مدل سازی سه بعدی چیست؟

مدل سازی سه بعدی به دلیل مزیت هایی همچون قابلیت پیاده سازی ایده ها و مفاهیم خلاقانه، افزایش دقت و ظرافت، کاهش زمان و هزینه طراحی کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارند. همچنین برای اهداف بازاریابی، معرفی خدمات یا محصولات و تاثیرگذاری بر ذهن مخاطبان می توان از آن استفاده نمود. در این مقاله ضمن آشنایی با مدلسازی سه بعدی، کاربردها، مراحل طراحی و نرم افزارهای مربوطه معرفی شده است.

مدلسازی سه بعدی چیست؟

مدل سازی سه بعدی به فرآیند پیاده سازی گرافیکی نمونه ها به صورت سه بعدی در یک مقیاس مشخص و شبیه به مدل های واقعی پروژه گفته می شود. شبیه سازی و بازسازی مدل ها به وسیله کامپیوتر و نرم افزارهای طراحی سه بعدی انجام می شود. در این فرآیند اندازه، شکل، بافت و تمام آبجکت ها به صورت دیجیتالی تعیین می شوند. در طراحی سه بعدی، اشیا به وسیله مجموعه ای از نقاط که توسط عناصر هندسی مانند خطوط، سطوح منحنی و…  به یکدیگر متصل هستند، نشان داده می شوند. طرح های سه بعدی با ایجاد یک مدل ریاضی از سطوح در فضای سه بعدی گرافیکی و اعمال تغییرات در رئوس، خطوط، سطوح و اشکال هندسی ساخته می شوند. اگر شما نیز به دنبال دریافت خدمات مدل سازی سه بعدی در ارومیه و سایر شهرهای کشور هستید، می توانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید و مشاوره رایگان دریافت کنید.

آشنایی با تاریخچه مدلسازی سه بعدی

در اوایل دهه 1960 برنامه Sketchpad برای طراحی گرافیکی و ایجاد اولین اشیا سه بعدی به وسیله کامپیوتر ساخته شد. در سال 1964 دو شرکت جنرال موتورز (General Motors) و ای بی ام (IBM) با همکاری همدیگر برنامه ای کامپیوتری برای طراحی ماشین ایجاد کردند. پس از آن استفاده از برنامه های طراحی در صنایع و حوزه های مختلف رواج یافت.

در سال 1969 اولین برنامه مدل سازی جامد با عنوان Syntha Vision در دسترس قرار گرفت. سال های ابتدایی قرن 21 تولید نرم افزارهای طراحی سه بعدی شتاب بیشتری گرفت. پس از آن، این نرم افزارها علاوه بر صنعت، به سمت هنر و ایجاد فضایی برای خلاقیت در ساخت انیمیشن، تبلیغات و… هدایت شدند. اکنون طراحی سه بعدی به عنوان یک حرفه و شغل جایگاه خود را تثبیت نموده است.

کد محور

مدل سازی کد محور (Code-driven modelling) مبتنی بر کدها است که در آن، آشنایی با برنامه نویسی کامپیوتر، رندر گرافیکی، اصول زبان های برنامه نویسی و… لازم است. برای اشکالی که رسم آنها با روش های دیگر ممکن نیست، این روش بهترین گزینه است. در این روش، هندسه مدل مستقلا توسط طراح و بر اساس شرایط مدنظر وی ساخته می شود. مدل های کد محور در چاپ های سه بعدی فوق العاده کارآمد است.

منحنی

ایجاد هندسه های سطحی و اشکال مختلف مبتنی بر منحنی ها را مدل سازی منحنی گویند. منحنی ها از معادلات ریاضی پیروی می کنند و به نقاط  متکی هستند. طراح با استفاده از نقاط کنترل وزنی، شکل منحنی ها را تغییر می دهد. به طور مثال، با افزایش وزن یک نقطه، منحنی به آن نقطه نزدیک می شود. NURBS یکی از تکنولوژی های شناخته شده در این زمینه است.

در روش NURBS، سطوح به وسیله Spline ها ایجاد می شود (از نظر ریاضی Spline نمایش توابع چند جمله ای در دستگاه مختصات است). سطوحی که از طریق NURBS تولید می شوند، کاملا پارامتریک هستند. این سطح ها به وسیله نقاط و گره ها کنترل می شوند و می توان به راحتی خصوصیات آن را ویرایش نمود. ویرایش سریع، قدرت کنترلی زیاد و کیفیت بالا علی رغم سطوح کمتر از مزیت های این روش است.

