волоса.
Кластеры, в которые объединяют графические 3D адаптеры, используются в совершенно разных областях — химии, прикладной физике, нано электронике, медицине и других науках. Благодаря технологическим возможностям 3D видеокартам ученые смогли смоделировать процесс свертывания белков и в ближайшее время смогут найти, к примеру, лекарство от рака или болезни Альцгеймера –
все благодаря открытиям и применению трехмерного моделирования в геометрии. По результатам таких проектов пишутся сотни научных работ на темы, уже не связанные непосредственно с трехмерной графикой, которые могут применяться в различных научных областях.[1]
Виды 3D- моделирования.
Самыми простыми геометрическими 3D фигурами, с которых начинается обучение объемной геометрии, стали именно объемные фигуры. Объемные фигуры – это фигуры, точки которой не находятся на одной плоскости.
К объемным геометрическим фигурам относятся: шар, конус, параллелепипед, цилиндр, пирамида и сфера – все эти фигуры представлены на рисунке
Эти первые геометрические 3D фигуры нередко встречаются человеком в повседневной жизни в вещах, которыми он обычно привык пользоваться или использовать.
При использовании 3D моделирования или 3D геометрия различают три основных вида моделирования трехмерных объектов, которые часто применяют в повседневной жизни: полигональное, сплайновое и скульптуринг.
Подробно рассмотрим каждый вид моделирования с учетом применения его в повседневной жизни человека. [2]
Полигональное 3D – моделирование является классическим видом моделирования, в основу которого лежит ручной ввод координат X,Y,Z – с помощью данных координат определяются ключевые точки в пространстве. Эти ключевые точки соединяются ребрами и создают многоугольники (полигоны) – которые имеют свою уникальную текстуру, форму и цвет (см. рисунок – Полигональное 3D моделирование)
Любые полигональные фигуры, состоят из граней плоскостей (полигонов), объединённых в один элемент с помощью вершин.
Вершина – точка, соединяющая рёбра.
Ребро – представляет собой линию, соединяющую грани.
Грань (полигон) – плоскость, состоящая из треугольных или четырёхугольных ячеек, образующих сетку.
Количество ячеек неограниченное.
Все объёмные тела имеют свой каркас, который составляет основу модели: с его помощью можно редактировать изделие, менять форму, вытягивать, передвигать и т.д.
Однако у данного моделирования присутствует один недостаток - чтобы объект имел ограненный вид, количество полигонов должно быть большим. Но несмотря на данный недостаток данный вид моделирования продолжает применяться в повседневной жизни.
Область применения полигонального моделирования весьма обширная, от проектирования фигур человека, растений, животных, до создания сложных архитектурных форм зданий и сооружений.
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 ). Т
акие 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 и моделировании. При создании цифровой модели пользователь взаимодействует с виртуальным объектом точно так же, как скульптор с реальной глиной, а виртуальный материал можно тянуть, толкать, скручивать или сжимать для создания необходимой модели (см. рисунок ).
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.