ФГОУ  ВПО «Мичуринский государственный  аграрный университет» 

Реферат по информатике

на тему:

«3D графика. 3D принтеры» 
 
 
 

                                                 Выполнила:

                                                 Студентка 15 ТВ группы

                                                 Жилина Анастасия.

                                                 Проверила:

                                                 Фролова Светлана Викторовна. 
 
 
 
 
 
 
 

Мичуринск 2010

Содержание

Введение………………………………………………………………………...…3

1.1.Трёхмерная  графика…………………………………………………………..4

1.2.Моделирование………….…………...………………………………………..4

1.3.Рендеринг……………………………………………………………………...5

1.4.Использование  3D графики………………………………………………......6

1.5.Программные  ресурсы……………………………………………………......8

2.1.3D-принтеры………………………………………………………………....11

2.2.Виды 3D-печати………………………………………………….…………..11

2.3.Где  применяется трехмерная печать?……………………………………....12

2.4.Коммерциализация  трехмерной печати…………………………………....14

2.5.Доступность  и перспективы трехмерной печати………………………….15

Приложения…………………………………………………………..………….17

Информационные  ресурсы………………………………………………...……21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Представьте себе ситуацию, что вам срочно нужно  приобрести стул или стол на кухню. Сейчас вы, скорее всего, направились бы в обычный магазин за этой покупкой. В лучшем случае посмотрели бы товары в сети интернет. Но уже недалек тот день, когда вы сможете получить уникальный стул или стол не просто, не выходя из дома, но даже без какого-либо посредничества со стороны продавцов или службы доставки магазина. Главное, чтобы у вас дома был 3D-принтер.

Вам нужно  будет только перевести деньги за продукт с помощью вашей кредитной  карты на счет магазина, после чего можно будет смело ... распечатать  изделие. А при желании вы сможете даже загрузить в компьютер свою 3D-модель стола, сделав его уникальным. Чем не настоящий hand-made?

Все это  может вам показаться фантастикой. Тогда приготовьтесь. Все это  уже функционирует. Это реальность, которая пока используется для решения узкого спектра задач. Но массовое внедрение технологии в повседневную жизнь уже не за горами. 
 
 
 
 
 
 

1.1. Трёхмерная  графика или 3D

Трёхмерная  графика или 3D — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Больше всего применяется для создания изображений в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, а также в науке и промышленности.

   Трёхмерное изображение отличается  от плоского построением геометрической  проекции трёхмерной модели сцены  на экране компьютера с помощью  специализированных программ.

   При этом модель может как  соответствовать объектам из реального мира, так и быть полностью абстрактной.

   Для получения трёхмерного изображения  требуются следующие шаги:

      1.   Моделирование — создание математической модели сцены и объектов в ней.

      2. Рендеринг (русск. визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью. 

1.2. Моделирование 

Сцена (виртуальное пространство моделирования) включает в себя несколько  категорий объектов:

Геометрия - построенная с помощью различных техник модель, например здание.

Материалы - информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон.

Источники света - настройки направления, мощности, спектра освещения

Виртуальные камеры - выбор точки и угла построения проекции

Силы  и воздействия - настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации

Дополнительные  эффекты - объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.

1.3. Рендеринг

  Рендеринг (англ. rendering — русск. визуализация) термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.

   На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель  превращается в плоскую (растровую)  картинку. Если требуется создать  фильм, то рендерится последовательность таких картинок - кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом, рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселей. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане). 
 

Существует  несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе.

Например:

   1. Z-буфер (используется в OpenGL и  DirectX);

   2. Сканлайн (scanline) — расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности.

   3.Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда;

   4. Глобальная иллюминация (англ. global illumination, radiosity) — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений и другие. 

Наиболее  популярными системами  рендеринга можно  назвать:

PhotoRealistic RenderMan (PRMan)

Mental ray

V-Ray

FinalRender

Brazil R/S

BusyRay

Turtle

Maxwell Render

Fryrender

Indigo Renderer

LuxRender

YafRay

POV-Ray

1.4. Использование  3D графики

3D графика очень часто встречается в различных областях нашей жизни. Порой мы не замечаем того, что фотография, опубликованная в рекламе, на самом деле является искусной трехмерной моделью, которую сложно отличить от реально сфотографированного объекта. 