کاربرد مدلهای سه بعدی

مدل سازی سه بعدی به دلیل مزایای فراوان کاربرد گسترده ای در صنایع و حوزه های مختلف دارد. در ادامه برخی از دلایل کاربرد مدل های سه بعدی بررسی شده است:

• در طراحی سنتی، احتمال خطا وجود دارد. به طور مثال، در تنظیم مقیاس، اندازه گیری ها، ترسیم خطوط و ثبت اطلاعات خطاهای زیادی رخ می دهد. در طراحی سه بعدی این مشکلات وجود ندارد. همچنین می توان پارامترها، مقیاس ها و… را در کوتاه ترین زمان بدون نیاز به طراحی مجدد مدل تغییر داد. 
• سرعت طراحی مدل های سه بعدی در مقایسه با روش های سنتی بسیار بالا است. این امر به کاهش زمان پروژه و بهبود کارایی می انجامد.
• طرح های سه بعدی امکان تجسم کامل و بررسی قسمت های مختلف از زوایای متعدد را فراهم می کنند. همچنین برای پیش بینی مشکلات و چالش های طراحی بسیار مفید خواهند بود.
• کاهش هزینه، افزایش دقت و تعامل بهتر با مشتری نهایی

مهندسی: مهندسان به کمک طراحی سه بعدی، ماشین آلات، قطعات و طرح های بسیار پیچیده با جزئیات زیاد را طراحی می کنند. با استفاده از ابزار ها و امکانات نرم افزارهای مربوطه، طراحی ها ساده تر، آسانتر و حرفه ای تر می شوند.

بازی های ویدیویی: از طراحی سه بعدی در ایجاد دنیاهای مجازی، فضاها، شخصیت ها، اشیا و… استفاده می شود. با پرداختن به جزئیات و خلق گرافیک های با کیفیت، جلوه سازی بازی های ویدیویی به سطوحی از واقعیت نزدیک شده اند که جذابیت های آن را چند برابر کرده است. 

فیلم و انیمیشن: برای ساخت جلوه های ویژه واقع گرایانه از مدل سه بعدی استفاده می شود. همچنین جهت افزایش کیفیت بصری و صرفه جویی در زمان و هزینه، در ساخت دکورها، صحنه ها و لوکیشن های دلخواه از این روش استفاده می شود.

معماری: فرآیند های نقشه کشی و شبیه سازی به کمک مدل های سه بعدی بسیار ساده شده است. در این صورت دیگر نیازی به تهیه ماکت طرح وجود ندارد. مفاهیم و طرح ها همراه با جزئیات کامل، به راحتی در کمترین زمان قابل ویرایش خواهند بود.

بازاریابی: کسب و کارها می توانند به کمک مدل های سه بعدی، کاتالوگ محصولات، تصاویر یا فیلم های تبلیغاتی جذاب از خدمات یا محصولات خود بسازند. این امر می تواند ضمن تاثیر گذاری بیشتر روی کاربران، مشتریان زیادی جذب کند.

مطالعه بیشتر: تیزر چیست؟

مراحل طراحی مدل سه بعدی

فرآیندهای مختلف مدلسازی 3d در قالب سه مرحله اصلی پیش تولید، تولید و پس تولید دسته بندی می شوند. قبل از هر اقدامی، باید مشخص شود قرار است چه چیزی با این مدل، نشان داده شود. بسته به اهداف، نوع و پیچیدگی مدل، هزینه و زمان طراحی متفاوت خواهد بود. 

پیش تولید پروژه

اولین قدم، مفهوم سازی و هنر مفهومی (طراحی اولیه) به عنوان یک نقشه راهنما برای شروع مدل سازی سه بعدی است. در این مرحله اهداف ساخت مدل، ایده های اساسی برای نمایش بصری، متریال مورد استفاده، جزئیات و… تعیین می شوند. پس از درک مفهوم، نقشه ها و طرح های اولیه ساده تر و کلی تر ایجاد می شود. طرح های مناسب تر انتخاب می شوند و با افزودن جزئیات طی مراحل مختلف، طرح ها به مرور به مفهوم نهایی نزدیکتر می شوند.

