Пояснительная записка (1234696), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Перечислим основные программы трёхмерных редакторов: Autodesk 3D Max, Autodesk Maya, Zbrush, AutoCAD, ArhiCAD, Catia, Hexagon, MoI, Nevercenter Silo, 3DWorldStudio, Argile, Google SketchUp, Blender, Wings 3D, Cartography Shop. Последние четыре программы относятся к бесплатному программному обеспечению;
3) 3D-движки – компьютерные программы, необходимые для построения виртуальных «интерактивных миров», в которые помещаются трёхмерные модели. Наиболее распространёнными трёхмерными движками, применяемыми для разработки виртуальных исторических реконструкций, являются программы: Cry Engine 3, Unreal Tournament UDK, Unity 3DQuest 3D, 3DVia Studio (Virtual Tools), Torque Game Engine, Nebula Device, ShiVa 3D game engine, Unigine, 3D Game Studio и др.
Трёхмерный движок позволяет разработчику создать интерактивную реконструкцию памятника культуры с возможностью просмотра в реальном времени, задать определённый алгоритм развития событий, создать обучающую систему (например, аналог электронного справочника), интегрировать в виртуальную среду базы данных и т.д. Реализовать подобный пользовательский функционал и возможности в программах-плеерах просмотра трёхмерных моделей или модулей, существующих в программах трёхмерных редакторов для просмотра трёхмерных моделей (например, в программах AutoCAD, ArhiCAD, Autodesk 3D Max и др.), пока что невозможно. Многие программы трёхмерных движков позволяют выполнять все вышеперечисленные операции без навыков программирования, для работы в некоторых из них пользователю достаточно обладать начальным уровнем технического образования.
Использование трёхмерных движков позволяет разработчику виртуальной реконструкции сделать доступным свой продукт посредством технологии Web-клиента (или web-плеера), который поддерживают большинство операционных систем. Благодаря данной программе стало возможным предоставить пользователю возможность работать с программой через Интернет. Одним из таких трехмерных редакторов, работающих в режиме онлайн, является 3DZqvr.ru – кроссплатформенный редактор трехмерной графики, разработанный на основе WebGL и библиотеки Three JS (рисунок 13). Приложение оснащено всеми необходимыми инструментами и является вполне функциональным редактором. [16]
Рисунок 13 – Интерфейс редактора 3DZavr.ru
Среди перечисленных 3D-движков только небольшая часть программ и программных модулей имеет возможность транслировать виртуальную реконструкцию через Интернет в окне Web браузера (Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox, Google Chrome, Safari и др.): Unity 3D, Quest 3D, 3DVia, технология Java (Java(TM) Web Start Launcher), технология трансляции трёхмерных моделей в формате VRML (на базе плееров Cortona VRML Client, Cosmo Player, OpenVRML и др.), среда Google Earth и среда Second Life. В будущем времени к этому перечню присоединятся разработки компаний-лидеров по созданию трёхмерных движков CryEngine 3, Unreal Tournament UDK и Gamebryo LightSpeed, которые в настоящий момент только планируют включить в список возможностей программы трёхмерного движка трансляцию приложения через Интернет (посредством технологий flesh и web плееров). На данный момент рассматриваемые компании осуществляют трансляцию 3D приложений через сервер, но подобная технология постепенно устаревает.
Каждая из представленных в данном списке программ обладает определёнными возможностями и позволяет разработчику репрезентовать источниковую базу виртуальной реконструкции только в определённом формате файла (например .dox, xls, ppt, .ogg, avi и другие). Существует несколько технологий интеграции источниковой базы в виртуальную реконструкцию: непосредственно в трёхмерную оболочку посредством системы «горячих точек» (требуются навыки программирования) и подключение источников к окну трёхмерного приложения. Подобным методом можно реконструировать рельеф, для этого необходимо определить «горячие точки» (экстремумы рельефа), затем с помощью программирования параметров построить В-сплайн и получить плавную трехмерную модель рельефа (рисунок 14).
Рисунок 14 – Определение «горячих точек» рельефа.
В некоторых случаях оперирование в программном коде позволяет расширить эти возможности за счёт навыков программирования и внедрения дополнительных команд, подключаемых модулей. К сожалению, большинство исследователей-гуманитариев не могут самостоятельно освоить языки программирования и в совершенстве овладеть программой без помощи технического специалиста, тем более развивать исследования в области виртуальных исторических реконструкций.
Говоря о наполняемости базы для виртуальной реконструкции, понимается интеграция в виртуальное пространство объектов текстового или графического материала (рисунки, планы, чертежи, видео-материалы), а также баз данных и истории объекта исследования. В данном случае речь идет о представлении архивных данных, на основе которых и производится виртуальная реконструкция.
Наиболее высокими возможностями в степени информационного наполнения виртуальной сети обладает среда Google Earth. Сама программа Google Earth 3.0 появилась только в 2005 г., до этого официально её прототипом считалось Keyhole Earthviewer (разработана в 2001 г.) [17]. Программа реализует среду для просмотра трёхмерной модели поверхности Земли с нанесёнными на спутниковую карту трёхмерными моделями современных зданий с привязанными к ним текстовой и графической информацией и Интернет-страницами, которые можно там же пополнять. Существует ряд инструментов для работы в данной программе и интеграции в неё материала: SketchUp, Building Maker.
Наиболее простым и доступным для выполнения поставленных задач среди 3D движков, является программа Unity 3D, относящаяся к категории условно-бесплатного программного обеспечения. Аналогичная ей технология Quest3D имеет ограниченные возможности онлайн презентации виртуальной реконструкции.
