3Δ Υποδειγματοποίηση

Η 3Δ Υποδειγματοποίηση ( Αγγλικά: 3D modeling) ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία αναπτύσσεται μια μαθηματική εκπροσώπηση κάθε τρισδιάστατης επιφάνειας άψυχων ή έμψυχων αντικειμένων μέσω εξειδικευμένου λογισμικού, παράγοντας ένα 3Δ υπόδειγμα.Τα 3Δ υποδείγματα αντιπροσωπεύουν ένα επίσης 3Δ αντικείμενο χρησιμοποιώντας μια συλλογή σημείων & άλλων πληροφοριών, στο τρισδιάστατο χώρο, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με διάφορες γεωμετρικές οντότητες όπως τρίγωνα, ευθύγραμμα τμήματα, καμπύλες, κλπ. Τα υποδείγματα μπορούν να δημιουργηθούν είτε χειροκίνητα είτε με αλγοριθμικές διαδικασίες διαδικαστικής υποδειγματοποίησης ή μέσω σάρωσης υποδείγματος.

Αναπαράσταση

Σχεδόν όλα τα 3Δ υποδείγματα μπορούν να χωριστούν στις εξής κατηγορίες:

Στερεά (Solid) Χρησιμοποιούνται κυρίως για μη γραφικές προσομοιώσεις όπως για παράδειγμα ιατρικές ή μηχανικές, για CAD και εξειδικευμένες οπτικές εφαρμογές, όπως την ανίχνευση ακτίνων και την εποικοδομητική στερεά γεωμετρία (constructive solid geometry). Τα υποδείγματα αυτά καθορίζουν τον όγκο του αντικειμένου που αντιπροσωπεύουν.

Όρια (Shell/Boundary) Αυτά τα υποδείγματα αναπαριστούν την επιφάνεια, π.χ. το όριο του αντικειμένου, και όχι τον όγκο του. Είναι ευκολότερα στη χρήση από τα στερεά υποδείγματα. Σχεδόν όλα τα οπτικά υποδείγματα που χρησιμοποιούνται σε παιχνίδια και ταινίες είναι μοντέλα shell.

Διαδικασία Υποδειγματοποίησης

Υπάρχουν τρεις δημοφιλείς τρόποι αναπαράστασης ενός υποδείγματος :

• Πολυγωνικός (polygonal) σχεδιασμός

Σημεία, κορυφές σε 3Δ χώρο συνδέονται με γραμμικά τμήματα σχηματίζοντας πολύγωνα. Η φιλοσοφία των περισσότερων 3Δ υποδειγμάτων σήμερα είναι χτισμένη πάνω σε πολυγωνικά υποδείγματα επειδή είναι ευέλικτα και επειδή οι υπολογιστές μπορούν να τα επεξεργαστούν γραφικά σε πολύ μικρό χρόνο. Επειδή βέβαια, τα πολύγωνα είναι επίπεδες επιφάνειες, οι σύνθετες κυρτές επιφάνειες υποδειγματοποιούνται μόνο κατά προσέγγιση με τη χρήση πολλών πολυγώνων.

• Καμπυλωτός (curve) σχεδιασμός

Οι επιφάνειες NURBS ορίζονται από spline καμπύλες, οι οποίες επηρεάζονται από σταθμισμένα σημεία ελέγχου (weighted control points). Η αύξηση του βάρους για ένα σημείο θα τραβήξει την καμπύλη πιο κοντά στο σημείο αυτό. Τα NURBS είναι πραγματικά λείες επιφάνειες και όχι απλές προσεγγίσεις χρησιμοποιώντας μικρές επίπεδες επιφάνειες και έτσι είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για οργανικές υποδείγματοποιήσεις.

• Ψηφιακή γλυπτική

Πρόκειται για μία πολύ νέα μέθοδο υπόδειγματος η οποία έγινε πολύ δημοφιλής λίγα χρόνια μετά την επινόησή της. Υπάρχουν συνολικά τρεις τύποι ψηφιακού σχεδιασμού: η εκτόπιση (η πιο δημοφιλής από όλες), η ογκομετρική, και η δυναμική διακόσμηση σε ψηφιδωτό στυλ.

Εφαρμογές

Η 3Δ υποδειγματοποίηση χρησιμοποιείται σε πολλούς βιομηχανικούς κλάδους.