تولید پروژه

در مرحله تولید، هندسه اولیه جسم تحت مدلسازی 3d با استفاده از نرم افزارهای طراحی توسعه می یابد. در این مرحله، مدل پایه که به کانسپت نهایی نزدیکتر است، با استفاده از خطوط و اشکال هندسی ایجاد می شود. مدل های سه بعدی با سبک های مختلفی مانند جامد، سطحی، چندضلعی و… ساخته می شوند. چند ضلعی ها و توپولوژی مدل بر اساس شکل جسم تنظیم و اصلاح می شوند. پس از نقشه برداری دو بعدی، جزئیاتی مانند بافت، رنگ و سایر عناصر به طرح افزوده می شود. در این حالت از لایه های مختلف و افکت های گوناگون برای عمق بخشیدن به مدل استفاده می شود.

پس تولید پروژه

در این مرحله بررسی ها و اعمال تنظیمات نهایی صورت می گیرد. رندر کردن مدل، امکان افزودن جزئیات مفصل و ریز، گرفتن خروجی کامل از طرح اولیه و مشاهده آن در نسخه نهایی را فراهم می کند. تعداد و کیفیت بالای جزئیات می تواند پروسه رندرینگ را طولانی کند. همچنین اگر قصد ایجاد حرکت برای مدل سه بعدی وجود داشته باشد، در این گام ساختار استخوانی مدل، طراحی می شود. ساختار استخوانی خوب امکان کنترل حرکات را بیشتر می کند و حرکت قسمت های مختلف را طبیعی تر جلوه می دهد. پس از آن مدل می تواند متحرک شود. روش های مختلفی مانند Motion Capture ،Keyframe و… برای ایجاد انیمیشن وجود دارد.

نرم افزارهای طراحی مدل سه بعدی

نرم افزارهای مدلسازی 3d بسیار متنوع هستند. در این قسمت نکاتی در خصوص انتخاب یک نرم افزار مناسب ارائه شده است.

• انتخاب نرم افزار باید متناسب با صنعت باشد. برخی نرم افزارها در زمینه های تخصصی خاصی بهترین عملکرد را دارند.
• هر نرم افزار پلاگین ها و امکانات متنوعی برای گسترش قابلیت های خود دارد. باید توجه نمود که بسته به نیازها و اهداف خاص نرم افزار را انتخاب نمود.
• برخی نرم افزارها روند یادگیری سخت تری دارند و نیازمند صرف زمان و دقت زیادی هستند. بهتر است در ابتدا نرم افزاری که با سطح مهارت طراح همخوانی دارد، استفاده شود.
• توجه به منابع آموزشی در دسترس نیز مهم است. این مسئله به رشد مهارت ها کمک می کند.
• قیمت، قابلیت شخصی سازی، سازگاری با سیستم عامل های مختلف و مشخصات سیستم کامپیوتر نیز می تواند در انتخاب نرم افزار موثر باشد.

در ادامه چند مورد از نرم افزارهای پرکاربرد این حوزه به طور مختصر معرفی شده است.

AUTODESK MAYA

مایا نرم افزار بسیار قدرتمندی است که از آن بیشتر در حوزه انیمیشن های سه بعدی، متحرک سازی و… برای ساخت شخصیت، فضا، اسکلت بندی و… استفاده می شود. تکنولوژی بکار رفته در نرم افزار مایا، NURBS است. به لطف این تکنولوژی، طراحی اجسام مختلف با کیفیت بالا و با جلوه های طبیعی تر انجام می شود. موارد زیر از جمله مهم ترین ویژگی های مایا می باشند:

• قابلیت انعطاف پذیری و شخصی سازی 
• ارائه ابزارهای قدرتمند برای مدل سازی با دقت بالا
• قابلیت توسعه و افزودن ابزارها و امکانات جدید
• امکانات نورپردازی حرفه ای
• رندرینگ های قوی و بهینه شده

3D MAX

تری دی مکس از تکنولوژی های NURBS و PATH برای ساخت مدل ها، جلوه های ویژه، بازی های ویدیویی و… استفاده می کند. علاوه بر آن به ساخت مدل با روش چند ضلعی توجه ویژه ای شده است. در ادامه به برخی از قابلیت ها و ویژگی های این نرم افزار اشاره شده است: 