2.2 Физическая реализация реконструированных объектов
В данном разделе будут рассмотрены способы воплощения в жизнь виртуальных моделей. С развитием технологий появилось много способов для выведения в жизнь виртуальных моделей, самый распространённый способ – протипирование с помощью станков с численно-программным управлением. Одним и самым широко распространённым является 3D-принтер. Существует множество различных классификаций принтеров, отличающихся большим количеством характеристик, но основной классификацией остается «По типу печати»
1) Самый распространённый вид печати FDM (fused deposition modeling) – принцип печати заключается в том, что через сопло экструдируется материал под воздействием большой температуры, в среднем от 200 до 250С, в процессе получается тонкая нить равная диаметру сопла, чаще всего встречаются сопла 0.1 и 0.2 мм. Недостатком такой печати является затрачиваемое время на печать больших объектов может уходить около 20 часов, еще один минус в точности, один из самых точных представителей – это Ultimaker 2 Extended+ (Рисунок15) выдающий точность 20 микрон [18].
Рисунок 15 – Ultimaker 2 Extended+
2) Технология печати Polyjet – суть данной технологии заключается в том, что фотополимер дозированно выстреливается из сопел, как и FDM печати, и сразу полимеризуется на поверхности под воздействием ультрафиолетового излучения (рисунок 16).
Рисунок 16 – структурное представление печати
Важным отличием технологии является возможность печати различными материалами. Данная технология выдает большую точность, чем FDM, до 16 микрон (для сравнения: клетка крови = 10 микрон), скорость печати выше. Недостатки: печать только с использованием фотополимера – узкоспециализированный и дорогой материал, чувствителен к УФ и достаточно хрупкий. Яркий представитель Objet30 Pro (рисунок 17).
Рисунок 17 – Принтер Objet 30
3) LENS (Laser Engineered net shaping) – порошковый материал подается под давлением из сопла и попадает под сфокусированный луч лазера. Часть порошка разлетается мимо, а та часть, которая попала под фокус спекается, процесс повторяется слой за слоем формируя трехмерную модель (рисунок 18).
Рисунок 18 – Визуальное представление принципа LENS
Самым большим достоинством технологии является возможность печати сталью и титаном. Поскольку до появления LENS печать производилась только пластиком, эта же технология сделал большой шаг в промышленность. Различные металлические порошки можно смешивать и сразу получать сплав.
Применение: например, титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения. Производитель оборудования: Optomec с лидером в этой области принтером Aerosol Jet 5X Systems [19] (рисунок 19).
Рисунок 19 – принтер Aerosol Jet 5X System
4) LOM (laminated object manufacturing) – самый простой по технологии метод. Ламинированные листы материала ножом или лазером вырезают, затем спекают и получают трехмерный объект. С помощью данной технологии получают модели из бумаги, пластика или алюминия. (рисунок 20)
Рисунок 20 – общий вид принтера
Для получения модели из алюминия используют алюминиевую фольгу, которую после процесса вырезания спекают ультразвуковой вибрацией.
5) SL (Stereolithography) Стереолитография – самый точный из представленных на рынке. Имеется ванна с жидким полимером. Сфокусированный луч лазера проходит по поверхности, именно в это месте под воздействием ультрафиолета полимеризуется материал. После чего платформа с деталью опускаются, и жидкий полимер заполняет пустое пространство. Некоторые принтеры имеют обратный принцип платформа с деталью может подниматься вверх, в таком случае лазер располагают внизу. (Рисунок 21)
Рисунок 21 – структурное представление
После окончания печати, требуется постобработка объекта – удаление лишнего материала и поддержки, поверхность можно отшлифовать. По необходимости модель запекают в ультрафиолетовых духовках. Недостатком такого принципа является токсичность материала, при работе с ним необходимо пользоваться средствами защиты. Принтер не для домашнего использования, плюс ко всему достаточно дорогой. Преимуществами конечно являются быстрота и точность достигающая 10 микрон. Для спекания не требуется большая мощность достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя.
6) LS (laser sintering) – лазерное спекание. По принципу схоже с SL, отличие только в том, что спекается не жидкий фотополимер, а порошок (рисунок 22).
Рисунок 22 – визуальное представление.
Преимущества: а) вероятность перелома модели во время печати низка, так как сам материал выступает в роли поддержки; б) можно использовать различные материалы, которые легко найти в продаже в порошковой форме, к примеру, бронза, сталь, нейлон, титан.
Недостатки: а) поверхность пористая б) некоторые порошки взрывоопасны, поэтому для хранения используются камеры, заполненные азотом в) долгое остывания детали после работы, в зависимости от лощины слоя и размера детали, могут остывать от нескольких часов до одного дня. [20]
Перед тем как отправиться на печать, файл с моделью проходит ряд процедур для подготовки. Первым этапом, после создания непосредственно самой модели, является сохранение файла в определенный формат. Существует 3 основных формата:
1. STL – (от англ. Stereolithography) – данные хранятся как список треугольных граней, которые описывают поверхность. Может быть двоичным ASCII или бинарным.
2. GGODE – условное наименование языка программирования, используемого в устройствах с ЧПУ. Разработан в 1960-х годах компанией Electronic Industries Alliance. Комитет ISO утвердил G-код как стандарт ISO 6983-1:2009, Госкомитет по стандартам СССР — как ГОСТ 20999-83.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