3D графика появляется в играх, интернет, на телевидении, рекламных щитах. 3D графика дизайн становится всё более востребованной услугой. Современные технологии в области трехмерной графики позволяют применять 3D графику в дизайне не только отдельных объектов, но и целых миров, что открывает новые возможности как перед исполнителями, так и перед заказчиками рекламы.  

3D графика  является незаменимым средством  при необходимости демонстрации  каких-либо сложных технических  узлов, многоступенчатых производств,  архитектурных сооружений. Трехмерность наглядно отображает все особенности строения объекта, его мельчайшие элементы, скрытые от глаз наблюдателя части конструкции сооружения. Трехмерная визуализация куда удобнее и нагляднее, чем чертежи и схемы. Это связано с тем, что трехмерное представление куда более наглядный способ демонстрации всех преимуществ Вашего продукта или услуги, чем плоские схемы или графики.  

3D графика  находит широкое применение в  техногенных сферах. Основные потребители  3D - это компании-производители различного оборудования и организации, занимающиеся строительством крупной недвижимости. Производителям оборудования трехмерная графика позволяет очень наглядно продемонстрировать принципы работы технологических линий и отдельных станков. 

"Объемный" дизайн позволяет подчеркнуть преимущества и тонкости производственного процесса. С помощью 3D графики есть возможность показать всё оборудование и заглянуть "внутрь" технологического процесса. Эффектная визуализация концентрирует внимание зрителя на ключевых моментах демонстрации. Качественный трехмерный дизайн имеет идеальный вид, что способствует позитивному восприятию презентации в целом.

1.5. Программные  ресурсы

Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты:

3DS Max — полнофункциональная профессиональная программная система для работы с трёхмерной графикой, разработанная компанией Autodesk. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32-битных, так и в 64-битных). Весной 2009 года выпущена двенадцатая версия этого продукта под названием «3ds Max 2010». 

Maya — редактор трёхмерной графики. В настоящее время стала стандартом 3D графики в кино и телевидении. Первоначально разработана для ОС Irix (платформа SGI), затем была портирована под ОС GNU/Linux, Microsoft Windows и Mac OS. В настоящее время существует как для 32, так и для 64-битных систем. 

Newtek Lightwave - легкая в применении трехмерная анимационная система, обладающая невероятной мощью. LightWave 3D обеспечивает все: от парящих логотипов до высококачественной анимации для кино и телевидения. Интуитивный интерфейс, мощный моделлер, превосходное управление анимацией, высочайшее качество рендеринга. 

SoftImage XSI – это 3D анимационное программное обеспечение применяемое при разработке игр, создании фильмов и телевизионных программ. В арсенале SOFTIMAGE XSI имеется полный набор инструментов для 3D моделирования, анимации и рендеринга. Базирующаяся на новой, чрезвычайно гибкой архитектуре, XSI обеспечивает 3D профессионалов беспрецедентной мощью и гибкостью для реализации самых невероятных творческих задумок. 

Rhinoceros 3D - это коммерческое программное обеспечение для трехмерного NURBS моделирования разработки Robert McNeel & Associates. Преимущественно используется в промышленном дизайне, архитектуре, корабельном проектировании, ювелирном и автомобильном дизайне, в CAD/CAM проектировании, быстром прототипировании, реверсивной разработке, а также в мультимедиа и графическом дизайне. 

CINEMA 4D - является универсальной комплексной программой для создания и редактирования трёхмерных эффектов и объектов. Позволяет моделировать объекты по методу Гуро. Поддержка анимации и высококачественного рендеринга. 

Zbrush — программа для трёхмерного моделирования, созданная компанией Pixologic. Отличительной особенностью данного ПО является имитация процесса «лепки» 3d-скульптуры, усиленного движком трёхмерного рендеринга в реальном времени, что существенно упрощает процедуру создания требуемого 3d-объекта. Каждая точка содержит информацию не только о своих координатах XY и значениях цвета, но также и глубине Z, ориентации и материале. Это значит, что вы не только можете "лепить" трёхмерный объект, но и "раскрасить" его, рисуя штрихами с глубиной. То есть вам не придётся рисовать тени и блики, чтобы они выглядели натурально — ZBrush это сделает автоматически.