• زبان برنامه نویسی داخلی برای خودکار نمودن برخی فرایندهای تکراری، ساخت ابزارها، شخصی سازی محیط کاربری و…
• ابزارهای حرفه ای برای ساخت جلوه هایی مانند جمعیت، برف و باران، دود و…
• رندرینگ با کیفیت
• ابزارهایی قدرتمند مانند کنترل کننده های متحرک، پیوند دادن اشیا و…
• ویرایشگر متریال حرفه ای برای سهولت در تغییر دادن بافت ها، نور و جلوه ها روی سطوح
• ایجاد مدل هایی با وضوح، جزئیات و دقت بالا
• نقشه برداری وکتوری

 BLENDER

بلندر شامل مجموعه ای کامل از ابزارهای مدل سازی، رندرینگ، تدوین، ویرایش، شبیه سازی و… است. همچنین نرم افزار بلندر رایگان و منبع باز است که علاوه بر قابلیت توسعه پذیری، با حجم پایین و سرعت اجرای بالا به محبوبیت زیادی دست یافته است. 

• ابزارهای شبیه سازی فیزیکی مانند لباس، مو، اثرات سیال و…
• رندرینگ واقع گرایانه
• سازگاری با سیستم عامل های مختلف
• سفارشی سازی میانبرها
• ابزارها و افکت های متحرک سازی اشیا
• طیف وسیعی از امکانات مجسمه سازی و افزودن رنگ، نور، بافت و افکت ها

SKETCHUP

نرم افزار SKETCHUP در طراحی سه بعدی ساختمان، حوزه های عمران و مکانیک، طراحی داخلی، بازی های ویدیویی و… کاربرد دارد. این نرم افزار قابلیت های مختلفی دارد، از جمله:

• قابلیت بارگذاری مدل های طراحی شده توسط طراحان مختلف در کتابخانه نرم افزار برای اشتراک گذاری با بقیه کاربران
• دارای پلاگینی برای گرفتن رندرهای رئال
• کم حجم
• تولید نقشه های دقیق
• سرعت بالا
• محیط کاربری ساده
• دارای پلاگین های تخصصی و پیشرفته برای ساخت مدل ها
• دسترسی به آبجکت های سه بعدی آماده
• سازگار با نرم افزارهایی مانند اتوکد، راینو و تری دی مکس

این نرم افزار برای ساخت مدل های سنگین و حجیم مناسب نیست.

AUTOCAD

نرم افزار اتوکد بیشتر برای رسم نقشه های صنعتی و مهندسی به کار می رود. در این نرم افزار امکان استفاده از محیط های دو بعدی و سه بعدی فراهم شده است. ساخت مدل های سه بعدی صنعتی هم توسط  اتوکد انجام می شود. مهم ترین ویژگی ها:

• چرخش 360 درجه ای
• خروجی های قابل استفاده در نرم افزارهای سه بعدی دیگر
• امکان تعریف استانداردهای ساخت
• انعطاف پذیری محیط کاربری
• قابلیت تنظیم مقیاس های گوناگون
• قابلیت اشتراک گذاری
• ابزارهای میانبر
• بازیابی فایل های حذف شده
• ترکیب ابزارهای مدل سازی سطحی، جامد و مش برای تولید مدل های واقع گرایانه
• دارای رندر داخلی با امکان اعمال متریال و جلوه های مختلف

SOLIDWORKS

نرم افزار سالیدورک از طراحی پارامتریک برای مدلینگ جامدات و قطعات صنعتی استفاده می کند. در این نرم افزار سه نوع فایل به هم پیوسته شامل part، assembly و drawing وجود دارد که هرگونه تغییرات در یک نوع در دو فایل دیگر هم منعکس می شود. همچنین ابزارهای مختلفی برای مدل کردن عملیات هایی مانند ورق کاری، قالب سازی، جوشکاری و… وجود دارد. از دیگر قابلیت ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• ابزارهای تحلیل و آنالیز تنش، انتقال حرارت، دینامیک سیالات، مقاومت قطعات در بارگذاری ها و…
• معادله نویسی بین پارامترها
• تخمین هزینه ساخت اجسام سه بعدی
•  ساخت مدل های مونتاژ
• انعطاف پذیری و پشتیبانی از فرمت های مختلف 
• سازگار با برنامه های مختلف مانند اتوکد و Fusion 360
• استفاده از پارامترهای مرتبط با قید های هندسی مانند مماس، موازی، متقارن، هم مرکز و…