• Ο ιατρικός τομέας χρησιμοποιεί λεπτομερή υποδείγματα οργάνων, δημιουργημένα από πολλαπλά δισδιάστατα τομικά επίπεδα εικόνων ΜΡΤ ή ΚΤ. Άλλοι επιστημονικοί κλάδοι μπορεί να χρησιμοποιούν 3Δ υποδείγματα για οπτικοποίηση και μετάδοση πληροφοριών, όπως υποδείγματα χημικών ενώσεων. Χρησιμοποιούνται επίσης για τη δημιουργία 3Δ Υποδειγματοποίηση προσαρμοσμένων σε συγκεκριμένο ασθενή. Αυτά τα υποδείγματα εφαρμόζονται στον προεγχειρητικό σχεδιασμό, στη σχεδίαση εμφυτευμάτων και σε χειρουργικά πρότυπα. Συχνά συνδυάζονται με 3Δ εκτύπωση για την κατασκευή ανατομικών 3Δ Υποδειγματοποίηση και οδηγών κοψίματος.
• Η κινηματογραφική βιομηχανία χρησιμοποιεί 3Δ υποδείγματα για τη δημιουργία ψηφιακών χαρακτήρων και αντικειμένων σε κινούμενες και ρεαλιστικές ταινίες. Παρομοίως, η βιομηχανία των βιντεοπαιχνιδιών αξιοποιεί 3Δ υποδείγματα ως πόρους για ηλεκτρονικά και βιντεοπαιχνίδια. Η πηγή της γεωμετρίας για το σχήμα ενός αντικειμένου μπορεί να είναι ένας σχεδιαστής, ένας μηχανικός-τεχνολόγος ή ένας καλλιτέχνης που χρησιμοποιεί σύστημα 3Δ CAD· ένα υπάρχον αντικείμενο που αναδημιουργήθηκε ή αντιγράφηκε με τη χρήση τρισδιάστατου ψηφιακού σαρωτή· ή μαθηματικά δεδομένα βασισμένα σε αριθμητική περιγραφή ή υπολογισμό του αντικειμένου.
• Στον αρχιτεκτονικό κλάδο τα 3Δ υποδείγματα χρησιμοποιούνται για την παρουσίαση προτεινόμενων κτιρίων και τοπίων αντί των παραδοσιακών φυσικών αρχιτεκτονικών μοντέλων. Επιπλέον, η χρήση επιπέδων λεπτομέρειας (LOD) σε 3Δ υποδείγματα καθίσταται όλο και πιο σημαντική στην αρχιτεκτονική, στον σχεδιασμό και στην κατασκευή (AEC). Η 3Δ υποδειγματοποίηση χρησιμοποιείται επίσης στη σχεδίαση όγκου, σε ροές εργασίας BIM, στην ανίχνευση συγκρούσεων και στην απεικόνιση. Αυτό μπορεί να προσφέρει στους ενδιαφερόμενους μια καθαρή εικόνα του σχεδιαστικού σκοπού και να εξασφαλίσει συνέχεια με την επακόλουθη κατασκευή μέσω μηχανών CNC και προσθετικής κατασκευής.
• Διαδραστικά 3Δ υποδείγματα επιτρέπουν στις ομάδες μάρκετινγκ, πωλήσεων και σχεδιασμού να προβάλλουν οπτικό υλικό σε πραγματικό χρόνο, βελτιστοποιώντας την ανατροφοδότηση για πιο αποτελεσματικές διαφημιστικές καμπάνιες.
• Αρχαιολόγοι δημιουργούν 3Δ υποδείγματα αντικειμένων πολιτιστικής κληρονομιάς για έρευνα και απεικόνιση. Για παράδειγμα, το Διεθνές Ινστιτούτο Μετανομισματικής (INIMEN) μελετά την εφαρμογή της 3Δ υποδειγματοποίησης για την ψηφιοποίηση και διατήρηση νομισματικών ευρημάτων. Επιπλέον, η φωτογραμμετρία και η λέιζερ σάρωση υποστηρίζουν την τεκμηρίωση αντικειμένων. Αυτό χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της κληρονομιάς και για την παροχή πρόσβασης σε αυτήν στο κοινό. Η εικονική ανακατασκευή αντικειμένων επιτρέπει τη μελέτη εύθραυστων τεχνούργηματων χωρίς τον κίνδυνο φυσικής βλάβης και την έκθεσή τους σε διαδραστικούς χώρους ή μουσεία.
• Τα 3Δ υποδείγματα χρησιμοποιούνται επίσης για τη δημιουργία ψηφιακών αναπαραστάσεων μηχανικών εξαρτημάτων πριν από την κατασκευή τους. Χρησιμοποιώντας λογισμικό σχετικό με CAD και CAM, ο μηχανικός μπορεί να δοκιμάσει τη λειτουργικότητα συναρμογών εξαρτημάτων και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσει τα ίδια δεδομένα για τη δημιουργία τροχιών εργαλείου για κατεργασία σε μηχανές CNC ή για 3Δ εκτύπωση. Αυτό επιτρέπει την ψηφιακή πρωτοτυποποίηση και τη υποδειγματοποίηση στις γραμμές παραγωγής, αυξάνοντας την αποδοτικότητα και μειώνοντας τις απώλειες της διαδικασίας. Παρέχει στενότερη ενσωμάτωση με ψηφιακά δίδυμα και τον ορισμό βάσει υποδείγματος (MBD), καθώς και με προσθετικές ροές εργασίας.