RHINO

از راینو در حوزه های مختلفی نظیر طراحی صنعتی (هواپیما، خودروسازی، دریانوردی و…)، جواهرات، بازی های ویدیویی، انیمیشن و… استفاده می شود. این نرم افزار از تکنولوژی NURBS استفاده می کند. همچنین با اکثر نرم افزارهای طراحی سه بعدی مانند SOLIDWORKS، 3Ds Max، Sketchup و… سازگار است.

• دقت بالا در ایجاد هندسه های پیچیده
• پشتیبانی بیش از 30 نوع فرمت مختلف
• امکان سفارشی سازی و خودکار نمودن روندهای مکرر
• ایجاد دستورات سفارشی با استفاده از پایتون یا RhinoScript
• مناسب برای ایجاد طرح های مفهومی
• دارای تعداد زیادی ابزار پیچیده و حرفه ای مدلینگ
• ویرایش نامحدود
• طراحی پارامتریک فوق العاده قدرتمند با ادغام راینو و پلاگین Grasshopper

CATIA

نرم افزار کتیا در حوزه های مختلف صنعتی مانند خودروسازی، هوافضا، لوازم خانگی، مهندسی مکانیک و… بکار گرفته می شود.

• تعریف و شبیه سازی عملیات ماشینکاری
• طراحی قالب، مدل های ورقکاری، مجموعه مونتاژ و…
• تجزیه و تحلیل تغییر شکل، تنش، مقاومت و…
• تعریف اتصالات و تحلیل مکانیزم های حرکتی
• اتصال به دستگاه های cnc با برنامه نویسی و تولید G-code 
• قابلیت بازگردانی تغییرات قبلی
• دارای افزونه های مختلف برای سفارشی سازی محیط کاری
• بهره گیری از ماژول های گوناگون مانند طراحی شکل، تجهیزات، سیستم ها و…
• رابط گرافیکی کاربر پسند

ZBrush

نرم افزار ZBrush بیشتر برای مجسمه سازی دیجیتالی استفاده می شود. در ادامه بعضی از ویژگی های این نرم افزار بیان شده است.

• ساخت مدل ها با رزولوشن بالا
• قابلیت اسکن سه بعدی و رندرینگ
• کارکرد آسان در صحنه های پیچیده
• قلموهای سه بعدی با خصوصیاتی مانند سختی، انواع ضربه ها و…
• قابلیت مجسمه سازی 2.5 بعدی
• براش های مختلف و ابزارهای مخصوص برای ایجاد جزئیات
• ابزارهای بهینه سازی تصویر
• ابزارهای پیشرفته نقاشی
• سازگاری با دیگر برنامه های طراحی سه بعدی نظیر مایا، بلندر، اتودسک و…

سخن پایانی

در این محتوا مطالبی برای آشنایی با مدلسازی سه بعدی ارائه شد. طراحی سه بعدی اشیا و اجسام یک صنعت رو به رشد است که در صنایع بسیاری استفاده می شود. همچنین در این مطلب، مراحل طراحی سه بعدی مورد بررسی قرار گرفت و فرآیندهای انجام شده در هر مرحله معرفی شد. 

نرم افزارهای متنوعی برای طراحی سه بعدی وجود دارند که هر کدام مزایا و معایبی دارند و در یک زمینه به صورت تخصصی نیازهای کاربران را مرتفع می کنند. در این نوشته برخی از مهم ترین نرم افزارها بررسی شدند و نکاتی در خصوص انتخاب نرم افزار مناسب گفته شد. 

امکان یادگیری و ورود به این صنعت به وسیله تحصیلات آکادمیک مانند طراحی صنعتی، معماری و… وجود دارد. علاوه بر آن شرکت در دوره های آموزشی یا خودآموزی نیز در سایر شاخه ها میسر می باشد. در حالت کلی طراحی سه بعدی فرآیندی سخت و پیچیده می باشد. بهتر است کارفرمایان از خدمات شرکت ها و تیم های متخصص همچون شرکت افق ایرانیان در این زمینه استفاده کنند تا بهترین نتیجه را بگیرند.

سوالات متداول